Локомотивная антенна

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована на железнодорожном транспорте, в частности для установки антенны на локомотив подвижного состава. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство, обеспечивающее резонанс колебания антенны и радиостанции выполнено в виде конденсатора, а антенный провод представляет собой пустотелый коаксиальный кабель с размещенной в нем токопроводящей жилой. Использование полезной модели позволит упростить конструкцию локомотивной антенны и повысить надежность ее эксплуатации.

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована на железнодорожном транспорте, в частности для установки антенны на локомотив подвижного состава.

Известна антенна, которая состоит из телескопических полых звеньев, диска, проводников и барабана. Провода укреплены на диске по его периметру и проходят через отверстия в изоляторе, смонтированном в месте прохода антенны через металлический корпус объекта, на котором она установлена. Барабан соединен с вращающимся приводом вращения осевым изолятором и выполнен из изоляционного материала.

Внутренний привод фидера соединен с антенной с помощью пружинного контакта. В основании антенны установлен гидравлический или пневматический механизм раздвижения звеньев. (Авторское свидетельство №341388 H 01 Q 1/10, «Антенна», опубликовано 05.11.1973 г., бюллетень №45).

Антенна указанной конструкции не может быть использована на локомотиве подвижного состава из-за громоздкости, значительных габаритных размеров и условий очень жесткой ее эксплуатации на железнодорожном транспорте.

Известна локомотивная антенна для поездной радиосвязи, представляющая собой горизонтальный провод длиной 8-9 метров, подвешенный параллельно крыше локомотива на высоте 0,6-1 метра, один конец которого соединен с корпусом локомотива, а противоположный конец подключается через согласующееся устройство к радиостанции. Сопротивление заземленной антенны R0,1 Ом.

Для согласования заземленной локомотивной антенны, обладающей, например, индуктивным характером входного сопротивления, с передатчиком радиостанции широко используются антенно-согласующие устройства (АСУ). Однако его схема достаточно

сложна, а главное по различным причинам требует постоянной подстройки под частоту передатчика радиостанции (Ю.В.Ваванов, О.К.Васильев, С.И.Тропкин. Станционная и поездная радиосвязь. М., Изд-во «Транспорт», 1979 г., с.151, 165-166).

Наиболее близкой по решаемой задаче, технической сущности и достигаемому результату к заявляемой антенне является локомотивная антенна, содержащая натянутый между двумя, установленными на крыше локомотива, стойками антенный провод, заземленный одним концом на стойку, а другим с антенно-согласующим устройством, т.е. с устройством, обеспечивающим резонанс собственной частоты колебания антенны с частотой излучения передатчика радиостанции. Это устройство имеет штампованный корпус, в котором установлены: конденсатор переменный емкости, два трансформатора, миллиамперметр, резисторы, конденсаторы, переключатели. Один из трансформаторов является элементом связи с антенной. Оптимальная связь с антенной подбирается путем переключения переключателя «регулировка связи», а конденсаторы используются для обеспечения настройки антенно-согласующего устройства на максимальный ток в антенне. Настройка АСУ на максимальный ток в антенне производится по индикаторному прибору. (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1220.003.ТО «Радиостанция 42РТМ-А2-ЧМ», с.35, Приложение 20 «Конструкция и размещение антенны на электровозе»). Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Однако и этой локомотивной антенне присущи следующие недостатки. Использование АСУ для обеспечения резонанса собственной частоты колебания антенны с частотой излучения передатчика радиостанции приводит к потерям мощности передатчика, а конкретно около 10-20% полезной мощности за счет его внутренних потерь на функционирование. Кроме того, требуется постоянная подстройка АСУ из-за климатических, физических и механических изменений условий эксплуатации. Имеет место и малая эффективность антенны, поскольку, например, при загрязнении орешковых изоляторов

(см. приложение 20) резко возрастает сопротивление, что обуславливает возрастание потерь в контуре, а, следовательно, и значительное снижение ее КПД.

Решение задачи заключается в принципиальном изменении конструкции локомотивной антенны, которое позволило повысить эффективность ее работы в условиях жесткой эксплуатации на железнодорожном транспорте.

Технический результат - упрощение конструкции антенны, исключение необходимости ее настройки в резонанс с передатчиком радиостанции достигается за счет того, что устройство, обеспечивающее резонанс колебаний, выполнено в виде конденсатора, помещенного в герметичный бокс, а антенный провод представляет собой пустотелый коаксиальный кабель, стенка которого состоит из токопроводящего слоя и прилегающих к нему слоев из диэлектрического материала. При этом в пустотелом пространстве кабеля размещена токопроводящая жила, один конец которой выведен наружу кабеля и закреплен неподвижно, а второй предназначен для соединения с радиостанцией локомотива. Для увеличения прочности установки антенны она снабжена, по крайней мере одной опорной стойкой, поддерживающей кабель, и выполненной из диэлектрического материала, например полиэтилена.

Имеет значение и оптимальная отстройка антенны путем выведения токопроводящей жилы наружу кабеля и закрепление ее конца на расстоянии С=0,15-0,2 длины рабочего полотна от заземленной стойки, ибо таким образом создается оптимальный резонанс настройки контура антенны.

