Согласующее устройство для работы антенны на двух разных частотах

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах. Устройство позволяет улучшить УСВ, обеспечить удобство настройки на заданные частоты, упростить конструкцию и уменьшить ее габариты, что является техническим результатом. Устройство содержит фильтр, выполненный из конденсатора, первой цилиндрической спирали и двух катушек индуктивности, выполненных в виде второй единой цилиндрической спирали. Количество витков первой цилиндрической спирали выбрано меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали. Один конец первой цилиндрической спирали соединен с витком второй единой цилиндрической спирали, другой конец первой цилиндрической спирали соединен через конденсатор с выходом фильтра. Количество витков второй единой цилиндрической спирали между местом соединения конца первой цилиндрической спирали к витку второй единой цилиндрической спирали и ее концом, соединенным с корпусом, выбрано меньшим, чем количество витков первой цилиндрической спирали, и меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали между упомянутым местом соединения и концом, служащим входом фильтра. Количество витков второй единой цилиндрической спирали между упомянутым местом соединения и ее концом, служащим входом фильтра, выбрано большим, чем количество витков первой цилиндрической спирали. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах (АФУ) для обеспечения функционирования одной антенны на двух различающихся частотах.

Известна антенна, содержащая корпус, единую цилиндрическую спираль, размещенную внутри корпуса (Патент США №4644366, Н 01 Q 1/27, опубл. 1987 г.).

В этом техническом решении корпус и единая цилиндрическая спираль работают в качестве широкополосной антенны. Оба конца единой цилиндрической спирали соединены с корпусом, а съем сигнала осуществляется с одного из витков единой цилиндрической спирали. Количество витков единой цилиндрической спирали по одну сторону от места съема сигнала выбрано меньшим, чем количество витков единой цилиндрической спирали по другую сторону от места съема.

Это устройство предназначено для работы в широком диапазоне частот, а не на двух заданных частотах с подавлением других.

Наиболее близким является согласующее устройство для работы антенны на двух разных частотах, входящее в состав антенного адаптера (Патент Российской Федерации №2178935, Н 01 Q 1/24, опубл. 1996 г.).

Это согласующее устройство для работы антенны на двух разных частотах содержит корпус, три катушки индуктивности и конденсатор, размещенные внутри корпуса и соединенные между собой с образованием фильтра, вход которого предназначен для подключения к антенне, а выход - к приемнику и/или передатчику, при этом одна из катушек индуктивности выполнена в виде первой цилиндрической спирали.

В этом техническом решении катушка индуктивности, выполненная в виде первой цилиндрической спирали, пространственно разнесена от других катушек индуктивности, подсоединенных параллельно к катушке индуктивности, выполненной в виде первой цилиндрической спирали. Между концами параллельных катушек индуктивностей подключен конденсатор, соединенный соответственно с концом первой цилиндрической спирали через контактный штырь, а другие концы параллельных катушек индуктивностей соединены с корпусом. Устройство обеспечивает работу на двух разных частотах, например, 800 МГц и 1900 МГц.

Ограничениями этого технического решения являются: большое значение коэффициента стоячей волны (КСВ), поскольку для работы устройства на двух разных

частотах конденсатор С должен иметь хотя и небольшие близкие значения 2,2 пФ и 3,3 пФ, но все-таки различные, что ухудшает качество приемо-передачи; неудобство настройки устройства на заданные частоты, т.к. использующиеся конденсатор и параллельные катушки индуктивностей выполнены в виде обычных сосредоточенных элементов, не позволяющих обеспечивать их регулировку и подстройку; большое количество соединительных элементов и большие габариты устройства в целом, что связано с пространственным разнесением элементов фильтра в корпусе.

Решаемая изобретением задача - повышение качества и технико-эксплуатационных характеристик.

