Приемная активная антенна

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к антеннам, и может быть использована для приема, усиления и фильтрации радиосигналов, например, в качестве приемной антенны в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS/GALILEO). Приемная активная антенна содержит антенный элемент в виде печатного проводника с диэлектрической подложкой, выполненной стаканообразной формы с металлизированной внутренней полостью, усилитель с фильтром, расположенный во внутренней металлизированной полости подложки, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку с элементами крепления к проводящему экрану, в металлизированном слое внутренней полости диэлектрической подложки и в земляной поверхности платы малошумящего усилителя выполнены щелевидные окна связи одинаковой геометрической формы с соотношением ширины к длине щели соответственно 0,1÷0,2, которые расположены избирательно под печатным проводником, а входная цепь усилителя выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, который расположен под указанными окнами связи перпендикулярно к окнам и соединенный с ограничительной диодной сборкой. Усилитель выполнен двухкаскадным в виде одной микросборки и включенной перед ней ограничительной диодной сборкой, а между каскадами усилителя включен антенный фильтр, подключенный к внешним выводам микросборки, при этом крышка выполнена магнитной, а антенный элемент, крышка и кабельный вывод покрыты защитным полимерным слоем. Внутренняя полость диэлектрического корпуса-подложки заполнена герметиком в случае с ПАВ-фильтром с герметичным корпусом. Полезная модель повышает надежность работы приемной активной антенны, технологична при изготовлении и малогабаритна, а в случае использования ПАВ-фильтра обеспечивается абсолютная герметичность и максимальная надежность.

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к антеннам, и может быть использована для приема, усиления и фильтрации радиосигналов, в частности в качестве активной приемной антенны в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS/GALILEO).

Известна приемная навигационная 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 (Motorola GPS Products - On core User's Guide Revision 5.008/30/02, сайт фирмы Motorola: ).

Эта конструкция не обеспечивает достаточную механическую прочность антенны и 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, а также имеет большие габариты и сложность конструкции.

Известна также приемная активная антенна, содержащая поликарбонатный корпус, 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: ).

Однако эта антенна не обеспечивает достаточную механическую прочность и надежность в работе, а также необходимое расширение диаграммы направленности. Кроме того, эта антенна имеет большие габариты и сложность конструкции.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является приемная активная антенна, описанная в патенте РФ 2349995, опубл. 20.03.09 г., БИ 8. Известная антенна содержит антенный элемент, выполненный в виде печатного проводника, расположенного на вершине стаканообразной диэлектрической подложки с металлизированной внутренней полостью, покрытый снаружи защитным радиопрозрачным слоем, малошумящий усилитель с фильтрами, расположенными во внутренней металлизированной полости подложки, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку с элементами крепления к проводящему экрану, причем в металлизированном слое внутренней полости диэлектрической подложки и в земляной поверхности платы малошумящего усилителя выполнены щелевидные окна связи одинаковой геометрической формы с соотношением ширины к длине щели соответственно 0,1÷0,2, которые расположены избирательно под печатным проводником, а входная цепь усилителя выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, который расположен под указанными окнами связи перпендикулярно к окнам и заканчивается ограничительной диодной сборкой.

Однако это устройство имеет также недостатки - большие габариты и сложность конструкции.

Технической задачей заявленной полезной модели является уменьшение габаритов антенны, упрощение конструкции и повышение надежности приемной активной антенны.

Технический результат достигается тем, что малошумящий усилитель выполнен двухкаскадным в виде одной микросборки и включенной перед ней ограничительной диодной сборкой, а между каскадами усилителя установлен антенный керамический фильтр, подключенный к внешним выводам микросборки, при этом крышка выполнена магнитной, а антенный элемент, крышка и кабельный вывод покрыты защитным полимерным слоем, а в случае с ПАВ-фильтром внутренняя полость диэлектрического корпуса заполнена герметиком.

На фиг.1 представлен вид активной антенны с апертурной связью антенного элемента и входной цепи малошумящего усилителя.

На фиг.2 представлен вид активной антенны с апертурной связью в сечении А-А.

Приемная активная антенна состоит из антенного элемента, включающего печатный проводник 1 и диэлектрическую подложку 2 с металлизацией нижней поверхности 3, в которой выполнено отверстие щелевидной формы 13а, платы малошумящего двухкаскадного усилителя 4 с отверстием связи щелевидной формы 13б в земляной поверхности платы, ограничительной диодной сборки 5, фильтра 6, высокочастотного кабеля 7 с высокочастотным соединителем 8 на конце, магнитной крышки 9, защитного полимерного слоя 10.

Диэлектрическая подложка 2 антенного элемента выполнена в виде стаканообразного корпуса с металлизированной внутренней поверхностью 3 и металлизированным отверстием в боковой стенке, на вершине которой расположен печатный проводник 1 произвольной формы. Подложка антенного элемента может быть выполнена как из высокопрочной керамики, так и из диэлектрического полимерного материала. Второй вариант исполнения корпуса подложки более дешевый, но менее прочный.

Плата 4 малошумящего двухкаскадного усилителя закреплена на металлизированной нижней поверхности диэлектрической подложки во внутренней полости стаканообразного корпуса.

