Согласующее устройство щелевой антенны автомобиля

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в системе радиоприема автомобиля. Технический результат заключается в эффективном использовании щелевой антенны, образованной зазором между кузовом автомобиля и подвижной частью кузова (задней дверью или крышкой багажника). Сущность изобретения состоит в том, что согласующее устройство выполнено в виде плоского микромодуля и предназначено для размещения на детали замка подвижной части кузова автомобиля (задней двери или крышки багажника. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано в системе радиоприема автомобиля.

Известна (см. заявку Германии DE 4000381, МКИ 5 H 01 Q 1/32, публ. 11.07.91 г.) возможность использования в качестве щелевой приемной антенны автомобиля зазора между кузовом автомобиля и задней подвижной частью кузова (крышкой багажника или задней дверью - в зависимости от типа кузова), ограниченного петлями, на которых установлена упомянутая выше подвижная часть.

Достоинствами такой антенны являются ее скрытное размещение, устойчивость к проявлениям вандализма и низкая стоимость.

Однако промышленного применения такая щелевая антенна не получила по следующей причине.

Для согласования входного комплексного сопротивления не настроенной в резонанс щелевой антенны, в качестве которой выступает зазор в кузове автомобиля, с волновым сопротивлением антенного кабеля, равным 75 Ом (реже 50 Ом), необходимо использование согласующего устройства.

Согласующее устройство предназначено для трансформации активного высокоомного входного сопротивления щелевой антенны в волновое сопротивление кабеля, а также для компенсации реактивной составляющей входного импеданса щелевой антенны.

При этом конструкция согласующего устройства щелевой антенны автомобиля должна удовлетворять ряду жестких требований: миниатюрности исполнения, дешевизне, технологичности, повторяемости рабочих параметров, надежности и устойчивости к механическим воздействиям.

Миниатюрность исполнения согласующего устройства щелевой антенны продиктована необходимостью его размещения как можно ближе к месту подключения антенны, в качестве которого может выступать, например, деталь замка подвижной части кузова (крышки багажника или задней двери). При этом, чем ближе расположено согласующее устройство к месту подключения антенны, тем меньше потери полезного сигнала и выше уровень сигнала на входе приемного устройства.

Стоимость согласующего устройства щелевой антенны должна быть ниже стоимости автомобильной антенны, иначе ее применение будет экономически неоправданно.

Высокая технологичность изготовления согласующего устройства щелевой антенны определяет объемы производства и повторяемость рабочих параметров промышленно производимых согласующих устройств.

Надежность согласующего устройства щелевой антенны является одним и определяющих факторов его применения на автомобиле.

Устойчивость к воздействию механических воздействий позволяет поддерживать требуемые рабочие параметры согласующего устройства щелевой антенны в течение всего срока эксплуатации автомобиля.

Известно согласующее устройство щелевой антенны автомобиля, см. [1], включающее в себя размещенные на печатной плате пассивные электрорадиоэлементы (далее - ЭРЭ): широкополосный трансформатор на ферритовом сердечнике, а также постоянный и подстроечный конденсаторы.

Недостатком согласующего устройства являются громоздкость, высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью намотки трансформатора и проведения работ по настройке устройства, низкая надежность подстроечного конденсатора, плохая повторяемость параметров согласующего устройства при его промышленном производстве, ограниченный частотный диапазон и низкая устойчивость к механическим воздействиям.

За прототип заявляемого согласующего устройства щелевой антенны взята конструкция согласующего устройства щелевой антенны, также описанная в источнике [1]. Согласующее устройство-прототип включает в себя расположенные на печатной плате пассивные ЭРЭ - три подстроечных конденсатора и две бескаркасные катушки.

Недостатками прототипа являются высокая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью проведения работ по настройке устройства, низкая надежность подстроечных конденсаторов, плохая повторяемость параметров согласующего устройства при его промышленном производстве, ограниченный частотный диапазон и низкая устойчивость к механическим воздействиям.

Задачей заявляемого изобретения является создание миниатюрного согласующего устройства щелевой антенны автомобиля, характеризующегося высокой технологичностью и низкой трудоемкостью изготовления, высокой повторяемостью параметров, повышенной надежностью, устойчивостью к механическим воздействиям и расширенным частотным диапазоном.

Указанная задача решается в согласующем устройстве щелевой антенны автомобиля, включающем в себя размещенные на печатной плате пассивные ЭРЭ, соединенные в электрическую схему.