Технический результат, который может быть получен при выполнении изобретения, - улучшение КСВ, удобство настройки на заданные частоты, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в согласующем устройстве для работы антенны на двух разных частотах, содержащем корпус, три катушки индуктивности и конденсатор, размещенные внутри корпуса и соединенные между собой с образованием фильтра, вход которого предназначен для подключения к антенне, а выход - к приемнику и/или передатчику, причем одна из катушек индуктивности выполнена в виде первой цилиндрической спирали, согласно изобретению две другие катушки индуктивности выполнены в виде второй единой цилиндрической спирали, один конец которой служит входом фильтра, а другой конец соединен с корпусом, первая цилиндрическая спираль и вторая единая цилиндрическая спираль расположены соосно и количество витков первой цилиндрической спирали выбрано меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали, один конец первой цилиндрической спирали соединен с витком второй единой цилиндрической спирали, а другой конец первой цилиндрической спирали соединен через конденсатор с выходом фильтра, при этом количество витков второй единой цилиндрической спирали между местом соединения конца первой цилиндрической спирали к витку второй единой цилиндрической спирали и ее концом, соединенным с корпусом, выбрано меньшим, чем количество витков первой цилиндрической спирали, и меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали между упомянутым местом соединения и другим концом, служащим входом фильтра, количество витков второй единой цилиндрической спирали между упомянутым местом соединения и ее концом, служащим входом фильтра, выбрано большим, чем количество витков первой цилиндрической спирали.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- была введена диэлектрическая втулка, первая цилиндрическая спираль и вторая единая цилиндрическая спираль выполнены навитыми на диэлектрическую втулку;

- было введено два разъема, закрепленных на краях диэлектрической втулки, один из разъемов установлен на входе фильтра, а другой, выполненный коаксиальным, - соответственно на его выходе, один конец второй единой цилиндрической спирали подсоединен к одному разъему, а другой конец первой цилиндрической спирали через конденсатор подсоединен к центральному гнезду другого разъема, при этом другой конец второй единой цилиндрической спирали соединен с корпусом посредством его соединения с наружным корпусом другого разъема;

- конденсатор был выполнен в виде шлейфа, шлейф расположен вдоль оси первой цилиндрической спирали и второй единой цилиндрической спирали над или внутри них;

- шлейф был выполнен из отрезка коаксиального кабеля, внутренняя жила которого подсоединена к выходу фильтра, а экранирующая оболочка подсоединена к первой цилиндрической спирали.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

Фиг.1 схематично изображает заявленное согласующее устройство;

фиг.2 - то же, что фиг.1, продольное сечение конструкции (упрощенно);

фиг.3 - шлейф на фиг.2;

фиг.4 - эквивалентную схему устройства на фиг.1.

Согласующее устройство для работы антенны на двух разных частотах (фиг.1) содержит корпус 1 (показан на фиг.1 пунктиром), три катушки индуктивности и конденсатор, размещенные внутри корпуса 1 и соединенные между собой с образованием фильтра. Вход А фильтра предназначен для подключения к антенне, а выход В - к приемнику и/или передатчику. Одна из катушек индуктивности выполнена в виде первой цилиндрической спирали 2.

Две другие катушки индуктивности выполнены в виде второй единой цилиндрической спирали 3. Один конец второй единой цилиндрической спирали 3 служит входом А фильтра, а другой конец соединен с корпусом 1. Первая цилиндрическая спираль 2 и вторая единая цилиндрическая спираль 3 расположены соосно и количество l₁ витков первой цилиндрической спирали 2 выбрано меньшим, чем количество l₂+l₃ витков второй единой цилиндрической спирали 3. Один конец первой цилиндрической спирали 2 соединен с витком второй единой цилиндрической спирали 3 в месте С^*. Другой конец первой цилиндрической спирали 2 соединен через конденсатор, выполненный в виде шлейфа 4, с выходом В фильтра. Количество l₂ витков второй единой цилиндрической спирали 3 между местом С* соединения конца первой цилиндрической спирали 2 к витку второй единой цилиндрической спирали 3 и ее концом, соединенным с корпусом 1, выбрано меньшим, чем количество l₁ витков первой цилиндрической спирали 2, и меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали 3 между упомянутым местом С^* соединения и концом, служащим входом А фильтра. Количество l₃ витков второй единой цилиндрической спирали 3 между упомянутым местом С^* соединения и ее концом, служащим входом А фильтра, выбрано большим, чем количество l₁ витков первой цилиндрической спирали 2.

