АНТЕННА МАЛОГАБАРИТНАЯ КОРОТКОВОЛНОВАЯ Российский патент 2013 года по МПК H01Q9/04 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для работы в составе средств радиосвязи гектометрового диапазона между подвижными объектами на железнодорожном транспорте.

Известна (аналог) горизонтальная П-образная антенна для средств связи на железнодорожном транспорте [С.Т. Тропкин. Согласование высокочастотных нагрузок в радиосетях гектометрового диапазона. «Автоматика, связь, информатика», №5, 2001 г., стр.43.]. Антенна состоит из натянутого П-образного провода, заземленного на корпусе подвижного объекта со стороны противоположной вводу энергии. Геометрические размеры антенны составляют: высота подвеса горизонтального провода над крышей подвижного объекта порядка 0,6-0,9 метра, а длина порядка 7-9 метров.

Недостатками данного технического решения являются нестабильность электрических параметров антенны, обусловленная провисанием ее горизонтального провода и загрязнением изоляторов при эксплуатации; невысокая дальность действия, обусловленная малыми размерами антенны относительно длины волны гектометрового диапазона; низкая точность и высокая трудоемкость настройки и согласования.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является горизонтальная антенна для средств связи на железнодорожном транспорте (прототип), содержащая закрепленный горизонтально на крыше транспортного средства излучатель с входным соединителем [Россия, патент 38426, H01Q 9/04, 2003 г.].

Данному типу антенн присущи следующие недостатки:

нестабильность электрических параметров антенны, обусловленная провисанием ее горизонтального провода при эксплуатации;

низкая дальность действия, обусловленная малыми размерами антенны относительно длины волны гектометрового диапазона;

низкая точность и высокая трудоемкость настройки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является антенна с уменьшенной в 4 раза длиной и увеличенной дальностью действия в 3-5 раз при расширении полосы пропускания частот с 20 кГц до 27 кГц (по сравнению с прототипом), повышении точности и существенном снижении трудоемкости настройки и согласования.

Этот технический результат достигается за счет того, что в антенне, содержащей закрепленный горизонтально на крыше транспортного средства излучатель с входным соединителем, излучатель выполнен в виде провода намотанного по спирали на диэлектрическую трубу и введено устройство согласования и настройки, которое соединено первым входом с центральным проводом входного соединителя, вторым входом через провод заземления с крышей транспортного средства, а выходом с входом излучателя, также, излучатель дополнительно снаружи защищен герметичным покрытием и закреплен на крыше транспортного средства при помощи двух держателей, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства, а устройство настройки и согласования помещено в герметичный колпак, который надет на диэлектрическую трубу излучателя.

Сущность изобретения

Для сопряжения с высокочастной нагрузкой (антенной малогабаритной коротковолновой) низкочастотной радиостанции в изобретении используются устройство согласования и настройки, и два держателя, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства. В совокупности эти устройства выполняет две функции: компенсации реактивной составляющей входного сопротивления нагрузки и согласование активной составляющей нагрузки с волновым сопротивлением фидера, соединяющего устройство согласования и настройки с низкочастотной радиостанцией. Входное сопротивление высокочастотной нагрузки имеет индуктивный характер. Для того, чтобы через активное сопротивление нагрузки протекал максимальный ток под действием приложенного напряжения, было необходимо скомпенсировать индуктивное сопротивление нагрузки. Функцию настройки антенны на рабочей частоте в резонанс в изобретении выполняет устройство согласования и настройки. Известно, что генератор, имеющий внутреннее сопротивление, отдает максимальную мощность в нагрузку при условии, если ее сопротивление равно внутреннему сопротивлению генератора. В изобретении для согласования и настройки активной составляющей нагрузки с волновым сопротивлением фидера, соединяющего антенну с низкочастотной радиостанцией, использованы устройство согласования и настройки (элементы согласующей цепи, детектор и индикатор) и два держателя, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства. По яркости свечения индикатора с высокой точностью определяется наилучшая настройка антенны, которая осуществляется регулировкой держателей, путем изменения положения антенны по высоте над токопроводящей крышей транспортного средства.

На фиг.1 приведен эскиз антенны малогабаритной коротковолновой. На фиг.2 приведен эскиз варианта исполнения устройство согласования и настройки.

Антенна малогабаритная коротковолновая содержит (фиг.1) диэлектрическую трубу - 1, на которую по спирали намотан провод - 2 образующий излучатель, который снаружи защищен герметичным покрытием - 3 и закреплен на крыше транспортного средства - 4 при помощи двух держателей - 5.1 и 5.2, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства, к входу излучателя со стороны ввода энергии выходом присоединено устройство согласования и настройки - 6, которое соединено первым входом с центральным проводом входного соединителя - 7, а вторым входом через провод заземления - 8 с крышей транспортного средства - 4, при этом устройство согласования и настройки - 6 помещено в герметичный колпак - 9, который надет на диэлектрическую трубу - 1 излучателя.

Устройство согласования и настройки - 6 может быть выполнено в виде устройства (фиг.2), имеющего в своем составе последовательно соединенные повышающий трансформатор - 10, индуктивность - 11 и первую емкость - 12, кроме того между трансформатором - 10 и индуктивностью - 11 параллельно присоединена вторая емкость - 13, а между первой емкостью -12 и индуктивностью - 11 параллельно присоединена электрическая цепь состоящая из детектора - 14 и индикатора - 15.

Антенна работает следующим образом.

