RU2513844C2

RU2513844C2 - Antenna for receiving and amplifying signals

Info

Publication number: RU2513844C2
Application number: RU2012120808/08A
Authority: RU
Inventors: Николай Данилович Бородин; Борис Исаакович Шафро; Валерий Иванович Гилюк; Виктор Степанович Долгачев; Александр Сергеевич Дрижов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют"
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2014-04-20
Also published as: RU2012120808A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: invention relates to antenna engineering, particularly to design of microstrip antenna devices, and can be used in satellite navigation systems, particularly GPS-GLONASS, in communication and information transmission systems and as an antenna array element. The antenna consists of a disc radiator, an annular halver, a low-noise amplifier, an antenna housing and a protective dome/cap, wherein the antenna housing is common for the disc radiator, the annular halver and the low-noise amplifier, with a compartment for the low-noise amplifier, wherein in the compartment for the low-noise amplifier on the inner side of the cover of the housing, there is an absorber for attenuating waveguide modes in the compartment for the low-noise amplifier, and the top part of the housing has a depression in which a spring-loaded silver-plated spacer is placed on the entire periphery of the top part of the housing, which provides reliable electrical contact on the entire periphery of the annular halver.

EFFECT: reception and amplification of signals with maximum antenna sensitivity.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и, в частности, к конструкции микрополосковых антенных устройств. Антенна для приема и усиления сигналов может быть использована как в системах спутниковой навигации, в частности GPS - ГЛОНАСС, так и в системах связи, передачи информации, а также в качестве элемента антенной решетки.The invention relates to antenna technology and, in particular, to the design of microstrip antenna devices. The antenna for receiving and amplifying signals can be used both in satellite navigation systems, in particular GPS - GLONASS, and in communication systems, information transmission, and also as an element of the antenna array.

В качестве прототипа была выбрана полезная модель «Микрополосковая приемная активная антенна» (патент №34806 РФ). Сущность полезной модели заключается в использовании двух точек для подключения дискового излучателя. Для этого в состав микрополосковой приемной активной антенны введен кольцевой делитель на два, который подключает дисковой излучатель в двух точках со сдвигом фаз 90 градусов. Точки подключения дискового излучателя определены для обеспечения правокруговой поляризации и оптимального согласования в широкой полосе частот. Широкая диаграмма направленности микрополосковой приемной активной антенны, низкий коэффициент шума и высокое усиление малошумящего усилителя позволяет осуществлять прием сигналов спутников, находящихся в полусфере, в частности навигационных, и надежную работу любых приемников - вычислителей, в частности для систем GPS - ГЛОНАСС.As a prototype, the utility model “Microstrip receiving active antenna” (RF patent No. 34806) was selected. The essence of the utility model is to use two points to connect a disk emitter. For this, a ring divider for two is connected to the microstrip receiving active antenna, which connects the disk radiator at two points with a phase shift of 90 degrees. The connection points of the disk emitter are defined to ensure right-handed polarization and optimal matching in a wide frequency band. A wide directivity pattern of the microstrip receiving active antenna, low noise figure and high gain of a low-noise amplifier allows receiving signals from satellites located in the hemisphere, in particular navigation, and reliable operation of any receivers-computers, in particular for GPS-GLONASS systems.

Недостаток вышеуказанной полезной модели состоит в возникновении волноводных типов волн, отрицательно влияющих на функционирование малошумящего усилителя антенны.The disadvantage of the above utility model is the appearance of waveguide types of waves that adversely affect the functioning of a low-noise antenna amplifier.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение приема и усиления сигналов с максимальной чувствительностью антенны.The technical result of the claimed invention is the provision of reception and amplification of signals with maximum sensitivity of the antenna.

