Двухчастотная антенна спутниковой системы связи

Полезная модель относится к радиотехнике и технике сверхвысоких частот (далее по тексту – СВЧ), а именно к антеннам. Полезная модель предназначена для приёма и передачи СВЧ-сигналов спутниковой системы связи в составе абонентского терминала.
Актуальной задачей является уменьшение стоимости и упрощение монтажа антенны.
Известны различные типы квадрифилярных антенн, представленные в патентах US5635945A, US6421028B1, US20030169210A1, JP2008061243A, CN102931468A. В основном в них описаны стандартные квадрифилярные антенны со спиральными элементами. Все двух или многочастотные варианты антенн работают за счёт применения дополнительных элементов антенны с измененной длиной. Конструктивно эти элементы сложны даже при использовании тонкопленочных технологий (фольга на полиимиде).
Известна конструкция совмещенной квадрифилярной антенны по патенту US 9214734 B2 [«Multi-quadrifilar helix antenna», Novatel Inc., 14.10.2011]. Предложенный вариант построения антенны обладает преимуществами перед классическими спиральными антеннами за счёт применения тонкопленочной технологии и интегрированного делителя. Работа на нескольких частотах достигается за счёт применения излучателей разной длины, соединенных в точке запитки.
Принято за прототип.
К недостаткам прототипа относятся:
необходимость применения конструктивно сложных делителей мощности;
конструкция не обладает прочностью, за счёт применения тонких материалов;
конструкция требует оснастки для сборки, поскольку предполагает пайку после скручивания.
Полезная модель не обладает данными недостатками.
Подробное описание полезной модели:
Заявляемая полезная модель двухчастотной антенны отличается простотой сборки и монтажа. Указанный результат достигается за счёт применения печатных плат из материала фольгированный стеклотекстолит и за счёт сборки антенны из линейных и плоских элементов – печатных плат с топологией, которая и является элементом антенны. Печатные платы также образуют каркас антенны, а сборка и монтаж производятся за счёт наличия вспомогательных площадок для пайки и взаимных фрезеровок плат.
Принцип работы антенны не отличается от квадрифилярных антенн, запитываемых от одного коаксиального кабеля в верхней точке и имеющих разные радиусы и высоты перпендикулярных плеч.
Основным отличием полезной модели является достижение работы без использования дополнительных излучающих элементов на частотах, отстоящих друг от друга на 25% относительно нижней частоты. Этот эффект достигается за счёт применения перпендикулярных плеч с большим отличием высот.
Новизна обеспечивается за счёт получения диаграммы направленности антенны не на спиральных элементах квадрифиляра, а на прямых проводниках, что позволяет использовать простые печатные платы. Что в свою очередь приводит к упрощению сборки и удешевлению конструкции.
Полезной модели для работы и излучения не требуется дополнительная металлическая поверх, что позволяет существенно снизить общий габарит антенны.
Полезная модель поясняется рисунками:
На фиг.1 показана модель двухчастотной антенны в сборе.
На фиг.2 показаны элементы печатных плат, обеспечивающие простоту сборки.
На фиг.3 показан принцип монтажа коаксиального кабеля, обеспечивающий возбуждение антенны.
На фиг. 1 приведена модель антенны, на которой видно, что все части антенны, кроме коаксиального кабеля являются печатными платами. На фиг.2 обозначены вспомогательные элементы конструкции, обеспечивающие простоту сборки и монтажа.
Достоинства вышеописанной конструкции:
двухчастотная антенна из печатных плат позволяет обеспечить работу на двух частотах, отличающихся менее чем на 25% относительно нижней частоты. При этом такая антенна проста при сборке и монтаже, дешева и обеспечивает диаграмму направленности близкую к аналогичным квадрифилярным антеннам, имеющим спиральную структуру.
Раскрытие и осуществление полезной модели
Первым существенным признаком, достаточным для достижения, указанного выше, технического результата, является применение печатных плат как для создания каркаса антенны, так и для обеспечения требуемых проводников, составляющих саму антенну.
Вторым существенным признаком является упрощение конструкции за счёт применения линейных, а не спиральных элементов.
Третьим существенным признаком является наличие вспомогательных площадок для пайки и взаимных фрезеровок печатных плат.
Работа двухчастотной антенны спутниковой системы связи:
На фиг.1 изображена модель антенны, состоящей из семи печатных плат, коаксиального кабеля и разъёма на конце кабеля. Четыре боковые печатные платы образуют вертикальные элементы квадрифилярной антенны и образуют витки равные четверти окружности, но при этом являются прямыми, а не спиральными. Три горизонтальные платы представляют собой элементы соединения конструкции и проводники на них правильно соединяют вертикальные элементы антенны. На верхней печатной плате распаян коаксиальный кабель (фиг. 3) и обеспечивается возбуждение антенны сразу на двух частотах. Высота вертикальных печатных плат и расположение двух нижних горизонтальных печатных плат обеспечивают работу на нужных частотах.
Расстояние между двумя нижними печатными платами влияет на разницу рабочих частот антенны.
Диаметры горизонтальных плат влияют на рабочую частоту антенны.
Сборка и монтаж антенны осуществляется за счёт наличия вспомогательных площадок для пайки и наличия взаимных фрезеровок плат на печатных платах. Пример одного из элементов взаимного крепления плат приведён на Фиг.2.