Задача решается тем, что согласующее устройство щелевой антенны автомобиля конструктивно выполнено в виде плоского микромодуля, лицевая поверхность печатной платы разделена на два участка, пассивные ЭРЭ размещены на первом участке лицевой поверхности печатной платы и покрыты слоем герметизирующего вещества, на втором участке лицевой поверхности печатной платы выполнена первая контактная площадка для электрического соединения с кузовом автомобиля, на тыльной поверхности печатной платы выполнена вторая контактная площадка для электрического соединения с подвижной частью кузова автомобиля, печатная плата снабжена крепежным отверстием, а указанные контактные площадки соединены с выводами электрической схемы согласующего устройства и примыкают к краям крепежного отверстия.

Под плоским микромодулем в данной заявке понимается функционально законченный узел согласующего устройства, состоящий из печатной платы с размещенными на ней ЭРЭ (термин см. [2]).

Электрическая схема согласующего устройства в предпочтительном варианте исполнения может представлять собой согласующий мост, в плечи которого включены два конденсатора и две индуктивности.

При этом в состав согласующего устройства могут входить конденсаторы в исполнении для поверхностного монтажа, а индуктивности могут быть выполнены в виде печатных проводников.

Согласующее устройство может быть снабжено отрезком коаксиального радиокабеля, подключенного к электрической схеме согласующего устройства, при этом места соединения центрального проводника и оплетки радиокабеля с электрической схемой согласующего устройства могут быть покрыты слоем герметизирующего вещества.

Исключение из состава электрической схемы согласующего устройства подстроечных конденсаторов и выполнение индуктивностей в виде печатных проводников, а также герметизация полученной электрической схемы слоем герметизирующего вещества гарантирует высокую повторяемость параметров схемы согласующего устройства при промышленном использовании заявляемого технического решения, уверенный прием радиосигналов и повышенную надежность устройства в эксплуатации.

Снабжение согласующего устройства отрезком коаксиального радиокабеля и покрытие мест соединения центрального проводника и оплетки кабеля с электрической схемой согласующего устройства слоем герметизирующего вещества позволяют снизить трудоемкость монтажа системы радиоприема на автомобиль и обеспечивают качественный электрический контакт согласующего устройства с коаксиальным радиокабелем и приемным устройством в процессе эксплуатации системы радиоприема на автомобиле.

Отобранное в результате испытания многочисленных вариантов электрических схем согласующих устройств техническое решение, касающееся построения электрической схемы согласующего устройства в виде согласующего моста, в плечи которого включены два конденсатора и две индуктивности, отвечает требованиям минимального количества используемых ЭРЭ, эффективного согласования импедансов щелевой антенны и радиокабеля.

Одновременное использование печатной платы согласующего устройства в качестве носителя электрической схемы и устройства механического крепления микромодуля повышает технологичность конструкции, позволяет минимизировать габариты и стоимость согласующего устройства.

Применение предлагаемого согласующего устройства позволяет расширить диапазон принимаемых частот радиосигналов. Проведенные испытания показали, что щелевую антенну с заявляемым согласующим устройством можно использовать как для приема информационно-развлекательных программ УКВ-радиостанций, так и для приема кодовых посылок пейджинговых передающих станций.

На Фиг.1 изображена конструкция согласующего устройства.

На Фиг.2 изображен пример наилучшей реализации электрической схемы согласующего устройства.

На Фиг.3 изображена конструкция антенного устройства автомобиля.

Для реализации изобретения согласующее устройство (см. Фиг.1) может быть выполнено в виде плоского микромодуля М, включающего в себя печатную плату 1, например, двухстороннюю металлизированную печатную плату, с лицевой S1 и тыльной S2 поверхностями, лицевая поверхность S1 платы разбита на два участка 2,3, причем пассивные ЭРЭ 4 размещены на участке 2, соединены печатными проводниками в электрическую схему и покрыты слоем 5 герметизирующего вещества, а на участке 3 выполнена контактная площадка 6 для электрического соединения с кузовом автомобиля, на тыльной поверхности S2 печатной платы 1 выполнена контактная площадка 7 для электрического соединения с подвижной частью кузова автомобиля, печатная плата снабжена крепежным отверстием 8, а контактные площадки 6, 7 соединены с выводами электрической схемы согласующего устройства и примыкают к краям крепежного отверстия 8.

Наилучший вариант электрической схемы согласующего устройства изображен на Фиг.2.

Схема содержит минимальное количество ЭРЭ и показала при испытаниях наилучшие практические результаты. Схема включает в себя согласующий мост, в плечи которого включены пассивные ЭРЭ - два конденсатора С1 и С2, и две индуктивности L1 и L2.