В случае работы антенны в режиме передачи, сигнал через входной соединитель - 7 поступает на вход согласующей цепи, состоящей из последовательно соединенных индуктивности - 11 и первой емкости - 12 и с выхода согласующей цепи сигнал поступает на вход повышающего трансформатора - 10, а затем на вход провода - 2 (излучатель), с которого происходит излучение в пространство электромагнитных волн. Первая емкость - 12 согласующей цепи определяет входное сопротивление антенны и обеспечивает его согласование. Согласующая цепь обеспечивает на входе повышающего трансформатора - 10 увеличение напряжения входного сигнала до 3 раз по сравнению с напряжением на ее входе, а с выхода повышающего трансформатора - 10 на спиральный излучатель подается сигнал, напряжение которого в 10 - 12 раз выше, чем на входе входного соединителя - 7. Такой эффект достигается за счет второй емкости - 13, которая компенсирует индуктивную составляющую излучателя, электрическая длина которого выбрана таким образом, чтобы его собственная резонансная частота была ниже рабочей частоты антенны примерно на 8%, что обеспечивает повышение полосы пропускания антенны до 27 кГц. На собственной резонансной частоте спирального излучателя выходное сопротивление несколько десятков Ом, а на рабочей частоте антенны - порядка 6-7 кОм. Элементы согласующей цепи (индуктивность - 11 и первая емкость - 12) подобраны так, что максимум напряжения, поступающего на вход детектора - 14, соответствует наилучшему согласованию антенны с передатчиком. С выхода детектора - 14 постоянное положительное напряжение поступает на индикатор - 15 (например, светодиод). По яркости свечения индикатора - 15 с высокой точностью определяется наилучшие согласование и настройка антенны, которые достигаются регулировкой держателей - 5.1 и 5.2, путем изменения положения антенны по высоте над токопроводящей крышей транспортного средства - 4.

В режиме приема антенна работает без перестройки согласно принципу взаимности антенн.

Для реализации технического решения может быть использовано стандартное промышленное оборудование и материалы. Так, например, в качестве диэлектрической трубы - 1 может быть использована полипропиленовая труба.

Провод - 2 может быть выполнен из многожильного провода НВ - 0,2.

В качестве герметичного покрытия - 3 может быть использован материал - родпласт.

Держатель - 5.1 (5.2) может быть выполнен из трех отрезков полипропиленовых труб разного диаметра с технологическими отверстиями по образующей и стопорными винтами.

Устройство согласования и настройки - 6 может быть выполнено в виде устройства, имеющего в своем составе стандартные радиодетали: повышающий трансформатор, две емкости, индуктивность, детектор и индикатор.

Входной соединитель - 7 представляет собой разъем ВЧ кабеля, например, РК-50-3-11.

Герметичный колпак - 9 может быть выполнен из отрезка полипропиленовой трубы заглушенной с одного конца.

По материалам заявки изготовлена антенна со следующими данными:

1. Рабочая частота, кГц 2130 2. Полоса пропускания, кГц 27 3. Коэффициент стоячей волны на рабочей частоте не более 2,5 4. Волновое сопротивление, Ом 50 5. Номинальная мощность, Вт 10 6. Подводимая мощность, Вт 20 7. Длина антенны, мм 2050 8. Диаметр проводника спирали, мм 2 9. Диаметр диэлектрической трубы, мм 50 10. Длина спирали, мм 1900

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичным всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемой антенны малогабаритной коротковолновой, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с ее отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния этих отличительных признаков заявляемого устройства на полученный технический результат - разработана антенна малогабаритная коротковолновая с увеличенной дальностью действия и расширенной полосой пропускания частот при повышении точности и существенном снижении трудоемкость согласования и настройки, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Изобретение «Антенна малогабаритная коротковолновая» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков, обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость в составе средств радиосвязи гектометрового диапазона между подвижными объектами на железнодорожном транспорте, при этом для реализации заявляемой антенны могут быть использованы известные материалы и оборудование.

На радиополигоне открытого типа антенна малогабаритная коротковолновая прошла предварительные испытания, которые подтвердили ожидаемые технические характеристики. Кроме того, опытная эксплуатация антенны показала высокую надежность и высокие эксплуатационные характеристики.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для работы в составе средств радиосвязи гектометрового диапазона между подвижными объектами на железнодорожном транспорте. Техническим результатом является уменьшение в 4 раза длины и увеличение в 3-5 раз дальности действия при расширении полосы пропускания частот с 20 кГц до 27 кГц, повышение точности и существенное снижение трудоемкости согласования и настройки. Предложена антенна малогабаритная коротковолновая, содержащая излучатель, выполненный в виде провода, намотанного по спирали на диэлектрическую трубу, входной соединитель и устройство согласования и настройки, которое соединено первым входом с центральным проводом входного соединителя, вторым входом через провод заземления с крышей транспортного средства, а выходом с входом излучателя, при этом устройство согласования и настройки помещено в герметичный колпак, который надет на диэлектрическую трубу излучателя, а излучатель снаружи защищен герметичным покрытием и закреплен на крыше транспортного средства при помощи двух держателей, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Антенна малогабаритная коротковолновая, содержащая закрепленный горизонтально на крыше транспортного средства излучатель с входным соединителем, отличающаяся тем, что излучатель выполнен в виде провода, намотанного по спирали на диэлектрическую трубу, и введено устройство согласования и настройки, которое соединено первым входом с центральным проводом входного соединителя, вторым входом через провод заземления - с крышей транспортного средства, а выходом - с входом излучателя.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что излучатель снаружи защищен герметичным покрытием и закреплен на крыше транспортного средства при помощи двух держателей, которые выполнены с возможностью перемещения излучателя относительно крыши транспортного средства.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что устройство согласования и настройки помещено в герметичный колпак, который надет на диэлектрическую трубу излучателя.