КОНСТРУКТИВ СОПРЯЖЕНИЯ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА С ВЧ-ЛИНИЕЙ ПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к области беспроводной связи и может быть использована в области мобильной связи и доступа в Интернет.
В системах передачи данных важнейшая задача - обеспечение беспроводного доступа в Интернет в любой точке. Эту задачу успешно решают операторы мобильной связи посредством приемопередающих устройств различных стандартов, например USB-модемов и других приемопередающих модемов. Но на границах зон обслуживания и в глухих помещениях находящихся на территории зон обслуживания напряженность электромагнитного поля низка и связь значительно затруднена.
Для таких случаев необходимо устанавливать внешнюю (выносную) антенну и связывать ее с USB-модемом посредством ВЧ-линии передачи (обычно коаксиального типа). Некоторые модели USB-модемов имеют коаксиальный вход/выход что облегчает использование внешних антенн, а есть не имеющие такового и существует задача сопряжения этих USB-модемов с ВЧ-линией передачи, позволяющей вынести антенну в места более высокой напряженности электромагнитного поля.
Известны конструктивы - аналоги заявляемого предложения, это ″Универсальный адаптер для подключения внешней антенны к USB-модему без антенного входа″ - ПРОТОТИП, представляющий собой, отрезок коаксиального кабеля с установленным на одном конце стандартным коаксиальным разъемом, а другим концом подключенный к печатной плате содержащей полосковые антенну, для фиксации печатной платы на боковой стороне USB-модема используется бандаж или зажим типа ″клипса″ (http://repiteri.ri/antennye-adaptery-antennye-perehodniki.html).
К недостаткам данного устройства можно отнести низкую защищенность от механических воздействий элементов адаптера, низкий коэффициент передачи между приемопередатчиком USB-модема и коаксиальным кабелем, наличие потерь энергии ВЧ-сигнала на излучение, а также электромагнитную несовместимость с близкорасположенными электронными приборами чувствительными к внешнему электромагнитному полю или мешающими работе модема.
Далее конструктив сопряжения приемопередающего устройства с ВЧ-линией передачи рассматривается применительно к USB-модему.
Задачей выполняемого технического решения является передача ВЧ-сигнала от ВЧ-линии передачи выносной антенны к приемопередатчику USB-модема и обратно с минимальными потерями, повышения жесткости конструкции, снижение уровня излучаемой электромагнитной энергии USB-модемом в ближайшее от него пространство.
При этом ВЧ-сигнал передается от USB-модема в ВЧ-линию передачи и от ВЧ-линии передачи к USB-модему.
Технический результат от предлагаемого конструктива достигается за счет того, что конструктив представляет собой законченный экранированный модуль, выполненный из металла, с возможной вариацией взаимного расположения элементов модуля для использования USB-модемов различных типоразмеров.
Для реализации поставленной задачи предлагается конструктив сопряжения приемопередающего устройства с ВЧ-линией передачи представляющий собой корпус в форме бруса, выполненный из металла, на передней стенке корпуса расположен коаксиальный вход/выход, верхняя стенка корпуса съемная, на задней стенке сделан вырез для подключения к разъему приемопередающего устройства, внутри корпуса расположен полосковый шлейф холостого хода для электромагнитной связи с встроенной антенной приемопередающего устройства, причем шлейф подключен к центральному контакту коаксиального входа и не имеет контакта с корпусом, а к коаксиальному входу/выходу подключается ВЧ-линия передачи для соединения с выносной антенной, причем задняя стенка может быть выполнена подвижной относительно корпуса и передвигается на необходимое расстояние от передней стенки в зависимости от типоразмера приемопередающего устройства, при этом разъем приемопередающего устройства прикреплен к задней стенке.
На Фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого технического решения в изометрии, где изображено:
1 - корпус конструктива;
2 - вырез в заднем торце корпуса;
3 - коаксиальный вход/выход;
4 - U-образный (полосковый) шлейф холостого хода для связи с встроенной антенной USB-модема;
5 - центральный контакт коаксиального входа/выхода;
6 - верхняя (съемная) крышка корпуса;
7 - передний торец корпуса;
8 - задний торец корпуса.