В металлизации диэлектрической подложки 2 выполнено окно связи щелевидной формы 13а, а в земляной плоскости платы двухкаскадного усилителя 4 окно связи щелевидной формы 13б. Минимальный размер каждой щели (ширина щели) составляет 0,1-0,2 от максимального размера (длины щели), причем форма окна связи 13б полностью идентична форме окна связи 13а в металлизированной поверхности 3 стаканообразного корпуса, а входная цепь двухкаскадного усилителя выполнена в виде отрезка микрополосковой линии 11, который проходит под вышеупомянутой щелью 13б перпендикулярно ей, пересекает ее в центре и заканчивается ограничительной диодной сборкой 5 (фиг.2). Плата двухкаскадного усилителя закреплена с электрическим контактом на металлизированной нижней поверхности подложки во внутренней полости стаканообразного корпуса-подложки так, что щелевидное окно связи 13б в земляной плоскости платы двухкаскадного усилителя находится строго под щелевидным окном связи 13а в металлизированной поверхности 3 стаканообразного корпуса-подложки 2. Площадь щелевидного окна связи 13а в металлизированной поверхности 3 подложки больше площади окна связи 13б для компенсации технологического разброса на установку платы двухкаскадного усилителя на нижней металлизированной поверхности подложки. Расположение щели связи 13б платы двухкаскадного усилителя и щели связи 13а на нижней металлизированной поверхности 3 подложки 2 относительно печатного проводника 1, размеры щели и длину отрезка микрополосковой линии, выходящей за ширину щели, находят путем согласования импедансов антенного элемента и входа двухкаскадного усилителя, в том числе и для случая приема сигналов круговой поляризации заданного направления вращения. В последнем случае печатный проводник 1 должен иметь конфигурацию, обеспечивающую прием поля круговой поляризации.

Высокочастотный кабель 7 служит для соединения выхода двухкаскадного усилителя 4 с приемным устройством. Один конец высокочастотного кабеля пропущен через боковое отверстие в подложке и распаян к выходу платы двухкаскадного усилителя, а на другой конец припаян высокочастотным соединителем 8.

Крышка 9 выполнена из проводящего материала, обладающего остаточной намагниченностью, и соединена с диэлектрическим корпусом. Крышка служит также для крепления активной антенны к внешнему проводящему экрану 12, образуя с ним так называемый «магнитный замок».

Снаружи антенный элемент и крышка покрыты защитным полимерным слоем 10, имеющем продолжение на высокочастотный кабель 7 в форме патрубка.

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

Расширение диаграммы направленности происходит за счет приподнимания антенного элемента над экранной плоскостью 12. Достигается это путем выполнения диэлектрической подложки с металлизированной нижней поверхностью в виде перевернутого «стакана», на вершине которого и располагается печатный проводник 1 произвольной формы. Наличие диэлектрического слоя на боковой поверхности «стакана» позволяет еще более расширить диаграмму направленности.

Связь антенного элемента и входа платы двухкаскадного усилителя апературная за счет расположения щели связи 13б в земляной плоскости платы двухкаскадного усилителя относительно печатного проводника 1 таким образом, что она пересекает токи в металлизации 3 подложки, возникающие в антенном элементе при падении на него электромагнитной волны. За счет этого и с учетом электрического контакта между металлизацией 3 подложки и земляной плоскостью платы двухкаскадного усилителя 4 в щели 13б возникает поперечное электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает высокочастотные токи в микрополосковой линии входной цепи двухкаскадного усилителя, которые поступают во входной каскад двухкаскадного усилителя. В малошумящем усилителе сигнал усиливается, фильтруется с помощью встроенного фильтра 6 и поступает на высокочастотный кабель 7, который в свою очередь соединен с входом приемного устройства посредством разъема 8.

Стоящая на входе двухкаскадного усилителя ограничительная диодная сборка 5 служит для защиты входного каскада двухкаскадного усилителя от выхода из строя при наличии постороннего сигнала большой мощности (помехи).

Выполнение двухкаскадного усилителя в виде одной микросборки, совмещение функций крышки и магнита в крышке из намагниченного материала, формирование общего для корпуса, крышки и ввода кабеля полимерного защитного слоя позволяет сократить габариты антенны, упростить конструкцию, повысить технологичность изготовления и надежность приемной активной антенны.

Заполнение внутренней полости диэлектрического корпуса-подложки герметиком в случае использования в схеме двухкаскадного усилителя ПАВ-фильтра с герметичным корпусом не влияет на его работу при правильном выполнении топологии платы двухкаскадного усилителя с учетом этого заполнения, но позволяет сделать антенну абсолютно герметичной и максимально надежной.

1. Приемная активная антенна, содержащая антенный элемент в виде печатного проводника с диэлектрической подложкой, выполненной стаканообразной формы с металлизированной внутренней полостью, малошумящий усилитель с фильтром, расположенный во внутренней металлизированной полости подложки, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку, в металлизированном слое внутренней полости диэлектрической подложки и в земляной поверхности платы малошумящего усилителя выполнены щелевидные окна связи одинаковой геометрической формы с соотношением ширины и длины щели соответственно 0,1:0,2, которые расположены избирательно под печатным проводником, а входная цепь усилителя выполнена в виде отрезка микрополосковой линии, который расположен под указанными окнами связи перпендикулярно окнам и соединен с ограничительной диодной сборкой, отличающаяся тем, что усилитель выполнен двухкаскадным в виде одной микросборки и включенной перед ней ограничительной диодной сборки, а между каскадами усилителя включен антенный фильтр, подключенный к внешним выводам микросборки, при этом крышка выполнена магнитной, а антенный элемент, крышка и кабельный вывод покрыты защитным полимерным слоем.

2. Приемная активная антенна по п.1, отличающаяся тем, что в малошумящем усилителе применен ПАВ-фильтр с герметичным корпусом, а внутренняя полость диэлектрического корпуса заполнена герметизирующим диэлектрическим материалом.