ПРИЕМНАЯ АКТИВНАЯ АНТЕННА Российский патент 2006 года по МПК H01Q1/38 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема, усиления и фильтрации радиосигналов, в частности в качестве активной приемной антенны в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS).

Известна приемная активная антенна, выполненная в виде модуля, которая содержит поликарбонатный корпус, состоящий из защитного колпака и нижней крышки с элементами крепления к проводящему экрану, усилитель с фильтрами, антенный элемент и кабель с разъемом на конце, выполненные в виде единой сборки, причем усилитель с фильтрами закрыт металлическим экраном, антенный элемент с усилителем помещен внутри модульного корпуса, кабель выведен наружу, а место выхода кабеля из корпуса обжато механически. Эта конструкция не обеспечивает достаточную механическую прочность антенны. Не обеспечивается также достаточный коэффициент усиления при углах, близких к экранной плоскости, что приводит к потере сигнала от спутников, находящихся вблизи горизонта. Антенна также недостаточно герметична в силу негерметичности мест соединения. (Motorola GPS Products - On core User's Guide Revision 5.008/30/02, сайт фирмы Motorola: http://www.motorola.com/ru/).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой активной приемной антенне является приемная активная антенна, содержащая печатный проводник с керамической подложкой, малошумящий усилитель с керамическими фильтрами, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку с элементами крепления к проводящему экрану, у которой отсутствуют крепежные отверстия в нижней крышке и при креплении активной антенны к немагнитному экрану используется дополнительно стальная переходная пластина (GPS Antenna/Rev.2.05(8/18/97) сайт фирмы Motorola: http://www.motorola.com/ru/). Однако эта антенна не обеспечивает достаточную механическую прочность и надежность в работе, а также необходимое расширение диаграммы направленности.

В основу изобретения поставлена задача получения более широкой диаграммы направленности, повышение механической прочности антенны и надежности, а также миниатюризация антенны.

Расширение диаграммы направленности обеспечивается выполнением диэлектрической подложки антенного элемента в виде стаканообразного керамического корпуса с металлизированной внутренней полостью.

Механическая прочность активной антенны обеспечивается за счет выполнения диэлектрической подложки антенного элемента, одновременно являющейся корпусом активной антенны, из высокопрочной керамики с нулевым водопоглощением.

Повышение надежности антенны достигается за счет обеспечения большей герметичности антенны в местах соединения ее составных частей, в частности за счет применения резинового патрубка со специальными выступами и заливки крышки полимерным составом.

Миниатюризация антенны обеспечивается за счет использования диэлектрической подложки антенного элемента одновременно в качестве корпуса активной антенны и за счет исключения защитного колпака антенны. Это позволяет уменьшить габариты активной антенны и расширить рабочий диапазон частот при неизменных габаритах. В частности, заявляемая антенна при тех же габаритах, что и антенна- прототип, работающая только с сигналами GPS, обеспечивает работу с сигналами GPS и ГЛОНАСС одновременно.

На чертеже представлен общий вид приемной активной антенны.

Приемная активная антенна содержит антенный элемент, включающий печатный проводник 1 и диэлектрическую подложку 2 с металлизацией нижней поверхности 3, плату малошумящего усилителя 4, керамические фильтры 5, высокочастотный кабель 6 с высокочастотным соединителем 7 на конце, резиновый патрубок 8, крышку 9 с металлической пластиной 10, магнитом 11 и резьбовой втулкой 12.

Диэлектрическая подложка 2 антенного элемента выполнена в виде стаканообразного керамического корпуса с экранной металлизированной внутренней поверхностью 3 с уступом и металлизированным отверстием в боковой стенке, на вершине которой расположен печатный проводник 1 произвольной формы. Антенный элемент покрыт снаружи защитным радиопрозрачным слоем 13 для защиты печатного проводника от внешних воздействий.

Вход малошумящего усилителя 4 электрически соединен с помощью перемычки 14 с печатным проводником 1 антенного элемента. При этом точка соединения выбирается из условия их оптимального согласования по импедансу. В схему малошумящего усилителя включены керамические фильтры 5. Плата малошумящего усилителя закреплена на металлизированной нижней поверхности диэлектрической подложки во внутренней полости стаканообразного керамического корпуса.

Высокочастотный кабель 6 служит для соединения выхода малошумящего усилителя 4 с приемным устройством. Один конец высокочастотного кабеля пропущен через резиновый патрубок 8 и распаян к выходу платы малошумящего усилителя, а на другой конец припаян высокочастотный соединитель 7.

