БЛОК ПРИЕМНИКА СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ Российский патент 2004 года по МПК H05K1/00 H05K3/46 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании блоков приемников аппаратуры потребителей сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС, GPS и т.п.

Типичное блочное построение аппаратуры потребителей сигналов СРНС, являющееся предметом рассмотрения в настоящей заявке, характеризуется тем, что антенное устройство, осуществляющее прием сигналов СРНС из эфира, и приемник сигналов СРНС, осуществляющий частотное преобразование и последующую обработку принятых сигналов СРНС, реализуются в виде отдельных конструктивных блоков, связанных между собой антенно-фидерным трактом [1, с.185] Достоинством такого блочного построения является возможность конфигурировать аппаратуру с различными характеристиками и для различных применений за счет комбинаций различных видов приемников сигналов СРНС и антенных устройств [1, с.185-186, рис.12.1, 12.2], [2, с.48-52], [3, с.121-122, рис.7.10, 7.11] В наибольшей степени возможностям такого конфигурирования отвечают “пассивные” антенные устройства, например, типа [4], [5], [6], не требующие для своей работы электропитания и, следовательно, специальных средств для согласования “по питанию” при стыковке с различными типами приемников сигналов СРНС. Однако применение аппаратуры с “пассивными” антенными устройствами возможно при сравнительно благоприятных условиях приема и сравнительно небольших длинах антенно-фидерного тракта.

В неблагоприятных условиях приема сигналов СРНС, а также при достаточно больших (от нескольких метров) длинах антенно-фидерного тракта применяются антенные устройства со встроенными активными усилительными элементами, см., например, [7], [8], [9], или оснащенные дополнительными магистральными усилителями, см., например, [10, фиг.1, блоки 18, 20], [11, фиг.1, блоки 1, 2], [12, фиг.1, блоки 101, 102]. Такие “активные” антенные устройства требуют обеспечения их активных элементов соответствующим питанием.

Известны, по меньшей мере, два конструктивных решения проблемы обеспечения питанием активных антенных устройств.

Первое из этих решений, представленное, например, в [9], заключается в том, что напряжение питания подводится к активному антенному устройству по отдельным проводам. Достоинством такого решения является простота реализации, а также возможность стыковки с приемником сигналов СРНС, который не оснащен средствами для питания активного антенного устройства. Недостаток заключается в необходимости применения отдельных проводов для подвода питания к активному антенному устройству, что не всегда возможно, а кроме того, наличие таких проводов может являться причиной возникновения дополнительных шумов и наведенных помех.

Второе из этих решений заключается в том, что напряжение питания к активному антенному устройству подводится по тому же высокочастотному коаксиальному кабелю, по которому передаются принятые сигналы СРНС. Это позволяет решить проблему питания активного антенного устройства без применения дополнительных проводов и вызываемых ими дополнительных шумов и наведенных помех. Однако такое решение требует оснащения блоков активного антенного устройства и блоков приемников сигналов СРНС соответствующими фильтрующими средствами, обеспечивающими объединение-разделение сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства.

Например, в радиоэлектронном блоке [13] средства, обеспечивающие объединение-разделение входной сигнальной цепи приемника-процессора сигналов СРНС и цепи питания присоединяемого к нему активного антенного устройства, размещены непосредственно на плате приемника-процессора. В состав этих средств входят размещенные на плате приемника-процессора высокочастотный соединитель и связанные с его сигнальным выводом фильтрующие элементы входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства.

Аналогичное решение по размещению на плате приемника-процессора средств, служащих для объединения-разделения его входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, реализовано в конструкции блока приемника сигналов СРНС [14], который в части этого решения принят в качестве прототипа заявляемого блока сигналов СРНС.

Блок приемника сигналов СРНС, описанный в [14], содержит выполненный из электропроводящего материала корпус с установленными на нем соединительными средствами, предназначенными для подключения внешних устройств. Внутри корпуса размещена связанная с этими соединительными средствами плата приемника-процессора, предназначенная для частотного преобразования и корреляционной обработки сигналов СРНС (например, ГЛОНАСС и GPS). Сигналы СРНС поступают на плату приемника-процессора по внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю, подсоединенному к плате приемника-процессора через соответствующий внутриплатный высокочастотный соединитель. В обратном направлении от платы приемника-процессора по этому же высокочастотному коаксиальному кабелю подается формируемое на плате приемника-процессора напряжение питания для активного антенного устройства, которое в [14] располагается в одном корпусе с платой приемника-процессора. Для объединения-разделения входной сигнальной цепи приемника-процессора и цепи питания активного антенного устройства плата приемника-процессора оснащена соответствующими средствами, в состав которых входят фильтрующие элементы входной сигнальной цепи приемника-процессора и цепи питания активного антенного устройства. Фильтрующие элементы входной сигнальной цепи приемника-процессора и цепи питания активного антенного устройства соединены по Y-образной схеме с сигнальным выводом внутриплатного высокочастотного соединителя. Напряжение питания для активного антенного устройства формируется из внутреннего напряжения питания приемника-процессора. Экранирование входной сигнальной цепи для устранения паразитных наводок и наведенных помех осуществляется за счет средств внутриплатного экранирования.