Для достижения указанных технических результатов в антенне для приема и усиления сигналов, состоящей из дискового излучателя, кольцевого делителя на два, малошумящего усилителя, корпуса антенны и защитного обтекателя-колпака, корпус антенны выполнен единым для дискового излучателя, кольцевого делителя на два и малошумящего усилителя, с отсеком для малошумящего усилителя, для обеспечения приема и усиления сигналов с максимальной чувствительностью антенны, при этом в отсеке для малошумящего усилителя на внутренней стороне крышки корпуса размещен поглотитель, для ослабления волноводных типов волн в отсеке для малошумящего усилителя, а также верхняя часть корпуса выполнена с углублением, в котором установлена пружинная посеребренная прокладка по всему периметру верхней части корпуса, которая обеспечивает надежный электрический контакт по всему периметру кольцевого делителя на два.To achieve the indicated technical results in an antenna for receiving and amplifying signals consisting of a disk radiator, a two-ring divider, a low-noise amplifier, an antenna body and a protective cowl-hood, the antenna body is made uniform for a disk radiator, a two-ring annular divider and a low-noise amplifier, with a compartment for a low-noise amplifier, to ensure reception and amplification of signals with maximum antenna sensitivity, while in the compartment for a low-noise amplifier on the inside of the housing cover and placed scavenger to attenuate the wave-guide wave types in the compartment for the LNA, as well as the upper part of the housing is formed with a recess in which a spring silvered gasket around the perimeter of the upper housing portion which provides a reliable electrical contact along the entire perimeter of the annular divider by two.

Отличительным признаком от прототипа является то, что в антенне корпус антенны выполнен единым для дискового излучателя, кольцевого делителя на два и малошумящего усилителя, с отсеком для малошумящего усилителя, при этом в отсеке для малошумящего усилителя на внутренней стороне крышки закреплен поглотитель, а также верхняя часть корпуса выполнена с углублением, в котором установлена пружинная посеребренная прокладка по всему периметру верхней части корпуса.A distinctive feature of the prototype is that in the antenna the antenna housing is made uniform for a disk radiator, a ring divider for two and a low-noise amplifier, with a compartment for a low-noise amplifier, while in the compartment for a low-noise amplifier an absorber is fixed on the inside of the lid, as well as the upper part the housing is made with a recess in which a spring silver plated gasket is installed around the entire perimeter of the upper part of the housing.

На фиг.1 изображен внешний вид антенны.Figure 1 shows the appearance of the antenna.

На фиг.2 изображен вид сечений деталей антенны.Figure 2 shows a sectional view of the parts of the antenna.

Антенна для приема и усиления сигналов, состоит из дискового излучателя 1, кольцевого делителя на два 2, малошумящего усилителя 3, корпуса 4, защитного обтекателя-колпака 9.The antenna for receiving and amplifying signals consists of a disk emitter 1, an annular divider for two 2, a low-noise amplifier 3, a housing 4, a protective fairing-cap 9.

Корпус 4 антенны выполнен из алюминиевого сплава и состоит из отсека 5 для малошумящего усилителя 3, крышки 6 корпуса, прижимного кольца 7, также как и корпус 4 выполненного из алюминиевого сплава, фиксирующего уплотнителя 8, выполненного в виде резинового кольца, поглотителя 10.The antenna housing 4 is made of aluminum alloy and consists of a compartment 5 for a low-noise amplifier 3, a housing cover 6, a pressure ring 7, as well as a housing 4 made of aluminum alloy, a fixing seal 8, made in the form of a rubber ring, an absorber 10.

Верхняя часть корпуса 4 антенны выполнена в виде диска, на который устанавливается кольцевой делитель 2 и дисковый излучатель 1. Диаметр диска больше диаметра дискового излучателя 1 на технологическую величину крепления защитного обтекателя-колпака 9. Пластина дискового излучателя 1 и кольцевой делитель на два 2 выполнены из фольгированного армированного фторопласта ФАФ. Дисковый излучатель 1 запитан в двух точках посредством кольцевого делителя 2 на два, обеспечивая при этом работу дискового излучателя 1 в широкой полосе частот с круговой поляризацией. К нижней пластине кольцевого делителя на два 2 припаяна вилка радиочастотного соединителя 14, которая соединяется с розеткой 15, находящейся в углублении в верхней части корпуса антенны 4.The upper part of the antenna body 4 is made in the form of a disk onto which an annular divider 2 and a disk radiator 1 are mounted. The diameter of the disk is larger than the diameter of the disk radiator 1 by the technological size of the fastening of the protective cowl-cap 9. The plate of the disk radiator 1 and the ring divider for two 2 are made of foil reinforced fluoroplastic FAF. The disk emitter 1 is powered at two points by an annular divider 2 into two, while ensuring the operation of the disk emitter 1 in a wide frequency band with circular polarization. The plug of the radio-frequency connector 14 is soldered to the bottom plate of the ring divider by two 2, which connects to the socket 15 located in the recess in the upper part of the antenna 4 body.

