Антенное устройство подвижных объектов
Предлагаемая полезная модель относится к антенной технике и может быть использована при создании систем связи на подвижных объектах, в частности транспортных средствах, в качестве антенно-фидерного устройства, которое может работать как на прием, так и на излучение в широком диапазоне частот и обладающего незаметностью при установке на подвижном объекте. Задачей полезной модели является обеспечение эффективного как приема, так и излучения линейно поляризованной электромагнитной волны в заданном направлении при одновременном обеспечении простоты реализации устройства, его незаметности и исключения электромагнитного излучения внутрь подвижного объекта. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в качестве возбуждающего устройства используется любая технологическая корпусная щель подвижного объекта, устройство согласования соединено с симметрирующим устройством, образуя вместе с ним симметрирующе-согласующее устройство, при этом к выделенному участку технологической корпусной щели, длиной от 1/8 до 2 длин волн, где длина волны - центральная длина волны рабочего диапазона, с одной стороны подключено симметрирующее устройство, а с другой стороны щели внутри нее расположен слой поглощающего материала, вход/выход устройства согласования является входом/выходом для подключения приемопередающего устройства с помощью монтажных линий, а поверхность подвижного объекта представляет собой элемент излучения/приема электромагнитного излучения. 1 с. и 7 з.п.п. ф-лы, 3 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к антенной технике и может быть использована при создании систем связи на подвижных объектах, в частности транспортных средствах, таких как автомобили, катера, самолеты и т.д. в качестве антенно-фидерного устройства, работающего в широком диапазоне частот и обладающего незаметностью при установке на подвижном объекте.
Известна автомобильная невыступающая антенна (см. а.с. СССР №814208, М. кл. H01Q 1/32, опубл. 20.12.1998 г.), содержащая щель, прорезанную в металлическом кузове, возбуждающее устройство, устройство согласования и источник питания, при этом щель выполнена П-образной формы, симметрично расположенной на крыше и боковых стенках кузова, а возбуждающее устройство выполнено в виде многовитковой спирали с противоположным направлением намотки в противолежащих от центра частях, плоскости витков которой расположены перпендикулярно продольной оси щели, установленной вдоль части щели, размещенной в крыше кузова и подключенной в средней точке к устройству согласования, а в крайних точках - к корпусу металлического кузова, причем каждый виток многовитковой спирали соединен с контактами вновь введенных высокочастотных реле, попарно замыкающих расположенные симметрично относительно центра витка на корпус металлического кузова.
Кроме того, на концах щели подключены индуктивные нагрузки, выполненные в виде расточек щели круглой формы.
Данная конструкция антенной системы позволяет обеспечить ее работу в широком частотном КВ-диапазоне при движении автомобиля, и при этом элементы ее конструкции не выступают за габариты транспортного средства.
Однако для обеспечения работы такой антенной системы требуется нарушать конструкцию транспортного средства - прорезать П-образную щель в металлическом корпусе кузова, выполнять расточки щели круглой формы. И хотя элементы антенной системы не выступают за габариты транспортного средства, добиться ее полной незаметности не удается.
Кроме того, значительно усложняет конструкцию выполнение возбуждающего устройства в виде многовитковой спирали с описанными выше особенностями ее намотки и подключения к согласующему устройству.
Использование высокочастотных реле для обеспечения условий согласования и сохранения входных параметров антенны при работе в различных частях рабочего КВ-диапазона частот также приводит к значительному усложнению антенного устройства и ненадежности его работы.
Известно антенное устройство автомобиля (см. патент РФ №2265925, М. кл. H01Q 1/32, опубл. 10.12.2005 г.), содержащее щелевую антенну, образованную зазором между кузовом автомобиля и подвижной частью кузова, согласующее устройство, выполненное в виде плоского микромодуля, установленного на детали замка подвижной части кузова автомобиля. Лицевая поверхность печатной платы микромодуля разделена на два участка, пассивные электрорадиоэлементы размещены на первом участке и покрыты слоем герметизирующего вещества, на втором участке выполнена первая контактная площадка, на тыльной поверхности печатной платы выполнена вторая контактная площадка. Печатная плата снабжена крепежным отверстием, а указанные первая и вторая контактные площадки соединены с выводами электрической схемы согласующего устройства и примыкают к краям крепежного отверстия.