Используемое в [14] конструктивное решение, заключающееся в том, что объединение-разделение входной сигнальной цепи приемника-процессора и цепи питания активного антенного устройства осуществляется средствами приемника-процессора, является узко специализированным, приводящим к тому, что каждому типу активного антенного устройства, характеризуемому определенными параметрами питания, должен соответствовать определенный тип платы приемника-процессора, обеспечивающей это питание. Фактически такое конструктивное решение ставит выполнение платы приемника-процессора в зависимость от характеристик питания активного антенного устройства.

В рассматриваемом случае блочной аппаратуры потребителей сигналов СРНС, когда активное антенное устройство и приемник-процессор располагаются в отдельных конструктивных блоках, такое узко специализированное решение, характеризующееся размещением средств для объединения-разделения входной сигнальной цепи приемника-процессора и цепи питания активного антенного устройства на плате приемника-процессора, не позволяет реализовать преимущество блочного построения аппаратуры, в частности возможность использования одного типа приемника-процессора в сочетании с различными типами активных антенных устройств.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции блока приемника сигналов СРНС, в котором обеспечивается независимость применяемого в нем приемника-процессора от характеристик питания подключаемого активного антенного устройства. Одновременно с этим решается задача устранения паразитных наводок и наведенных помех, а также уменьшения потерь во входной сигнальной цепи в условиях размещения ее вне платы приемника-процессора - на входной плате, несущей средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства.

Решение этих задач дает возможность реализовать различные конфигурации аппаратуры потребителей сигналов СРНС, где один тип унифицированного приемника-процессора может использоваться в сочетании с различными типами активных антенных устройств, имеющих различные характеристики питания и различное конструктивное исполнение, например с корабельными активными антенными устройствами, размещаемыми на мачтах, с автомобильными активными антенными устройствами, размещаемыми на крышах автомобилей, с самолетными активными антенными устройствами, размещаемыми на обшивке фюзеляжа, с активными антенными устройствами базовых станций телекоммуникационных систем, размещаемыми на крышах высотных зданий или башен, и т.п.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в блоке приемника сигналов СРНС, содержащем выполненный из электропроводящего материала корпус с установленными на нем соединительными средствами, предназначенными для подключения внешних устройств, размещенную внутри корпуса и связанную с этими соединительными средствами плату приемника-процессора, предназначенную для частотного преобразования и корреляционной обработки принимаемых активным антенным устройством сигналов СРНС, поступающих на плату приемника-процессора по внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю, а также средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, содержащие фильтрующие элементы этих цепей, в отличие от прототипа, средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, размещены на входной плате, установленной на стенке корпуса в месте установки высокочастотного блочного соединителя, предназначенного для подключения внешнего высокочастотного коаксиального кабеля от внешнего активного антенного устройства. Входная плата выполнена из конструкционного материала с определенным нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, обеспечивающего возможность реализации на ней СВЧ несимметричной микрополосковой линии для передачи сигналов СРНС к внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю, соединяющему входную плату с платой приемника-процессора, на первой стороне входной платы размещена земляная плоскость, внутри которой выполнен свободный от металлизации участок в форме круга, диаметр которого совпадает с диаметром внутреннего изолятора высокочастотного блочного соединителя, а в его центре выполнено металлизированное отверстие, через которое проходит сигнальный вывод высокочастотного блочного соединителя, на второй стороне входной платы размещены контактные площадки, печатные проводники, включая сигнальный проводник указанной СВЧ несимметричной микрополосковой линии, и электрорадиоэлементы электрической схемы, реализующей на входной плате схему объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, входная плата закреплена на стенке корпуса так, что ее земляная плоскость находится в электрическом контакте со стенкой корпуса и с корпусом высокочастотного блочного соединителя.

Сигнальный вывод высокочастотного блочного соединителя на второй стороне входной платы соединен с контактным элементом, являющимся точкой электрического объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, с этим контактным элементом соединена своим выходным выводом выполненная на входной плате цепь питания активного антенного устройства со своим фильтрующим элементом, при этом ее входной и земляной выводы соединены через жгут с выходным и земляным выводами размещенного внутри корпуса отдельно от платы приемника-процессора формирователя напряжения питания для активного антенного устройства, с этим же контактным элементом соединена своим входным печатным проводником выполненная на входной плате входная сигнальная цепь, содержащая соединенные последовательно свой фильтрующий элемент и указанную СВЧ несимметричную микрополосковую линию, при этом ее выходной печатный проводник соединен с центральной жилой внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля, закрепленного на входной плате так, что обеспечивается электрический контакт его освобожденной от внешней изоляции экранирующей оплетки с контактной площадкой, имеющей электрическое соединение с земляной плоскостью, причем указанное соединение центральной жилы внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля с выходным печатным проводником входной сигнальной цепи осуществлено методом поверхностного монтажа.