Конструктив имеет следующие соединения. Корпус 1 на переднем торце 7 имеет электрический и механический контакт с корпусом коаксиального входа/выхода 3, внутри корпуса 1 расположен полосковый U-образный шлейф холостого хода 4, имеющий электрический и механический контакт с центральным контактом 5 коаксиального входа/выхода 3 и при этом не имеющий контакта с корпусом 1, сверху корпус 1 закрывается крышкой 6, на заднем торце 8 корпуса 1 сделан вырез 2 открывающий доступ к USB-разъему модема и дающий возможность подключения к другим устройствам (ПК, маршрутизатору и т.д. через USB-удлинитель и напрямую).
На Фиг. 2 (приведена для справки) изображен пример использования конструктива с приемопередающим USB-модемом Huawei E173, при этом модем расположен в корпусе 1 конструктива между полосками U-образного шлейфа 4 и подключен к USB-удлинителю через вырез 2 в заднем торце 8 корпуса. К коаксиальному входу/выходу 3 конструктива подключена коаксиальная ВЧ-линия передачи выносной антенны. USB-модем помещается в конструктив через верхнюю крышку 6 прикрепляемую к корпусу 1 при помощи винтов.
Рассмотрим работу конструктива приведенного на фиг. 1 в момент передачи ВЧ сигнала USB-модемом в сторону оператора беспроводной связи.
Сигнал с ПК или роутера в виде последовательности электрических импульсов через USB-удлинитель поступает на USB-разъем модема. В USB-модеме сигнал преобразуется передатчиком в ВЧ-сигнал и по внутренним цепям передается на встроенную антенну. Антенна USB-модема, установленного в конструктиве, имеет электромагнитную связь с полосковым U-шлейфом 4. При этом реактивное сопротивление перехода шлейф-антенна и реактивное сопротивление встроенной антенны, охваченной U-шлейфом 4 и корпусом конструктива 1, частично компенсируют друг друга в пределах рабочего диапазона частот USB-модема, способствуя передаче энергии ВЧ-сигнала от антенны на шлейф 4 и от шлейфа 4 к коаксиальному входу/выходу 3 с минимальными потерями, который непосредственно подключен к коаксиальной ВЧ-линии передачи. По ВЧ-линии передачи ВЧ-сигнал поступает в антенну и далее излучается в направлении базовой станции оператора. Так как USB-модем и его встроенная антенна окружены металлическими корпусом 1 и шлейфом 4, излучение ВЧ-энергии встроенной антенной в близлежащее с конструктивом пространство значительно ослаблено.
Минимизация потерь при передаче ВЧ сигнала от встроенного передатчика USB-модема в ВЧ-линию передачи внешней антенны заключается в высвобождении реактивной энергии накапливаемой вблизи встроенной антенны USB-модема за счет реактивного сопротивления перехода шлейф антенна и исключения потерь на излучение за счет применения металлического корпуса 1 с экранирующим эффектом.
Рассмотрим работу конструктива приведенного на фиг. 1 в момент приема ВЧ сигнала USB-модемом от оператора беспроводной связи.
Принятый выносной антенной ВЧ-сигнал базовой станции оператора по ВЧ-линии передачи, через коаксиальный вход/выход 3 конструктива попадает на U-образный шлейф, связанный электромагнитно с встроенной антенной USB-модема. При этом реактивное сопротивление перехода шлейф-антенна и реактивное сопротивление встроенной антенны, охваченной U-образным шлейфом 4 и корпусом конструктива 1, частично компенсируют друг друга в пределах рабочего диапазона частот USB-модема, способствуя передаче энергии ВЧ-сигнала от коаксиального входа/выхода 3 конструктива через U-образный шлейф 4 к встроенной антенне USB-модема и далее к внутренним цепям модема с минимальными потерями. По внутренним цепям USB-модема ВЧ-сигнал попадает на вход приемника, который преобразует его в последовательность электрических импульсов, которая передается по USB-удлинителю к ПК или роутеру. Так как U-образный шлейф 4 окружен металлическими корпусом 1 и охватывает встроенную антенну USB-модема, излучение ВЧ-энергии U-образным шлейфом 4 в близлежащее с конструктивом пространство значительно ослаблено.