Защитный обтекатель-колпак 9 выполнен из фторопласта, плотно прилегает к фиксирующему уплотнителю 8 и служит для защиты от температурных перепадов от -50° до +200°, от воздействия дождя, тумана, песка, пыли, солнечной радиации. Прижимное кольцо 7, фиксирующий уплотнитель 8 и верхняя часть корпуса 4 имеют шесть совпадающих между собой отверстий 11, которые соединяются при помощи крепежных элементов, в виде полых заклепок, объединяя детали антенны.The protective cowl-hood 9 is made of fluoroplastic, fits snugly to the fixing seal 8 and serves to protect from temperature extremes from -50 ° to + 200 °, from the effects of rain, fog, sand, dust, solar radiation. The clamping ring 7, the fixing seal 8 and the upper part of the housing 4 have six matching holes 11, which are connected using fasteners in the form of hollow rivets, combining the antenna parts.

Нижняя часть корпуса 4 имеет прямоугольный отсек 5, предназначенный для установки малошумящего усилителя 3 (см. фиг.2). Малошумящий усилитель 3 выполнен на микрополосковой подложке из материала поликор по тонкопленочной гибридной технологии и представляет собой четырехкаскадный транзисторный усилитель, имеющий низкий коэффициент шума. Первый каскад малошумящего усилителя выполнен на полевом транзисторе, который обеспечивает заданный коэффициент шума и требуемый уровень защиты от наведенной мощности соседних источников мощных сигналов. Между первым и вторым каскадом включен микрополосковый фильтр, обеспечивающий вместе с излучателем 1 и кольцевым делителем на два 2 необходимую избирательность. Второй, третий и четвертый каскады малошумящего усилителя 3 выполнены на биполярных транзисторах и обеспечивают необходимое усиление. Коэффициент усиления малошумящего усилителя 3 достаточен для компенсации избыточных потерь в длинном кабеле. Питание малошумящего усилителя 3 (+5 Вольт) подается по коаксиальному кабелю от удаленного приемника. По этому же кабелю происходит передача сигнала с выхода малошумящего усилителя 3 на удаленный приемник. Подложка малошумящего усилителя 3 вплотную прилегает к штырю 17 розетки 15, и соединяются они с помощью перемычки. Таким образом, благодаря минимальной длине всего высокочастотного тракта уменьшаются потери сигнала, и увеличивается чувствительность антенны. На отсеке 5 для малошумящего усилителя 3 с внешней стороны имеются разъем 12 для передачи сигнала на удаленный приемник-вычислитель и трубка 13 для заполнения корпуса инертным газом и герметизации.The lower part of the housing 4 has a rectangular compartment 5, designed to install a low-noise amplifier 3 (see figure 2). The low-noise amplifier 3 is made on a microstrip substrate of polycor material using thin-film hybrid technology and is a four-stage transistor amplifier having a low noise figure. The first stage of the low-noise amplifier is made on a field-effect transistor, which provides a given noise figure and the required level of protection from the induced power of neighboring sources of powerful signals. Between the first and second stages, a microstrip filter is included, which together with the emitter 1 and the ring divider by two 2 provides the necessary selectivity. The second, third and fourth stages of the low-noise amplifier 3 are made on bipolar transistors and provide the necessary amplification. The gain of the low-noise amplifier 3 is sufficient to compensate for excess losses in a long cable. The low-noise amplifier 3 (+5 Volts) is powered by a coaxial cable from a remote receiver. The same cable is used to transmit a signal from the output of a low-noise amplifier 3 to a remote receiver. The substrate of the low-noise amplifier 3 is adjacent to the pin 17 of the socket 15, and they are connected using a jumper. Thus, due to the minimum length of the entire high-frequency path, signal loss is reduced, and the sensitivity of the antenna increases. On the outside of the compartment 5 for the low-noise amplifier 3, there is a connector 12 for transmitting a signal to a remote receiver-computer and a tube 13 for filling the housing with inert gas and sealing.