В преимущественных вариантах реализации входная плата выполнена с использованием в качестве конструкционного материала фольгированного слоистого пластика с определенным, выбранным в пределах от 4,0 до 5,5 нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, типа фольгированного эпоксидного стеклотекстолита марки FR4; фильтрующий элемент сигнальной цепи представляет собой конденсатор, установленный на входной плате методом поверхностного монтажа, фильтрующий элемент цепи питания активного антенного устройства представляет собой LC-фильтр, выполненный в виде одного или двух последовательно включенных Г-образных LC-звеньев, где соединенные между собой первые выводы индуктивного и емкостного компонентов, второй вывод емкостного компонента и второй вывод индуктивного компонента образуют соответственно входной, земляной и выходной выводы LC-звена, причем в случае выполнения LC-фильтра в виде одного LC-звена входной, земляной и выходной выводы этого LC-звена образуют входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра, а в случае выполнения LC-фильтра в виде двух последовательно включенных LC-звеньев входной и земляной выводы первого LC-звена и выходной вывод второго LC-звена образуют входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра, при этом входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра являются входным, земляным и выходным выводами выполненной на входной плате цепи питания активного антенного устройства.

Сущность изобретения, его реализуемость и возможность промышленного применения поясняются фиг.1-6, иллюстрирующими пример выполнения заявляемого блока приемника сигналов СРНС.

На фиг.1 представлен схематически заявляемый блок приемника сигналов СРНС, общий вид (плата приемника-процессора и несущая плата показаны условно без электрорадиоэлементов);

на фиг.2 - фрагмент общего вида, поясняющий одновременное закрепление высокочастотного блочного соединителя и входной платы на стенке корпуса блока приемника сигналов СРНС;

на фиг.3 - пример выполнения входной платы, где фиг.3а - вид со стороны земляной плоскости, фиг.3б - вид со стороны электрорадиоэлементов;

на фиг.4 - пример электрической схемы объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, реализованной в блоке приемника сигналов СРНС;

на фиг.5 - фрагмент входной платы, иллюстрирующий соединение центральной жилы внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля с выходным печатным проводником входной сигнальной цепи методом поверхностного монтажа;

на фиг.6 - фрагмент входной платы, иллюстрирующий закрепление на входной плате внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля.

Заявляемый блок приемника сигналов СРНС в рассматриваемом примере выполнения (фиг.1-6) содержит выполненный из электропроводящего материала корпус 1, форма которого близка к форме уплощенного прямоугольного параллелепипеда. Конструктивно корпус 1 состоит из основания 2, съемной крышки 3 и откидывающихся боковых стенок 4 и 5. Основание 2 снабжено крепежными лапками 6, обеспечивающими возможность крепления блока приемника сигналов СРНС на поверхности объекта установки блока.

На стенках 4 и 5 корпуса 1 установлены соединительные средства, предназначенные для подключения к блоку приемника сигналов СРНС внешних устройств. В число соединительных средств входят размещенные на стенке 4 низкочастотные блочные соединители 7 (например, типа вилки PC по ABО.364.047 ТУ), предназначенные для подключения соответствующих внешних низкочастотных проводных жгутов от внешнего источника питания и внешних периферийных устройств обработки данных и/или индикации, а также размещенный на стенке 5 высокочастотный блочный соединитель 8 (например, типа СР-50-150ФВ ВРО.364.011 ТУ), предназначенный для подключения внешнего высокочастотного коаксиального кабеля от внешнего активного антенного устройства (внешние устройства, в том числе активное антенное устройство, на фиг.1-6 не показаны).

Внутри корпуса 1 на стенке 5 в месте установки высокочастотного блочного соединителя 8 установлена входная плата 9 (фиг.1, 2, 3), на которой выполнена электрическая схема объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства (фиг.3, 4).

Внутри корпуса 1 на несущей плате 10 размещена плата приемника-процессора 11, предназначенная для частотного преобразования и корреляционной обработки сигналов СРНС (например, ГЛОНАСС, GPS), поступающих на плату приемника-процессора 11 по внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю 12, соединяющему входную плату 9 с платой приемника-процессора 11. Конструктивно плата приемника-процессора 11 может быть выполнена по типу плат приемников-процессоров, описанных, например, в [15] и [16].

С входной платой 9 внутриблочный высокочастотный коаксиальный кабель 12 соединен непосредственно с помощью пайки (фиг.3б, 5, 6). С платой приемника-процессора 11 внутриблочный высокочастотный коаксиальный кабель 12 соединен через кабельный высокочастотный соединитель 13 и установленный на плате приемника-процессора 11 высокочастотный соединитель 14 (фиг.1). Длина внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12 выбрана исходя из обеспечения возможности откидывания стенки 5 от основания 2.