Минимизация потерь при передаче ВЧ сигнала от ВЧ-линии передачи внешней антенны к встроенному приемнику USB-модема заключается в высвобождении реактивной энергии накапливаемой вблизи полоскового U-шлейфа 4 за счет реактивного сопротивления перехода шлейф-антенна и исключения потерь на излучение за счет применения металлического корпуса 1 с экранирующим эффектом.
Для подтверждения заявляемого технического результата была проведена серия экспериментов.
В первом эксперименте установлено что, в результате передачи ВЧ-сигнала с помощью конструктива сопряжения от приемопередатчика USB-модема Huawei Ε173 в коаксиальную ВЧ-линию передачи и в обратном направлении, уровень ВЧ-сигнала в диапазоне частот 1920-2180 МГц снижается всего на 1÷3 дБ по сравнению с случаем подключения коаксиальной ВЧ-линии передачи непосредственно к выходу приемопередатчика USB-модема. При этом в случае использования заявляемого конструктива не требуется разборка USB-модема для подключения ВЧ-линии, что является очевидным преимуществом.
Во втором эксперименте, были измерены уровни принимаемого ВЧ-сигнала оператора беспроводной связи на открытой площадке, в случаях расположения USB-модема в свободном пространстве и при его размещении в конструктиве сопряжения без подключенной к входу/выходу 3 ВЧ-линии передачи. Уровень ВЧ-сигнала в первом случае составил -85÷-87 dBm, а во втором случае уровень сигнала стал менее -113 dBm, что говорит о значительном экранировании корпусом конструктива встроенной антенны USB-модема и возможности применения конструктива в случаях необходимости обеспечения электромагнитной совместимости с другим электронными приборами, подверженными воздействию ВЧ электромагнитных полей.
Для обеспечения функционирования приемопередающих USB-модемов различных типоразмеров, например разной длины, задний торец корпуса 1 может быть выполнен подвижным относительно корпуса 1, например при помощи полозьев. При этом USB-модем передвигается вместе с торцом, вследствие чего оптимизируется расстояние/зазор между U-образным шлейфом и встроенной антенной, оптимизируется реактивное сопротивление перехода шлейф-антенна. На фигуре 1 возможность передвижения торца условно не показана.
Данные факты указывают на практическую пользу заявляемого конструктива и широкую область применения.
С помощью заявляемого конструктива обеспечивается сопряжение ВЧ-линии передачи внешней антенны с приемопередатчиком USB-модема с минимальными потерями ВЧ-сигнала, защита окружающего пространства от излучения USB-модема, защита USB-модема и элементов конструктива от механических воздействий.
Технический результат, достигаемый в современных сетях беспроводной передачи данных (GSM, UMTS, HSPA, CDMA, LTE, Wi-Fi, WiMax и т.д.), при использовании заявляемой полезной модели, заключается в минимальных потерях ВЧ-сигнала, снижении вредного воздействия излучения USB-модемов на другие электронные устройства и обратного воздействия.
Возможность промышленного применения заявляемого технического решения подтверждается многочисленными успешными результатами использования заявляемого конструктива, в составе изделия ″Антенный комплект для USB 3G модема″ и его вариантов, производимых с августа 2011 года на предприятии ИП Гавриков Д.В. (г. Ирбит) при использовании известных технических средств, что обуславливает по мнению заявителя, его соответствие критерию ″промышленная применимость″.
Заявляемое техническое решение экспериментально подтвердило возможность получения предполагаемого результата.
Применение данного конструктива, в частности выполнение его в металлическом корпусе, позволяет уменьшить потери на излучение в окружающее пространство, повысить электромагнитную совместимость с другими электронными устройствами, уменьшить потери на передачу ВЧ-сигнала от приемопередатчика USB-модема к ВЧ-линии передачи и обратно, повысить защиту от механических воздействий на USB-модем и элементы конструктива, а вариативность расположения заднего торца конструктива дает возможность использования приемопередающих модемов различных типоразмеров.