ЗАЩИТНЫЙ РАДИОФИЦИРОВАННЫЙ ГОЛОВНОЙ УБОР Российский патент 1997 года по МПК A42B3/00 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты человека, а именно к защитным головным оборам, и обеспечивает беспроводную дистанционную связь объекта защиты.

Уровень техники в этой области характеризуют следующие известные решения.

Известна радиофицированная защита каска [1] представляющая собой собственно каску, в которой установлены головные телефоны, и выносное радиоприемное устройство с антенной, связанное с головными телефонами кабелем через разъемное соединение. При такой конструкции радиофицированного головного убора серьезные неудобства создает наличие соединительного кабеля, сковывающего движения человека и снижающего надежность работы из-за возможности механических повреждений кабеля.

Задача автономного размещения устройства индивидуальной радиосвязи в защитном головном уборе решается в радиофицированной шахтерской каске [2] Это устройство содержит пластиковую каску, внутри которой расположено устройство индивидуальной радиосвязи, состоящее из антенны и телефонного капсюля, подключенных к радиоприемному устройству. Размещение устройства индивидуальной радиосвязи внутри каски накладывает значительные ограничения на габариты его составляющих, в частности антенны. Известно, что резонансный размер антенны зависит от длины радиоволн и обеспечение малых габаритов антенны при работе в более безопасном с точки зрения воздействия на человека метровом диапазоне достаточно проблематично. Указанное авторское свидетельство не содержит решения этой проблемы. Кроме того, при замене пластикового материала каски на металл антенна, используемая в известной конструкции, будет экранироваться от окружающего пространства, что снижает ее коэффициент усиления и уменьшает дальность радиосвязи.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении одновременно малых габаритов антенны, позволяющих разместить ее внутри защитного головного убора при работе в метровом диапазоне волн, а также в обеспечении высокого коэффициента усиления антенны независимо от материала головного убора.

В предлагаемом защитном радиофицированном головном уборе, содержащем собственно головной убор и расположенное в нем устройство индивидуальной радиосвязи с антенной, поставленная техническая задача решается тем, что антенна выполнена в виде куполообразных электропроводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика, причем к обкладкам антенны подключен индуктивный элемент с величиной индуктивного сопротивления, соответствующей условию резонанса антенны на частоте радиосвязи.

При этом индуктивный элемент может быть выполнен рассредоточенным и подключен к обкладкам антенны в нескольких точках.

Техническим результатом предложенного выполнения антенны с подключением по краям обкладок индуктивных нагрузок является снижение габаритов антенны до размеров меньше четверти длины волны в диэлектрике. Кроме того, проведенные исследования показали, что при размещении такой антенны на голове человека независимо от материала, из которого выполнен защитный головной убор, происходит повышение уровня принимаемого сигнала и выравнивание диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, что особенно важно с точки зрения эксплуатации устройства при работе в приемо-передающем режиме, поскольку позволяет снизить мощность излучения.

Приведенный ниже пример конкретного выполнения устройства индивидуальной радиосвязи в защитном головном уборе для работы в приемном режиме позволяет более подробно представить предложенное решение.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого защитного головного убора; на фиг.2 развертка несущей части амортизирующей оснастки; на фиг.3 - вид в плане на купольный вкладыш амортизирующей оснастки.

В приведенном примере защитный радиофицированный головной убор содержит собственно головной убор в виде металлической или пластиковой каски 1, и расположенную внутри каски 1 амортизирующую оснастку, включающую купольный вкладыш 2 и несущую часть 3. В полости несущей части 3 размещено устройство индивидуальной радиосвязи, которое включает радиоприемное устройство 4 с автономным источником питания 5, телефонный капсюль 6.На поверхностях купольного вкладыша 2 амортизирующей оснастки расположена антенна, состоящая из двух электропроводящих обкладок 7, 8, между которыми расположен диэлектрический слой 9. Толщина слоя 9 много меньше длины волны в диэлектрике. Габариты антенны вдоль максимальной образующей меньше четверти длины волны в диэлектрике, что позволяет разместить ее внутри каски 1 при работе в нижней части метрового диапазона волн. Обкладки 7, 8 могут быть выполнены в виде металлических слоев, нанесенных на поверхностях купольного вкладыша 2. К антенне подсоединен коаксиальный кабель, экран 10 которого в точке питания соединен с обкладкой 7, а центральная жила 11 кабеля с обкладкой 8. Точка питания расположена в плоскости симметрии антенны, проходящей через середину лобовой и затылочной частей головного убора. Края обкладок 7, 8 нагружены на проволочные индуктивные элементы 12, минимальное число которых равно 1. Число индуктивных элементов 12, расстояние между ними и величина индуктивного сопротивления выбираются из условия настройки антенны в резонанс на частоте радиосвязи. При выполнении защитной каски 1 из металла, она может играть роль одной из обкладок антенны. Если защитная каска выполнена из диэлектрика, имеющего малые потери, то обкладки 7, 8 могут быть размещены непосредственно на поверхностях каски 1.