Плата приемника-процессора 11 связана также с низкочастотными блочными соединителями 7, размещенными на стенке 4. Эта связь осуществляется через электрические цепи, проходящие через соединители, размещенные на плате приемника-процессора 11, через электрорадиоэлементы и соединители, размещенные на несущей плате 10 (на фиг.1-6 не показаны), а затем через жгуты 15, соединенные с низкочастотными блочными соединителями 7. Длина жгутов 15 выбрана исходя из обеспечения возможности откидывания стенки 4 от основания 2.

Входная плата 9 выполнена из конструкционного материала с определенным нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, обеспечивающего возможность реализации на ней СВЧ несимметричной микрополосковой линии для передачи входных сигналов СРНС (гигагерцовый диапазон частот) к внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю 12, соединяющему входную плату 9 с платой приемника-процессора 11. В преимущественном варианте реализации входная плата 9 выполнена с использованием в качестве конструкционного материала фольгированного слоистого пластика с определенным, выбранным в пределах от 4,0 до 5,5 нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, типа фольгированного эпоксидного стеклотекстолита марки FR4 (или ему аналогичного).

На первой стороне входной платы 9 (фиг.3а), непосредственно примыкающей к стенке 5, размещена земляная плоскость 16, внутри которой выполнен свободный от металлизации участок 17 в форме круга, диаметр которого совпадает с диаметром внутреннего изолятора 18, находящегося внутри корпуса 19 высокочастотного блочного соединителя 8 (фиг.2). Выступающая из стенки 5 торцевая часть корпуса 19 высокочастотного блочного соединителя 8 контактирует с земляной плоскостью 16 по кругу вокруг участка 17, а сигнальный вывод 20 высокочастотного блочного соединителя 8 проходит через металлизированное отверстие 21, выполненное в центре участка 17 (фиг.2, 3). Практически для осуществления непосредственного контакта корпуса 19 высокочастотного блочного соединителя 8 с земляной плоскостью 16 достаточно, чтобы его торцевая часть выступала из стенки 5 на 0,1-0,2 мм. Обеспечивается это за счет выполнения стенки 5 определенной толщины.

В рассматриваемом примере сигнальный вывод 20 высокочастотного блочного соединителя 8, проходящий через металлизированное отверстие 21, выполненное в центре участка 17, распаивается на второй стороне входной платы 9 на контактном элементе 22, являющимся точкой электрического объединения-разветвления входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства (фиг.2, 3б, 4).

Кроме контактного элемента 22 на второй стороне входной платы 9 (фиг 3б) размещены соединенные с земляной плоскостью 16 посредством металлизированных отверстий 23 контактные площадки 24 под элементы болтового соединения, осуществляющего одновременный крепеж высокочастотного блочного соединителя 8 и входной платы 9 на стенке 5, а также соединенная с земляной плоскостью 16 контактная площадка 25 для закрепления внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12. Также, на второй стороне входной платы 9 размещены контактные площадки, печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, реализующей на входной плате 9 схему объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства.

Закрепление входной платы 9 на стенке 5 выполнено таким образом, чтобы осуществить надежный электрический контакт ее земляной плоскости 16 со стенкой 5 и с корпусом 19 высокочастотного блочного соединителя 8.

Электрический контакт земляной плоскости 16 со стенкой 5 осуществляется по всей площади земляной плоскости 16. Обеспечивается это за счет того, что поверхность стенки 5 в зоне контакта с земляной плоскостью 16 выполнена плоской и гладкой, а входная плата 9 притянута к стенке 5 с определенным усилием, обеспечиваемым средствами крепежа.

Электрический контакт земляной плоскости 16 с корпусом 19 высокочастотного блочного соединителя 8 обеспечивается, во-первых, за счет электропроводящих свойств стенки 5, во-вторых, за счет указанного непосредственного соприкосновения выступающей из стенки 5 торцевой части корпуса 19 высокочастотного блочного соединителя 8 с земляной плоскостью 16, а в третьих - за счет гальванической связи, реализуемой электропроводящими элементами болтового соединения, осуществляющего одновременный крепеж высокочастотного блочного соединителя 8 и входной платы 9 на стенке 5.

В рассматриваемом примере одновременный крепеж высокочастотного блочного соединителя 8 и входной платы 9 на стенке 5 осуществляется электропроводящими элементами болтового соединения - винтами 26 с гайками 27 и шайбами 28 (фиг.2). При этом винты 26 проходят через крепежные отверстия 29 во фланце высокочастотного блочного соединителя 8, через отверстия 30 в стенке 5, а затем - через металлизированные отверстия 23 во входной плате 9. Со стороны своих головок винты 26 контактируют с фланцем высокочастотного блочного соединителя 8, а со стороны гаек 27 и шайб 28 - с контактными площадками 24, соединенными посредством металлизированных отверстий 23 с земляной плоскостью 16.