В предпочтительном варианте выполнения в качестве конденсаторов С1 и С2 могут быть использованы конденсаторы для поверхностного монтажа, а индуктивности L1 и L2 могут быть выполнены на поверхности печатной платы в виде изогнутых печатных проводников.

В предпочтительном варианте выполнения микромодуль М снабжают отрезком коаксиального радиокабеля Q, центральный проводник и оплетку радиокабеля Q подключают на участке 2 к электрической схеме согласующего устройства, а место соединения центрального проводника и оплетки радиокабеля Q с электрической схемой согласующего устройства покрывают затем слоем герметизирующего вещества. При этом герметизирующее вещество выполняет как функцию герметизации электрического соединения, так и функции механической защиты места ввода радиокабеля Q и механической фиксации конца радиокабеля Q на поверхности микромодуля М.

Конструкция антенного устройства автомобиля, использующего заявляемое согласующее устройство, представлена на Фиг.3.

Антенное устройство автомобиля, см. Фиг.3, включает в себя выполненные из проводящего материала кузов 9 с проемом Z для подвижной части кузова и подвижную часть 10 кузова.

Как уже упоминалось ранее, в качестве подвижной части 10 кузова могут выступать задняя дверь или крышка багажника.

Подвижная часть 10 установлена на петлях 11 в проеме Z кузова 9.

Щелевая антенна 12 антенного устройства автомобиля при этом реализована в виде зазора между кузовом 9 и подвижной частью 10.

Для реализации изобретения деталь 13 замка подвижной части 10, в качестве которой может выступать, например, фиксатор замка, изолируют от кузова 9, например, посредством диэлектрической прокладки 14, после чего антенну 12 подключают к приемному устройству (на Фиг.3 не показано) через микромодуль М заявляемого согласующего устройства, снабженный отрезком радиокабеля Q.

При этом микромодуль М закрепляют на детали 13 посредством крепежного отверстия, выполненного на печатной плате микромодуля, с помощью болта 15 штатного крепления детали 13. Свободный конец кабеля Q подключают ко входу приемного устройства автомобиля.

Устройство функционирует в составе антенного устройства автомобиля следующим образом.

Магнитная составляющая электромагнитного поля принимаемого сигнала возбуждает переменное электрическое поле в плоскости, перпендикулярной широкой стороне щели антенны 12 автомобиля. Наличие в щели переменного электрического поля означает, что в ней имеется ток смещения, направленный перпендикулярно линиям магнитного поля. Узел электрического поля и напряжения образуется на концах щели. Пучность электрического поля и напряжения (для полуволновой щели) образуется в центре щели, куда подключается линия передачи.

Заявлямое согласующее устройство трансформирует активное высокоомное входное сопротивление щелевой антенны в волновое сопротивление радиокабеля и компенсирует реактивную составляющую входного импеданса щелевой антенны пассивными ЭРЭ мостовой схемы. Этим достигается минимизирование потерь полезного сигнала.

Использование согласующего устройства позволяет повысить уровень сигнала на входе приемного устройства на 7,5 дБмкВ (в 2,4 раза).

Список литературы:

1. Журнал «Радиолюбитель», №11/96 г., стр.37-3 8, статья «Кузов автомобиля в качестве антенны».

2. Новый политехнический словарь. Гл. ред. Ишлинский А.Ю. М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000 г., стр.299

1. Согласующее устройство щелевой антенны автомобиля, включающее в себя пассивные электрорадиоэлементы, размещенные на печатной плате и соединенные в электрическую схему, отличающееся тем, что согласующее устройство выполнено в виде плоского микромодуля, лицевая поверхность печатной платы разделена на два участка, пассивные электрорадиоэлементы размещены на первом участке лицевой поверхности печатной платы и покрыты слоем герметизирующего вещества, на втором участке выполнена первая контактная площадка для электрического соединения с кузовом автомобиля, на тыльной поверхности печатной платы выполнена вторая контактная площадка для электрического соединения с подвижной частью кузова автомобиля, печатная плата снабжена крепежным отверстием, а указанные контактные площадки соединены с выводами электрической схемы согласующего устройства и примыкают к краям крепежного отверстия.

2. Согласующее устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая схема согласующего устройства выполнена в виде согласующего моста, в плечи которого включены два конденсатора и две индуктивности.

3. Согласующее устройство по п.2, отличающееся тем, что конденсаторы выполнены в виде SMD-конденсаторов, а индуктивности - в виде печатных проводников.

4. Согласующее устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство снабжено отрезком коаксиального радиокабеля, а место соединения центрального проводника и оплетки радиокабеля с электрической схемой согласующего устройства покрыто слоем герметизирующего вещества.