В устройство (фиг.2) может быть введена диэлектрическая втулка 5. Первая цилиндрическая спираль 2 и вторая единая цилиндрическая спираль 3 выполнены навитыми на диэлектрическую втулку 5. Для обеспечения одинакового шага витков на наружной поверхности диэлектрической втулки 5 может быть выполнена винтовая канавка (на фиг.2 не показана), в которой размещены витки первой цилиндрической спирали 2 и второй единой цилиндрической спирали 3.

Для удобства монтажа (фиг.2) может быть также введено два разъема 6 и 7, закрепленных на краях диэлектрической втулки 5 (на фиг.2 оба разъема 6 и 7 показаны коаксиальными). Один из разъемов 6 установлен на входе А фильтра, а другой из разъемов 7, выполненный коаксиальным - соответственно на его выходе В. Один конец второй единой цилиндрической спирали 3 подсоединен к центральному гнезду одного коаксиального разъема 6. Другой конец первой цилиндрической спирали 2 через шлейф 4 конденсатора подсоединен к центральному гнезду другого коаксиального разъема 7. На фиг.2 шлейф 4 показан пунктирной линией. Другой конец второй единой цилиндрической спирали 3 соединен с корпусом 1 посредством его соединения с наружным корпусом другого коаксиального разъема 7. На фиг.2 также показаны перемычки 8, выполненные из изолированного провода для подсоединения элементов цилиндрических спиралей, например, пайкой, соответственно фиг.1. (Разъем 6, установленный на входе А фильтра, может быть выполнен и не коаксиальным, т.к. к нему крепится вибратор антенны).

Шлейф 4 расположен вдоль оси первой цилиндрической спирали 2 и второй единой цилиндрической спирали 3 над (фиг.1, 2) или внутри них. Шлейф 4 конденсатора может быть выполнен из отрезка кабеля (фиг.1, 2, 3), внутренняя жила которого подсоединена к выходу В фильтра, а экранирующая оболочка подсоединена к первой цилиндрической спирали.

Работает согласующее устройство (фиг.1, 2) следующим образом.

Указанное соединение элементов первой цилиндрической спирали 2, второй единой цилиндрической спирали 3 и шлейфа 4 конденсатора образует фильтр (фиг.4), который при выполнении условия соотношения индуктивностей L₂<L₁<L₃ и для различных фиксированных величин конденсатора С обеспечивает двухчастотный резонанс в одном частотном диапазоне. В результате для этих двух частот всего частотного диапазона КСВ имеет наименьшую величину, а для других частот зависимость КСВ от частоты имеет резко возрастающую характеристику. Кроме того, за счет выполнения индуктивностей в виде первой цилиндрической спирали и второй единой цилиндрической спирали устройство имеет однородную структуру для принимаемой или передаваемой электромагнитной волны, за счет чего достигается минимизация КСВ непосредственно для этих двух резонансных частот.

За счет изменения места С* (фиг.1, 2) подсоединения первой цилиндрической спирали 2 ко второй цилиндрической спирали 3 соответствующей перемычкой 8 (фиг.2) легко обеспечить настройку фильтра на заданные частоты, изменяя соответственно величины индуктивностей L₂ и L₃. Кроме того, можно легко изменять количество витков для этих индуктивностей. Изменение величины конденсатора С (фиг.4) легко и просто осуществляется изменением длины шлейфа 4 (фиг.1, 2), например, подрезкой отрезка коаксиального кабеля (фиг.3) в процессе настройки согласующего устройства. Изменение индуктивности L₂ осуществляется изменением количества витков первой цилиндрической спирали 2 и, соответственно, местом соединения с ней шлейфа 4. Таким образом, устройство легко поддается регулировке на любые из двух заданных частот радиочастотного диапазона.

В связи с тем что диэлектрическая втулка 5 (фиг.2), на которой размещены катушки индуктивности L₁, L₂, L₃ (фиг.4), может быть выполнена из различного диэлектрического материала с различным диаметром, катушки индуктивностей L₁, L₂, L₃ могут иметь различный шаг, а проводник катушек индуктивностей L₁, L₂, L₃ может иметь различный диаметр витков, то настройка согласующего устройства достаточно просто может быть осуществлена в следующей последовательности (фиг.4):

1. Выбирается длина излучающего штыря антенны, эквивалентная длине волны для рабочих частот F₁ и F₂, и антенна подключается к входу фильтра в точку А.