Рассмотренные конструктивные меры по выполнению входной платы 9 и ее соединению с высокочастотным блочным соединителем 8 обеспечивают эффективное, с достаточно малыми потерями согласование разнородных по конструкции элементов - коаксиальных элементов высокочастотного блочного соединителя 8 и печатных элементов входной платы 9, работающих в условиях сигналов гигагерцового диапазона частот (для ГЛОНАСС/GPS диапазон частот лежит в пределах от 1,2 до 1,7 ГГц). Одновременно за счет экранирующих свойств корпуса 1 обеспечивается эффективная экранировка электрической схемы, выполненной на входной плате 9, от паразитных наводок и наведенных помех.

Выполненная на входной плате 9 электрическая схема реализует Y-образную схему объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства с общей точкой, конструктивно выполненной в виде контактного элемента 22, с которым, как отмечалось выше, соединен сигнальный вывод 20 высокочастотного блочного соединителя 8.

В рассматриваемом примере выполненная на входной плате 9 входная сигнальная цепь содержит соединенные последовательно фильтрующий элемент в виде конденсатора 31 и СВЧ несимметричную микрополосковую линию 32 с сигнальным проводником 33 (фиг.4). Конденсатор 31 представляет собой конденсатор, установленный методом поверхностного монтажа, например конденсатор типа NPO-50V-56pF±5% s.0603. Входная сигнальная цепь соединена с контактным элементом 22 своим входным печатным проводником 34, а своим выходным печатным проводником, функцию которого в рассматриваемом примере выполняет конец сигнального проводника 33 СВЧ несимметричной микрополосковой линии 32, - с центральной жилой 35 внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12, например кабеля типа RG 174 или РК-50-1,5-21 (фиг.3б, 4).

Соединение центральной жилы 35 внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12 с выходным печатным проводником входной сигнальной цепи, функцию которого выполняет конец сигнального проводника 33 СВЧ несимметричной микрополосковой линии 32, осуществлено методом поверхностного монтажа (фиг.3б, 5). При этом внутриблочный высокочастотный коаксиальный кабель 12 закреплен на входной плате 9 так, что обеспечивается электрический контакт его освобожденной от внешней изоляции экранирующей оплетки 36 с контактной площадкой 25, имеющей электрическое соединение с земляной плоскостью 16. В рассматриваемом примере закрепление внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12 осуществлено за счет проволочного опаиваемого бандажа 37, а также за счет непосредственной припайки его экранирующей оплетки 36 к контактной площадке 25 (фиг.3б, 6).

Выполненная на входной плате 9 цепь питания активного антенного устройства содержит фильтрующий элемент в виде LC-фильтра 38 (фиг.4). Эта цепь соединена с контактным элементом 22 своим выходным выводом, а своими входным и земляным выводами - через жгут 39 - с выходным и земляным выводами формирователя 40 напряжения питания для активного антенного устройства (фиг.3б, 4). Длина жгута 39 выбрана исходя из обеспечения возможности откидывания боковой стенки 5 от основания 2 (фиг.1).

В рассматриваемом примере LC-фильтр 38, выполняющий функцию фильтрующего элемента цепи питания активного антенного устройства, выполнен в виде двух последовательно включенных Г-образных LC-звеньев 41₁ и 41₂, причем в каждом из LC-звеньев 41 соединенные между собой первые выводы индуктивного (L) 42 и емкостного (С) 43 компонентов образуют входной вывод LC-звена 41, второй вывод емкостного компонента 43 образует земляной вывод LC-звена 41, а второй вывод индуктивного компонента 42 образует выходной вывод LC-звена 41. Емкостные компоненты 43 представляют собой неполярные конденсаторы. В рассматриваемом случае двух последовательно включенных LC-звеньев 41₁ и 4 41₂ (фиг.3б, 4) входной и земляной выводы первого LC-звена 41₁ (те первый и второй выводы емкостного компонента 43₁) образуют входной и земляной выводы LC-фильтра 38, а выходной вывод второго LC-звена 41₂ (т.е. второй вывод индуктивного компонента 42₂) образует выходной вывод LC-фильтра 38. Входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра 38 являются соответственно входным, земляным и выходным выводами выполненной на входной плате 9 цепи питания активного антенного устройства Для дополнительной фильтрации пульсаций на входе цепи питания активного антенного устройства между входным и земляным выводами LC-фильтра 38 включен дополнительный емкостный фильтрующий компонент 44 (фиг.3б, 4), представляющий собой электролитический конденсатор.

В простейшем варианте реализации LC-фильтр 38 может быть выполнен в виде одного LC-звена 41 (на фиг.1-6 не показано). В этом случае входной, земляной и выходной выводы LC-звена 41 образуют входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра 38, т.е. входной, земляной и выходной выводы цепи питания активного антенного устройства.