Резиновый патрубок 8 имеет специальные выступы, плотно вставлен в металлизированное отверстие керамического корпуса и служит для уплотнения вывода высокочастотного кабеля 6 из металлизированной внутренней полости керамического корпуса.

Крышка 9 в основе своей выполнена путем свободной заливки заподлицо с нижней плоскостью керамического корпуса пространства, образованного металлической пластиной 10, краями уступа керамического корпуса и боковой поверхностью кольцевого магнита 11, вмонтированного по центру крышки, полимерным составом, за счет чего получается герметичное соединение крышки со стаканообразным керамическим корпусом.

Внутри кольцевого магнита расположена резьбовая втулка 12, которая имеет внешний диаметр, меньший внутреннего диаметра кольцевого магнита, выполнена из магнитного материала и служит одновременно его сердечником.

Магнит кольцевой формы 11 и резьбовая втулка 12 служат для крепления активной антенны к проводящему экрану 15. Крепление с помощью резьбовой втулки 12 применяется, если проводящий экран выполнен из немагнитного материала, а с помощью магнита 11 - если проводящий экран выполнен из магнитного материала. В последнем случае кольцевой магнит 11 с резьбовой втулкой 12 из магнитного материала образуют так называемый "магнитный замок" с проводящим экраном 15.

При падении электромагнитной волны на антенный элемент с широкой диаграммой направленности, образованный печатным проводником 1 и диэлектрической подложкой 2 с металлизацией нижней поверхности 3, в последнем возникают высокочастотные колебания, порождающие высокочастотные токи на токопроводящих поверхностях антенного элемента.

Расширение диаграммы направленности происходит за счет приподнимания антенного элемента над экранной плоскостью 15. Достигается это путем выполнения диэлектрической подложки с металлизированной нижней поверхностью в виде "стакана", на вершине которого и располагается печатный проводник 1 произвольной формы. Наличие диэлектрического слоя на боковой поверхности "стакана" дает дополнительный эффект по расширению диаграммы направленности.

Через перемычку 14 высокочастотный ток, возникающий в печатном проводнике 1, поступает на вход малошумящего усилителя 4, который расположен внутри замкнутого объема, образованного металлизированной внутренней полостью керамического корпуса и металлизированной крышкой 9, и изолирован от прямого воздействия падающей электромагнитной волны. В малошумящем усилителе сигнал усиливается, фильтруется с помощью встроенных фильтров и поступает на высокочастотный кабель 6 с высокочастотным соединителем 7, который в свою очередь соединен с входом приемного устройства.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для приема, усиления и фильтрации радиосигналов, в частности в качестве активной приемной антенны в аппаратуре потребителя. Техническим результатом является получение более широкой диаграммы направленности, повышение механической прочности антенны и надежности, а также миниатюризация антенны. Сущность изобретения состоит в том, что активная антенна содержит подложку в виде керамического корпуса стаканообразной формы с металлизированной внутренней полостью с уступом, на вершине которой расположен печатный проводник антенного элемента, покрытый защитным радиопрозрачным слоем, малошумящий усилитель расположен на внутренней металлизированной поверхности подложки, а вывод коаксиального кабеля проложен через боковое металлизированное отверстие подложки, закрытой металлизированной изнутри крышкой с магнитом и резьбовой втулкой, которая закреплена в уступе внутренней полости подложки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приемная активная антенна, содержащая антенный элемент, выполненный в виде печатного проводника с керамической подложкой, малошумящий усилитель с керамическими фильтрами, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку с элементами крепления к проводящему экрану, отличающаяся тем, что подложка антенного элемента выполнена в виде керамического корпуса стаканообразной формы с металлизированной внутренней полостью с уступом, на вершине которой расположен печатный проводник антенного элемента, покрытый защитным радиопрозрачным слоем, при этом малошумящий усилитель расположен на нижней металлизированной поверхности подложки во внутренней полости керамического корпуса, а вывод коаксиального кабеля проложен через боковое металлизированное отверстие подложки, закрытой металлизированной изнутри крышкой с магнитом и резьбовой втулкой, которая закреплена в уступе внутренней полости подложки.2. Приемная активная антенна по п.1, отличающаяся тем, что вывод кабеля через металлизированное отверстие снабжен резиновым патрубком с выступами.