Наиболее устойчивая работа антенны обеспечивается помещением герметичного бокса с конденсатором и опорных стоек в специальные колокола, выполненные из полиэтилена, и размещенные с зазором от крыши локомотива на 10-30 мм, чтобы при их загрязнении не создавались дополнительные помехи при приеме и передаче сигнала.

На чертеже изображена локомотивная антенна, где на фиг.1 показан ее общий вид в разрезе, а на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1.

Локомотивная антенна состоит из пустотелого коаксиального кабеля 1, закрепленного в виде скобы с помощью фланцев 2 на крыше 3 локомотива. Кабель 1 содержит расположенный в середине диэлектрического слоя 4 токопроводящий слой 5 и заземлен одним концом через фланец 2, а другим соединен с конденсатором 6, который находится в герметичном боксе 7, жестко установленном на крыше 3 локомотива. Для повышения жесткости закрепления кабеля 1, он снабжен одной или несколькими опорными стойками 8, выполненными из диэлектрического материала, например полиэтилена, и закрепленными на крыше 3 локомотива. Как герметичный бокс с конденсатором 6, так и опорные стойки 8 помещены в колокола 9, которые также выполнены из полиэтилена и установлены с зазором от крыши 3 локомотива на расстояние равном от 10 до 30 мм в зависимости от его диаметра. Диаметр колокола выбирается, исходя из необходимости изолирования стоек или бокса от воздействия неблагоприятной окружающей среды в виде пыли, дождя, снега.

В пустотелом пространстве 10 кабеля 1 размещена токопроводящая жила 11, соединенная одним концом 12 с радиостанцией 13, при этом другой ее конец 14 выведен через отверстие 15 наружу кабеля 1 и закреплен хомутом 16. Хомут 16 вместе с токопроводящей жилой 11 может перемещаться относительно кабеля 1. Диаметр D кабеля 1 выбирается в пределах 20-25 мм, а диаметр d токопроводящей жилы 11 будет составлять 4-5 мм. Хомут 16 закрепляется на кабеле 1 на расстоянии 0,15-0,2 длины рабочего полотна от фланца 2. Защитный слой 4 выполнен из полиэтилена, а токопроводящая жила 11 предпочтительно должна быть изготовлена из меди или алюминия. Конденсатор 6 может быть изготовлен из стекла или других подобных материалов. Вследствие того, что на нем присутствует высокое - киловольты - напряжение, предпочтительно использовать вакуумные бесконтактные конденсаторы.

Работа локомотивной антенны осуществляется на основе явления электромагнитного резонанса. Условие резонанса на рабочей частоте

соблюдается при равенстве емкостной и индуктивной составляющей комплексного сопротивления Z, следовательно, эту закономерность можно выразить формулой:

т.е. при

где w - рабочая частота, равная 2f (f=2,13 МГц), L -индуктивность антенного кабеля, С - емкость компенсации.

В случае параллельного резонанса R _акт очень велико, в порядке до 10 КOм, поэтому требуемое согласование частот с помощью частично включения в антенный контур, а именно включение токопроводящей жилы 11 произведено конкретно на расстояние равное 0,15-0,2 длины рабочего полотна общей длины кабеля 1.

Конденсатор 6 компенсации является элементом конструкции антенны, поэтому его емкость С 300 пФ подобрана в зависимости от длины кабеля, равной 8 метров, т.е. согласование частот радиостанции и антенны, осуществленное методом подбора точки подключения токопроводящей жилы к настроенному в резонанс антенному контуру на частоте f=2,13 МГц происходит автоматически без дополнительной настройки.

Таким образом, при поступлении сигнала со стационарной радиостанции идет автоматический его прием антенной локомотива и машинисту не требуется постоянная подстройка своей радиостанции на требуемую частоту.

Антенна подобной конструкции безопасна во время работы в предгрозовой и грозовой период, поскольку она заземлена, и может обеспечить выделение сигнала в условиях помех от статического электричества, а малая ее высота значительно снижает вероятность попадания в нее молнии.

1. Локомотивная антенна, содержащая натянутый между двумя установленными на крыше локомотива стойками, антенный провод, заземленный одним концом на стойку, а другим соединенный с устройством, обеспечивающим резонанс собственной частоты колебаний антенны с частотой излучения передатчика радиостанции, отличающаяся тем, что устройство, обеспечивающее резонанс колебаний, выполнено в виде конденсатора, помещенного в герметичный бокс, а антенный провод представляет собой пустотелый коаксиальный кабель, стенка которого состоит из токопроводящего слоя и прилегающих к нему слоев из диэлектрического материала, при этом в пустотелом пространстве кабеля размещена токопроводящая жила, один конец которой выведен наружу кабеля и закреплен неподвижно, а второй -предназначен для соединения с радиостанцией локомотива.

2. Локомотивная антенна по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения ее прочности она снабжена, по крайней мере, одной опорной стойкой, выполненной из диэлектрического материала.

3. Локомотивная антенна по п.1, отличающаяся тем, что бокс конденсатора и опорные стойки выполнены из диэлектрического материала, например полиэтилена, и размещены в колоколах, установленных с зазором относительно крыши локомотива, равным 10-30 мм.

4. Локомотивная антенна по п.1, отличающаяся тем, что выведенная наружу кабеля токопроводящая жила своим концом закреплена неподвижно на расстоянии 0,15-0,2 длины рабочего полотна общей длины антенного провода от стойки заземления.