Формирователь 40 напряжения питания для активного антенного устройства размещен на несущей плате 10 отдельно от платы приемника-процессора 11 (фиг.1). Место его размещения выбрано с учетом обеспечения удобства монтажа/демонтажа. Выходные характеристики формирователя 40 напряжения питания для активного антенного устройства выбраны исходя из характеристик питания активного антенного устройства, подключаемого к данному образцу блока приемника сигналов СРНС. Практически формирователь 40 напряжения питания для активного антенного устройства может быть выполнен в виде преобразователя напряжения постоянного тока, реализованного, например, на соответствующей по характеристикам питания интегральной микросхеме “DC-DC Converters” фирмы “MAXIM” [17]. Номенклатурный ряд этих микросхем таков, что позволяет формировать любое нужное напряжение питания для активных антенных устройств, используемых в технике приема сигналов СРНС ГЛОНАСС и GPS. Входное напряжение на формирователь 40 напряжения питания для активного антенного устройства может поступать, например, через буферный преобразователь напряжения, размещенный на несущей плате 10 (на фиг.1-6 не показан).

Работа заявляемого блока приемника сигналов СРНС осуществляется следующим образом.

К низкочастотным блочным соединителям 7 с помощью соответствующих внешних низкочастотных проводных жгутов присоединяются внешние периферийные устройства обработки данных и/или индикации и внешний источник питания. При этом на плату приемника-процессора 11 и формирователь 40 напряжения питания для активного антенного устройства поступают соответствующие входные напряжения.

К высокочастотному блочному соединителю 8 с помощью внешнего высокочастотного коаксиального кабеля присоединяется активное антенное устройство. Конструктивное выполнение активного антенного устройства может быть любым, например это может быть антенна ГЛОНАСС/GPS со встроенным усилительным элементом или антенна ГЛОНАСС/GPS с отдельным магистральным антенным усилителем. Характеристики питания активного антенного устройства и выходные характеристики формирователя 40 согласованы между собой.

Напряжение от формирователя 40 поступает на входную плату 9 по жгуту 39, а на входной плате 9 проходит через LC-фильтр 38 и поступает на контактный элемент 22, являющийся точкой электрического объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства. С контактного элемента 22 напряжение питания для активного антенного устройства поступает на сигнальный вывод 20 высокочастотного блочного соединителя 8 и далее - по внешнему высокочастотному коаксиальному кабелю - к активному антенному устройству. В обратную сторону через внешний высокочастотный коаксиальный кабель на высокочастотный блочный соединитель 8 поступают принимаемые активным антенным устройством сигналы СРНС.

Принимаемые активным антенным устройством сигналы СРНС, например сигналы ГЛОНАСС и GPS (диапазон частот от 1,2 до 1,7 ГГц), с сигнального вывода 20 высокочастотного блочного соединителя 8 поступают на контактный элемент 22 входной платы 9. С контактного элемента 22 сигналы СРНС поступают через входной печатный проводник 34, конденсатор 31 и сигнальный проводник 33 СВЧ несимметричной микрополосковой линии 32 на центральную жилу 35 внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля 12, а затем - через внутриблочный высокочастотный коаксиальный кабель 12 и соединители 13 и 14 - на плату приемника-процессора 11.

Параметры конденсатора 31, выполняющего функцию фильтрующего элемента входной сигнальной цепи, и параметры соединенного с ним по Y-образной схеме LC-фильтра 38, выполняющего функцию фильтрующего элемента цепи питания активного антенного устройства, выбраны таким образом, что обеспечивается эффективная развязка выполненных на входной плате 9 входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства.

На плате приемника-процессора 11 сигналы СРНС подвергаются частному преобразованию с понижением частоты до десятков мегагерц, аналого-цифровому преобразованию, а затем корреляционной и функциональной обработке с выделением выходной информации в виде низкочастотных цифровых сигналов (например, в формате RS-232, RS-422, RS-485 или ином). Эти цифровые сигналы через жгуты 15 передаются на соответствующие выводы низкочастотных блочных соединителей 7, откуда передаются к периферийным устройствам.