Как видно из приведенного описания в данном антенном устройстве в качестве антенны используют щель, образованную зазором между кузовом автомобиля и подвижной частью кузова, т.е. не нарушают конструкции кузова транспортного средства. Однако согласующее устройство устанавливается на замке подвижной части кузова, что не обеспечивает полной незаметности антенного устройства, а также требует сложной доработки замка. Кроме того, сама конструкция согласующего устройства в виде плоского микромодуля является довольно сложной и трудноповторяемой, а его крепление требует выполнения в корпусе крепежных отверстий, т.е. его нарушения. При этом использование щели, образованной зазором между кузовом автомобиля и его подвижной частью, дает возможность создания электромагнитной волны только в определенном направлении и с определенной поляризацией. Это ограничивает возможности использования такой антенной системы. Помимо этого в известном устройстве не исключена возможность электромагнитного излучения внутрь автомобиля, особенно, если замок располагается не по центру подвижной части кузова, что не позволяет избежать влияния электромагнитного излучения на сидящих внутри транспортного средства пассажиров.
Кроме того предлагаемое устройство может работать только в режиме приема.
Данное устройство выбрано за прототип.
Задачей полезной модели является обеспечение эффективного не только приема, но и излучения линейно поляризованной электромагнитной волны в заданном направлении, обеспечение незаметности антенного устройства подвижного объекта при одновременном обеспечении упрощения антенного устройства и исключения электромагнитного излучения внутрь подвижного объекта.
Решение поставленной задачи обеспечивается в антенном устройстве подвижных объектов, содержащем связанные между собой, по меньшей мере, одно возбуждающее устройство, устройство согласования и элемент приема электромагнитной волны, отличающемся тем, что в качестве возбуждающего устройства использована любая технологическая корпусная
щель подвижного объекта, устройство согласования соединено с симметрирующим устройством, образуя вместе с ним симметрирующе-согласующее устройство, при этом к выделенному участку технологической корпусной щели, длиной от 1/8 до 2 длин волн, где длина волны - центральная длина волны рабочего диапазона, с одной стороны подключено симметрирующее устройство, а с другой стороны щели, внутри нее расположен слой поглощающего материала, поверхность подвижного объекта представляет собой элемент излучения/приема электромагнитной волны, а вход/выход устройства согласования является входом/выходом для подключения приемо-передающего устройства, например, с помощью монтажных линий.
При этом для выделения участка щели упомянутой длины края участка щели могут быть закорочены.
Устройство согласования может представлять собой согласующий фильтр.
Согласующий фильтр может быть выполнен на объемных резонаторах.
Симметрирующее устройство может быть выполнено на неоднородных линиях.
Для соединения входа/выхода приемо-передающего устройства со входом/выходом согласующего фильтра в качестве монтажных линий может быть использована коаксиальная линия.
Для связи входа/выхода симметрирующего устройства с соответствующей щелью и для инициирования ее возбуждения может быть использован подпружиненный игольчатый контакт, установленный внутри щели.
Для связи входа/выхода симметрирующего устройства с соответствующей щелью может быть использован емкостной элемент.
Использование любой технологической щели в качестве устройства возбуждения позволяет осуществить возбуждение всей поверхности подвижного объекта, который выступает в качестве элемента излучения в широком диапазоне частот, а при работе на прием - на поверхности подвижного объекта внешним электромагнитным полем наводятся поверхностные токи и потенциалы для обеспечения приема в широком диапазоне частот.
При этом выполнение устройства согласования в виде согласующего фильтра, например, на объемных резонаторах и дополнительное введение симметрирующего устройства, выполненного, например, на базе неоднородных линий и подключение образуемого ими симметрирующе-согласующего устройства к приемо-передающему устройству посредством монтажных линий, в качестве которых может быть использована коаксиальная линия, позволяет согласовать импеданс приемо-передающего тракта и корпуса подвижного объекта в выбраном месте, осуществляя тем самым передачу/прием мощности между приемо-передающим устройством и поверхностью подвижного объекта.
При этом использование слоя поглощающего материала внутри щели позволяет предотвратить проникновение электромагнитного излучения внутрь подвижного объекта. Сопротивление поглотителя и его точное расположение относительно места установки инициирующего возбуждение щели элемента определяются в результате настройки, исходя из удобства согласования входных импедансов.
При этом, также как и другие части предлагаемого антенного устройства, симметрирующе-согласующее устройство может располагаться в любой свободной части (полости) подвижного объекта, что способствует их незаметности.
Таким образом предлагаемое антенное устройство, как видно из вышеприведенного описания, является простым в выполнении и позволяет обеспечить незаметность его использования.
Пример реализации предлагаемого антенного устройства приведен на чертежах, где на фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 показан пример выполнения антенного устройства с раскрытием симметрирующе-согласующего устройства и устройства возбуждения, на фиг.3 приведен пример расположения поглотителя и подпружиненного игольчатого контакта в щели.
Согласно фиг.1 предлагаемое антенное устройство содержит подключаемые к приемо-передающему устройству 1 и связанные между собой симметрируще-согласующее устройство 2, устройство возбуждения 3 и элемент 4 излучения/приема.