Защитный радиофицированный головной убор работает следующим образом. Одетая на голову каска 1 и амортизирующая оснастка 2, 3 обеспечивают защиту от удара и других внешних воздействий. При включении радиоприемного устройства 4 объект защиты обеспечивается односторонней радиосвязью. В более сложном варианте (при наличии в каске 1 также радиопередающего устройства) обеспечивается двусторонняя радиосвязь. При этом каска 1 и несущая часть 3 амортизирующей оснастки защищают радиоприемное устройство 4 от возможных механических повреждений. Антенна 7, 8, 9 возбуждается коаксиальным кабелем 10, 11. Штыревой возбудитель, образованный отрезком центральной жилы 11 коаксиального кабеля, возбуждает между обкладками 7, 8, нагруженными на индуктивные нагрузки 12, резонансные колебания низшего типа, которые излучаются в окружающее пространство криволинейным зазором, образованным краями обкладок 7, 8. Функциональное назначение проволочных индуктивностей 12 заключается в понижении резонансной частоты резонатора, образованного обкладками 7, 8, разделенными слоем 9 диэлектрика. Введение индуктивных нагрузок наряду с уменьшением резонансных размеров антенны приводит к сужению полосы согласования, поэтому реально достижимое сокращение размеров антенны составляет несколько десятков процентов по сравнению с четвертью длины волны в диэлектрике. Выбор точки включения штыревого возбудителя 11 позволяет согласовать антенну в области резонансных частот со стандартным коаксиальным кабелем, имеющем волновое сопротивление 50 Ом. При уменьшении проницаемости диэлектрического слоя 9 и увеличении его толщины происходит расширение полосы согласования. Антенна сохраняет работоспособность не только в тканевых или пластмассовых, но и в металлических защитных головных уборах и касках, так как края одной из обкладок 7, выполняющей роль экрана, могут совпадать или выступать за края другой обкладки 8, выполняющей роль резонансного элемента.

При работе в режиме двусторонней радиосвязи особенно важно становится то обстоятельство, что, как показали наши исследования, при надевании предлагаемого защитного радиофицированного головного убора на голову оператора имеет место усиления радиосигнала и улучшение равномерности диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, что можно объяснить улучшением согласования антенны, а также возбуждением на поверхности тела оператора синфазных вертикальных токов, которые приводят к повышению коэффициента усиления антенны. Это позволяет работать в низкой части метрового диапазона волн при малых уровнях мощности излучения и увеличить дальность радиосвязи.

Предлагаемый защитный радиофицированный головной убор может быть использован для экипировки служб охраны, спецподразделений и т.п. поисково-спасательных групп, подразделений пожарной охраны, рабочих строительно-монтажных и такелажных погрузочно-разгрузочных бригад на транспорте, диспетчерского управления бригадами нефтяников, шахтеров, газовиков, лесозаготовителей, а также для тренировки спортсменов (мотоспорт, альпинизм и т.д.).

Список литературы
1. Патент США N 4023209, МПК A 42 B 3/00, 1977.

2. А.с. СССР N 1777789, МПК A 42 B 3/00, 1989, Б.И.N 44/92т

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты человека, а именно к защитным головным уборам, обеспечивающим помимо функции защиты радиосвязь объекта защиты. Задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении одновременно малых габаритов антенны в метровом диапазоне волн и в обеспечении высокого коэффициента усиления антенны независимо от материала головного убора. Защитный радиофицированный головной убор содержит собственно головной убор и расположенное в нем устройство индивидуальной радиосвязи с антенной. Для решения поставленной задачи антенна выполнена в виде куполообразных электропроводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика. К обкладкам антенны подключен индуктивный элемент с величиной индуктивного сопротивления, соответствующей условию резонанса антенны на частоте радиосвязи. Индуктивный элемент может быть выполнен рассредоточенным, подключенным к обкладкам антенны в нескольких точках. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Защитный радиофицированный головной убор, содержащий собственно головной убор и устройство индивидуальной радиосвязи с антенной, отличающийся тем, что антенна выполнена в виде куполообразных электропроводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика, причем к обкладкам антенны подключен индуктивный элемент с величиной индуктивного сопротивления, соответствующей условию резонанса антенны на частоте радиосвязи. 2. Головной убор по п.1, отличающийся тем, что индуктивный элемент выполнен рассредоточенным и подключен к обкладкам антенны в нескольких точках.