Таким образом, в заявляемом блоке сигналов СРНС плата приемника-процессора 11, являющаяся наиболее сложной и дорогостоящей частью блока, не несет в себе функцию по формированию напряжения питания для активного антенного устройства и функцию объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного усилительного устройства, что имеет место в радиоэлектронных блоках [13] и [14]. Эти функции распределены между формирователем 40 напряжения питания для активного антенного устройства, расположенным на несущей плате 10, и входной платой 9, установленной на стенке 5 корпуса 1 совместно с высокочастотным блочным соединителем 8. Такое решение делает независимым выполнение платы приемника-процессора 11 от характеристик питания активного антенного устройства, что существенно расширяет возможности по конфигурированию аппаратуры потребителей, в частности возможности по использованию одного типа унифицированного приемника-процессора с различными типами активных антенных устройств, отличающихся своим питанием. При этом адаптация (по питанию) конкретной конструктивной модификации блока приемника сигналов СРНС к конкретному активному антенному устройству обеспечивается только за счет установки соответствующего формирователя 40 напряжения питания для активного антенного устройства (микросхема “DC-DC Converters”), что не представляет проблемы. Одновременно с этим предложенное выполнение электрической схемы, реализующей функцию объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, на отдельной входной плате 9, установленной рассмотренным выше образом с обеспечением непосредственного контакта с высокочастотным блочным соединителем 8 и со стенкой 5 корпуса 1, обеспечивает устранение паразитных наводок и наведенных помех с одновременным уменьшением потерь во входной сигнальной цепи в условиях размещения ее вне платы приемника-процессора 11.

Из рассмотренного следует, что заявляемый блок приемника сигналов СРНС осуществим, промышленно реализуем и решает поставленную техническую задачу по созданию конструкции блока приемника сигналов СРНС, в котором обеспечивается независимость применяемого в нем приемника-процессора от характеристик питания подключаемого активного антенного устройства с одновременным устранением паразитных наводок и наведенных помех, а также уменьшением потерь во входной сигнальной цепи в условиях размещения ее вне платы приемника-процессора.

Источники информации

1. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. Под ред В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. М., ИПРЖР, 1998.

2. Бортовые устройства спутниковой радионавигации. / И.В. Кудрявцев, И.Н. Мищенко, А.И. Волынкин и др., под ред. В.С. Шебшаевича, М.: Транспорт, 1988.

3. В.В. Шкирятов. Радионавигационные системы и устройства. М.: Радио и связь, 1984.