В отсеке 5 для малошумящего усилителя 3 на внутренней стороне крышки 6 корпуса 4 закреплена пластина поглотителя 10, выполненная из материала ферроэпоксид, с целью поглощения электромагнитной энергии волноводных типов волн в отсеке 5 для малошумящего усилителя 3. Крышка 6 корпуса также является крышкой 4 отсека 5 для малошумящего усилителя 3.In the compartment 5 for the low-noise amplifier 3, an absorber plate 10 made of ferroepoxide material is fixed on the inner side of the cover 6 of the housing 4 in order to absorb the electromagnetic energy of the waveguide types of waves in the compartment 5 for the low-noise amplifier 3. The cover 6 of the housing is also the cover 4 of the compartment 5 for low noise amplifier 3.

Отсек 5 для малошумящего усилителя 3 герметизируется пайкой, при помощи которой крышка 6 отсека 5 опаивается по периметру корпуса 4 и заполняется аргоном с избыточным давлением 0,2 атмосферы через трубку 13. Радиочастотные герметичные соединители, т.е. вилка радиочастотного соединителя 14 и розетка 15 также герметизируется пайкой.The compartment 5 for the low-noise amplifier 3 is sealed by soldering, by means of which the cover 6 of the compartment 5 is sealed around the perimeter of the housing 4 and is filled with argon with an overpressure of 0.2 atmosphere through the tube 13. Radio-frequency sealed connectors, i.e. the plug of the RF connector 14 and the socket 15 are also sealed by soldering.

По периметру верхней части корпуса 4 в углублении закреплена пружинная прокладка 16, обеспечивающая равномерный электрический контакт по всему периметру, а для обеспечения эффективности и долговечности антенны пружинная прокладка 16 покрыта серебром. В поперечном сечении пружинная прокладка 16 имеет г-образную форму.Along the perimeter of the upper part of the housing 4, a spring gasket 16 is fixed in the recess, providing uniform electrical contact along the entire perimeter, and to ensure the efficiency and durability of the antenna, the spring gasket 16 is coated with silver. In cross section, the spring gasket 16 is l-shaped.

Сущность работы данного изобретения заключается в том, что антенна принимает сигналы от спутников, находящихся в полусфере. Принятые сигналы с дискового излучателя 1 поступают на кольцевой делитель на два 2, далее через коаксиальный переход поступают в малошумящий усилитель 3, где происходит усиление этих сигналов, при этом поглотитель 10 осуществляет поглощение электромагнитной энергии волноводных типов волн в отсеке 5 для малошумящего усилителя 3. С выхода малошумящего усилителя 3 через разъем 12 принятые и усиленные сигналы поступают по кабелю на удаленный приемник, а удаленный приемник передает напряжение питания на малошумящий усилитель 3 антенны +5 Вт.The essence of the work of this invention is that the antenna receives signals from satellites located in the hemisphere. The received signals from the disk emitter 1 are fed to the ring divider by two 2, then through a coaxial transition they are fed to a low-noise amplifier 3, where these signals are amplified, while the absorber 10 absorbs the electromagnetic energy of the waveguide wave types in the compartment 5 for the low-noise amplifier 3. C the output of the low-noise amplifier 3 through connector 12, the received and amplified signals are sent via cable to the remote receiver, and the remote receiver transfers the supply voltage to the low-noise amplifier 3 of the +5 W antenna.

Таким образом, благодаря принятым техническим решениям антенна для приема и усиления сигналов надежно обеспечивает прием сигналов от спутников, находящихся в полусфере.Thus, thanks to the adopted technical solutions, the antenna for receiving and amplifying signals reliably provides reception of signals from satellites located in the hemisphere.

Claims

1. An antenna for receiving and amplifying signals, consisting of a disk emitter, a ring divider into two, low-noise amplifier, a housing, a protective cowl-hood, characterized in that the antenna body is made uniform for a disk emitter, a ring divider into two and a low-noise amplifier, s compartment for low noise amplifier.

2. The antenna for receiving and amplifying signals according to claim 1, characterized in that an absorber is located in the compartment for the low-noise amplifier on the inside of the housing cover to attenuate waveguide types of waves in the compartment for the low-noise amplifier.

3. The antenna for receiving and amplifying signals according to claim 1, characterized in that the upper part of the housing is made with a recess in which a spring silver-plated gasket is installed around the entire perimeter of the upper part of the housing, creating uniform electrical contact around the entire perimeter of the ring divider by two.