При этом на фиг.2 показаны приемо-передающее устройство 1, а симметрирующе-согласующее устройство 2 содержит соединенный с входом/выходом приемо-передающего устройства 1 посредством коаксиальной линии 5 согласующий фильтр 6, например, на объемных резонаторах, входом/выходом подключенный к одному из входов/выходов симметрирующего устройства 7, например, на неоднородных линиях, причем вход/выход последнего подключен через подпружиненный игольчатый контакт 8 к технологической корпусной щели 9. При этом технологическая корпусная щель 9 содержит также слой поглотителя 10.
На фиг.3 показаны в разрезе технологическая корпусная щель 9 в элементе корпуса подвижного объекта - элемента 4 излучения/приема, внутри которой расположен слой поглотителя 10 и подпружиненный игольчатый контакт 8.
Пример осуществления работы предлагаемого антенного устройства рассмотрен ниже.
В режиме передачи сигнал от передающей части приемо-передающего устройства 1 по коаксиальной линии 5 поступает на согласующий фильтр 6, с помощью которого осуществляется согласование передающей части приемопередающего устройства 1 и последующей цепи. Выполнение симметрирующего устройства 7 на неоднородных линиях обеспечивает переход к симметричной нагрузке - технологической корпусной щели 9,
возбуждение которой, в свою очередь, инициируется (запитывается) контактным - с помощью подпружиненного игольчатого контакта или емкостным (посредством пластин) способом (в зависимости от целесообразности). Технологическая корпусная щель 9 (образуемая техническими полостями) возбуждает корпус 4 подвижного объекта, создавая градиентные поверхностные токи и обеспечивая излучение электромагнитной волны всей поверхностью подвижного объекта.
В режиме приема внешнее электромагнитное поле наводит поверхностные токи и потенциалы на корпусе подвижного объекта, наибольшие значения которых достигаются на щелях, перпендикулярно ориентированных к поверхностным токам (поэтому не всякое электромагнитное поле будет одинаково инициировать напряжение на подпружиненном игольчатом контакте 8 или емкостном контакте). Наведенный электромагнитным полем на упомянутом контакте сигнал по соединительной неоднородной линии 7 поступает на согласующий фильтр 6, где очистившись от помех и посторонних составляющих спектра, поступит далее по коаксиальной линии 5 на приемную часть приемо-передающего устройства 1.
Рассмотрим выполнение элементов предлагаемого антенного устройства подвижных объектов.
В качестве монтажных линий для подключения данного антенного устройства к приемо-передающему устройству может быть использован коаксиальный кабель, тип которого определяется параметрами приемопередающего устройства, с которым будет использоваться данное антенное устройство.
Как уже было сказано выше, согласующий фильтр может быть выполнен на объемных резонаторах, а симметрирующее устройство - на неоднородных линиях.
Элемент инициации возбуждения щели - подпружиненный игольчатый контакт представляет собой подпружиненную острую металлическую проволоку, закрепленную в цилиндрической диэлектрической втулке. Нижняя часть втулки закреплена и обвальцована металлическим кольцом с ушками, которые крепятся внутри щели на одной из ее сторон крепежными элементами, например, заклепками.
В качестве поглотителя может быть использован диэлектрик с диэлектрической проницаемостью больше трех, например, могут быть использованы сборные конструкции шайб из поливинилхлорида.
1. Антенное устройство подвижных объектов, содержащее связанные между собой, по меньшей мере, одно возбуждающее устройство, устройство согласования и элемент приема электромагнитной волны, отличающееся тем, что в качестве возбуждающего устройства использована любая технологическая корпусная щель подвижного объекта, устройство согласования соединено с симметрирующим устройством, образуя вместе с ним симметрирующе-согласующее устройство, при этом к выделенному участку технологической корпусной щели, длиной от 1/8 до 2 длин волн, где длина волны - центральная длина волны рабочего диапазона, с одной стороны подключено симметрирующее устройство, а с другой стороны в щели расположен слой поглощающего материала, поверхность подвижного объекта представляет собой элемент излучения/приема электромагнитной волны, а вход/выход устройства согласования является входом/выходом для подключения приемо-передающего устройства, например, с помощью монтажных линий.
2. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что края выделенного участка щели закорочены.
3. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство согласования представляет собой согласующий фильтр.
4. Антенное устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что согласующий фильтр выполнен на объемных резонаторах.
5. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что симметрирующее устройство выполнено на неоднородных линиях.
6. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве монтажных линий использована коаксиальная линия.
7. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что для связи входа/выхода симметрирующего устройства со щелью и инициации ее возбуждения использован подпружиненный игольчатый контакт, установленный внутри щели.
8. Антенное устройство по п.1, отличающееся тем, что для связи входа/выхода симметрирующего устройства со щелью использован емкостной элемент.