4. US №5323168, H 01 Q 1/38, опубл. 21.06.1994.

5. US №6198439 (В1), H 01 Q 1/38, опубл. 06.03.2001.

6. US №5349365, H 01 Q 11/08, H 01 Q 1/36, опубл. 20.09.1994.

7. US №6016128, H 01 Q 11/12, H 01 Q 7/00, H 01 Q 1/42, опубл. 18.01.2000.

8. US №5272485, H 01 Q 23/00, H 01 Q 1/38, опубл. 21.12.1993.

9. US №4853703, H 01 Q 1/38, опубл. 01.08.1989.

10. US №5416712, G 01 S 5/02, G 06 F 15/50, H 01 Q 1/42, опубл. 16.05.1995.

11. US №5402441, G 01 S 5/02, опубл. 28.03.1995.

12. IP №7-128423, G 01 S 5/14, опубл. 19.05.1995.

13. RU №2172081 (C1), H 05 K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, опубл. 10.08.2001.

14. RU №2190941 (C1), H 05 K 1/00, опубл. 10.10.2002.

15. RU №2172080 (C1), H 05 K 1/00, 1/11, 1/14, 3/46, опубл. 10.08.2001.

16. RU №2188522 (C1), H 05 K 1/14, Н 01 Р 11/00, опубл. 27.08.2002.

17. Электронные компоненты, 2001, №4, с.42.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании блоков приемников аппаратуры потребителей сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС) типа ГЛОНАСС, GPS и т.п. Техническим результатом является обеспечение независимости применяемого приемника-процессора от характеристик питания подключаемого активного антенного устройства с одновременным устранением паразитных наводок и наведенных помех, а также уменьшением потерь во входной сигнальной цепи в условиях размещения ее вне платы приемника-процессора. Блок содержит электропроводящий корпус, плату приемника-процессора, а также средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, размещенные на входной плате, установленной на стенке корпуса в месте установки высокочастотного блочного соединителя для подключения активного антенного устройства. Входная плата выполнена из конструкционного материала с определенным нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, обеспечивающего возможность реализации на ней СВЧ несимметричной микрополосковой линии. На одной стороне входной платы размещена земляная плоскость, внутри которой выполнен свободный от металлизации участок в форме круга, диаметр которого совпадает с диаметром внутреннего изолятора высокочастотного блочного соединителя, а в его центре выполнено металлизированное отверстие, через которое проходит его сигнальный вывод. На второй стороне входной платы размещены контактные площадки, печатные проводники и электрорадиоэлементы электрической схемы, реализующей схему объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства. Входная плата закреплена так, что ее земляная плоскость находится в электрическом контакте со стенкой корпуса и с корпусом высокочастотного блочного соединителя. Сигнальный вывод высокочастотного блочного соединителя на второй стороне входной платы соединен с контактным элементом, являющимся точкой электрического объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства. С этим контактным элементом соединена своим выходным выводом цепь питания активного антенного устройства с фильтрующим элементом в виде LC-фильтра, при этом ее входной и земляной выводы соединены с выходным и земляным выводами формирователя напряжения питания для активного антенного устройства, размещенного внутри корпуса отдельно от платы приемника-процессора. С этим же контактным элементом соединена входная сигнальная цепь, содержащая соединенные последовательно фильтрующий элемент в виде конденсатора и СВЧ несимметричную микрополосковую линию, при этом ее выходной печатный проводник соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, соединяющего входную плату с платой приемника-процессора. Кабель закреплен на входной плате так, что обеспечивается электрический контакт его освобожденной от внешней изоляции экранирующей оплетки с контактной площадкой, имеющей электрическое соединение с земляной плоскостью. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Блок приемника сигналов спутниковых радионавигационных систем, содержащий выполненный из электропроводящего материала корпус с установленными на нем соединительными средствами, предназначенными для подключения внешних устройств, размещенную внутри корпуса и связанную с этими соединительными средствами плату приемника-процессора, предназначенную для частотного преобразования и корреляционной обработки принимаемых активным антенным устройством сигналов спутниковых радионавигационных систем (СРНС), поступающих на плату приемника-процессора по внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю, а также средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, содержащие фильтрующие элементы этих цепей, отличающийся тем, что средства, предназначенные для объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, размещены на входной плате, установленной на стенке корпуса в месте установки высокочастотного блочного соединителя, предназначенного для подключения внешнего высокочастотного коаксиального кабеля от внешнего активного антенного устройства, входная плата выполнена из конструкционного материала с определенным нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, обеспечивающего возможность реализации на ней СВЧ несимметричной микрополосковой линии для передачи сигналов СРНС к внутриблочному высокочастотному коаксиальному кабелю, соединяющему входную плату с платой приемника-процессора, на первой стороне входной платы размещена земляная плоскость, внутри которой выполнен свободный от металлизации участок в форме круга, диаметр которого совпадает с диаметром внутреннего изолятора высокочастотного блочного соединителя, а в его центре выполнено металлизированное отверстие, через которое проходит сигнальный вывод высокочастотного блочного соединителя, на второй стороне входной платы размещены контактные площадки, печатные проводники, включая сигнальный проводник указанной СВЧ несимметричной микрополосковой линии, и электрорадиоэлементы электрической схемы, реализующей на входной плате схему объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, входная плата закреплена на стенке корпуса так, что ее земляная плоскость находится в электрическом контакте со стенкой корпуса и с корпусом высокочастотного блочного соединителя, а сигнальный вывод высокочастотного блочного соединителя на второй стороне входной платы соединен с контактным элементом, являющимся точкой электрического объединения-разделения входной сигнальной цепи и цепи питания активного антенного устройства, с этим контактным элементом соединена своим выходным выводом выполненная на входной плате цепь питания активного антенного устройства со своим фильтрующим элементом, при этом ее входной и земляной выводы соединены через жгут с выходным и земляным выводами размещенного внутри корпуса отдельно от платы приемника-процессора формирователя напряжения питания для активного антенного устройства, с этим же контактным элементом соединена своим входным печатным проводником выполненная на входной плате входная сигнальная цепь, содержащая соединенные последовательно свой фильтрующий элемент и указанную СВЧ несимметричную микрополосковую линию, при этом ее выходной печатный проводник соединен с центральной жилой внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля, закрепленного на входной плате так, что обеспечивается электрический контакт его освобожденной от внешней изоляции экранирующей оплетки с контактной площадкой, имеющей электрическое соединение с земляной плоскостью, причем указанное соединение центральной жилы внутриблочного высокочастотного коаксиального кабеля с выходным печатным проводником входной сигнальной цепи осуществлено методом поверхностного монтажа.2. Блок по п.1, отличающийся тем, что входная плата выполнена с использованием в качестве конструкционного материала фольгированного слоистого пластика с определенным, выбранным в пределах от 4,0 до 5,5 нормированным значением коэффициента диэлектрической проницаемости, типа фольгированного эпоксидного стеклотекстолита марки FR4.3. Блок по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент сигнальной цепи представляет собой конденсатор, установленный на входной плате методом поверхностного монтажа.4. Блок по п.1, отличающийся тем, что фильтрующий элемент цепи питания активного антенного устройства представляет собой LC-фильтр, выполненный в виде одного или двух последовательно включенных Г-образных LC-звеньев, где соединенные между собой первые выводы индуктивного и емкостного компонентов, второй вывод емкостного компонента и второй вывод индуктивного компонента образуют соответственно входной, земляной и выходной выводы LC-звена, причем в случае выполнения LC-фильтра в виде одного LC-звена входной, земляной и выходной выводы этого LC-звена образуют входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра, а в случае выполнения LC-фильтра в виде двух последовательно включенных LC-звеньев входной и земляной выводы первого LC-звена и выходной вывод второго LC-звена образуют входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра, при этом входной, земляной и выходной выводы LC-фильтра являются входным, земляным и выходным выводами выполненной на входной плате цепи питания активного антенного устройства.