2. Производится настройка катушки индуктивности L₃ на частоту F₂ на минимальное значение КСВ, для этого измерительная аппаратура подключается в точку С^*.

3. Производится настройка индуктивности L₂ на частоту F₁ на минимальное значение КСВ, измерительная аппаратура подключается в точку С^*.

4. Производится настройка контура фильтра на частоты F₁ и F₂ на минимальное значение КСВ изменением параметров индуктивности L₁ и конденсатора С, регулирующих рассогласование и уменьшение F₁ и F₂, измерительная аппаратура подключается к выходу фильтра в точку В.

За счет уменьшения количества соединений и выполнения согласующего устройства в одном корпусе 1 при помощи идентичных по конфигурации первой цилиндрической спирали 2 и второй единой цилиндрической спирали 3 удается уменьшить продольные габариты, снизить вес и упростить конструкцию устройства. При использовании коаксиальных разъемов 6, 7 (фиг.2) (или простого разъема 6 для подключения штыря антенны к входу фильтра согласующего устройства) обеспечивается простой монтаж согласующего устройства к внешним элементам: к антенне, к приемнику или передатчику.

Как показали испытания, для вибраторных антенн, функционирующих, например, на двух частотах 148 МГц и 172 МГц, величина КСВ на этих частотах составляет 1,1-1,2 (причем 1,2 на частотах 147 и 149 МГц и на крайних частотах 171 и 173 МГц, соответственно), а на промежуточной частоте 160 МГц достигается величина КСВ более 1,7.

Наиболее успешно заявленное согласующее устройство может быть промышленно применимо в радиотехнических комплексах, преимущественно при изготовлении двух резонансных базовых и мобильных вибраторных антенн.

1. Согласующее устройство для работы антенны на двух разных частотах, содержащее корпус, три катушки индуктивности и конденсатор, размещенные внутри корпуса и соединенные между собой с образованием фильтра, вход которого предназначен для подключения к антенне, а выход - к приемнику и/или передатчику, при этом одна из катушек индуктивности выполнена в виде первой цилиндрической спирали, отличающееся тем, что две другие катушки индуктивности выполнены в виде второй единой цилиндрической спирали, один конец которой служит входом фильтра, а другой конец соединен с корпусом, первая цилиндрическая спираль и вторая единая цилиндрическая спираль расположены соосно и количество витков первой цилиндрической спирали выбрано меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали, один конец первой цилиндрической спирали соединен с витком второй единой цилиндрической спирали, а другой конец первой цилиндрической спирали соединен через конденсатор с выходом фильтра, при этом количество витков второй единой цилиндрической спирали между местом соединения конца первой цилиндрической спирали к витку второй единой цилиндрической спирали и ее концом, соединенным с корпусом, выбрано меньшим, чем количество витков первой цилиндрической спирали, и меньшим, чем количество витков второй единой цилиндрической спирали, между упомянутым местом соединения и другим концом, служащим входом фильтра, количество витков второй единой цилиндрической спирали между упомянутым местом соединения и ее концом, служащим входом фильтра, выбрано большим, чем количество витков первой цилиндрической спирали.

2. Согласующее устройство по п.1, отличающееся тем, что введена диэлектрическая втулка, первая цилиндрическая спираль и вторая единая цилиндрическая спираль выполнены навитыми на диэлектрическую втулку.

3. Согласующее устройство по п.2, отличающееся тем, что введено два разъема, закрепленных на краях диэлектрической втулки, один из разъемов установлен на входе фильтра, а другой, выполненный коаксиальным - соответственно на его выходе, один конец второй единой цилиндрической спирали подсоединен к одному разъему, а другой конец первой цилиндрической спирали через конденсатор подсоединен к центральному гнезду другого разъема, при этом другой конец второй единой цилиндрической спирали соединен с корпусом посредством его соединения с наружным корпусом другого разъема.

4. Согласующее устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсатор выполнен в виде шлейфа, шлейф расположен вдоль оси первой цилиндрической спирали и второй единой цилиндрической спирали над или внутри них.

5. Согласующее устройство по п.4, отличающееся тем, что шлейф выполнен из отрезка коаксиального кабеля, внутренняя жила которого подсоединена к выходу фильтра, а экранирующая оболочка подсоединена к первой цилиндрической спирали.