КОМБИНИРОВАННАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к комбинированным антеннам (КА), которая может найти широкое применение для приема спутниковых навигационных данных (СНД) от двух спутниковых навигационных систем (СНС) ГЛОНАСС (Россия)/GPS (США) и приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM).
Известна ГЛОНАСС/GPS микрополосковая антенна, описанная в патенте России №2266591 С1, 23.06.2004.
Недостатком такой антенны является то, что микрополосковые антенны более узкополосные, по сравнению со спиральными; микрополосковые антенны легко реализуют круговую поляризацию, по сравнению с преимущественно вертикальной поляризацией у спиральных антенн; микрополосковые антенны имеют более неравномерную диаграмму излучения в азимутальной плоскости, чем спиральные и вибраторные, в силу своей несимметричности относительно вертикальной оси.
Известна GPS антенна, описанная в патенте США №6552693 В1, 22.04.2003. Эта антенна используется для сетей мобильной связи и приема GPS, Bluetooth сигналов и состоит из следующих компонентов: цилиндрического основания из керамики и антенного элемента размещенного на поверхности цилиндрического основания (спиральная антенна).
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM).
Известно антенное устройство, описанное в патенте США №7289 074 В2, 30.10.2007, которое выберем за прототип. Это устройство используется для сетей мобильной связи и приема GPS сигналов и состоит из следующих компонентов: GPS антенны, антенны информационно-
транспортного средства и системы коммуникации VICS (Vehicle Information and Communication System), антенны электронной системы сбора данных ETC (Electronic tool Collection system).
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM) и приема сигнала от спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС (Россия).
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности приема СНД и приемопередачи голоса и данных по сетям GSM за счет введения GSM пассивной антенны диапазона 890÷960 МГц, GSM пассивной антенны диапазона 1710÷1880 МГц и разъемов, перераспределения функций между элементами КА.
Технический результат достигается за счет того, что, комбинированная антенна, содержащая ГЛОНАСС/GPS антенну, выполненную с возможностью одновременной работы с глобальной навигационной спутниковой системой России (ГЛОНАСС) и глобальной системой позиционирования США (Global Positioning System - GPS), малошумящий усилитель, предназначенный для усиления сигналов спутниковых навигационных систем (СНС) ГЛОНАСС/GPS, полосовой фильтр, предназначенный для фильтрации сигналов в полосе частот 1575÷1616 МГц, разъем подключения от кабеля ГЛОНАСС/GPS приемника, дополнительно содержит пассивную антенну диапазона 890÷960 МГц, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM) диапазона 890÷960 МГц, GSM пассивную антенну диапазона 1710÷1880 МГц, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в GSM сети диапазона 1710÷1880 МГц, разъем подключения от кабеля GSM приемопередатчика, при этом первый выход ГЛОHACC/GPS антенны соединен с первым входом малошумящего усилителя,
второй выход которого соединен с первым входом полосового фильтра, второй выход полосового фильтра соединен с первым входом разъема подключения от кабеля ГЛОНАСС/GPS приемника, при этом первый выход GSM пассивной антенны диапазона 890÷960 МГц и первый выход GSM пассивной антенны диапазона 1710÷1880 МГц одновременно соединены с первым входом разъема подключения от кабеля GSM приемопередатчика.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1, на которой показана структурная схема комбинированной антенны (КА); фиг.2, на которой показан пример исполнения КА.
Рассмотрим структуру и работу комбинированной антенны 1.
Как видно из чертежа фиг.1, КА 1 содержит совмещенную ГЛОHACC/GPS антенну 2, малошумящий усилитель 3, подключенный к полосовому фильтру 4, который подключен к разъему 5 подключения кабеля ГЛОНАСС/GPS приемника. Кроме того, КА содержит пассивную антенну диапазона 890÷960 МГц 6, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM) диапазона 890÷960 МГц, GSM пассивную антенну диапазона 1710÷1880 МГц 7, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в GSM сети диапазона 1710÷1880 МГц, которые подключены к разъему 8 подключения от кабеля GSM приемопередатчика.
Здесь необходимо отметить, что ГЛОНАСС/GPS-антенна 2 является совмещенной антенной и предназначена для приема сигналов от двух спутниковых навигационных систем (СНС) ГЛОНАСС (Россия)/GPS (США).
На чертеже фиг.2 показан пример исполнения КА 1.
Заявленная КА 1 работает следующим образом.
На вход ГЛОНАСС/GPS-антенны 2 поступают радиосигналы от спутников ГЛОНАСС и GPS (на чертеже не показано), находящихся в
зоне радиовидимости потребителя. Так как для решения навигационной задачи необходимо измерить псевдодальность и псевдоскорость относительно минимум 4-х спутников GPS (на чертеже не показано), то КА имеет малошумящий усилитель 3, полосовой фильтр 4 и разъем 5, к которому подключается ГЛОНАСС/GPS приемник (на чертеже не показано).
Данные от ГЛОНАСС на частоте 1600 МГц и GPS спутников на частоте 1575 МГц поступают на ГЛОНАСС/GPS-антенну 2 и далее поступают на малошумящий усилитель 3 и фильтр 4, далее данные поступают на разъем 5.
В качестве ГЛОНАСС/GPS антенны 2 может быть использована спиральная антенна, обладающая малой массой, габаритными размерами и простотой изготовления. Спиральная ГЛОНАСС/GPS антенна 2 состоит из параллельных проводящих слоев, разделенных диэлектриком. По форме излучатель антенны 2 - спираль на цилиндрической поверхности. Спиральная ГЛОНАСС/GPS антенна 2 обеспечивает всенаправленный прием сигналов. Важнейшей характеристикой ГЛОНАСС/GPS антенны является диаграмма направленности (ДН), особенно в азимутальной плоскости.
Для ГЛОНАСС/GPS антенны 2 имеются диаграммы направленности (ДН) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: азимутальной и угломестной. Азимутальная ДН определяет способность антенны 2 излучать в горизонтальной плоскости, угломестная ДН - в вертикальной плоскости. И та и другая ДН важны для КА 1, но первая определяет всенаправленность, и она более характерна для оценки излучения в условиях эксплуатации.
Как уже отмечалось, керамическая ГЛОНАСС/GPS антенна 2 - спиральная структура, на поверхности каждой стороны которой нанесены металлические проводники определенной формы. Данная конструкция может иметь одну или несколько точек возбуждения. В эти точки на
антенну 2 подается возбуждающее напряжение, которое наводит в структуре токи излучения. Кроме точек возбуждения, на антенне 2 есть точки заземления (присоединения к заземляющей плоскости). Токи, наведенные в этой сложной конструкции, формируют диаграмму направленности и реализуют другие характеристики антенны 2, необходимые для установления связи с малошумящим усилителем 3.
11
Входное сопротивление ГЛОНАСС/GPS антенны 2, близкое к 50 Ом, поскольку в этом случае можно будет с меньшими потерями согласовать антенну с малошумящим усилителем 3. Например, если величина возвратных потерь антенны (параметр 20 log |S|), порядка -20 дБ, это говорит о том, что в рабочем диапазоне частот антенна будет работать с хорошим согласованием с окружающим пространством. Величина -20 дБ показывает, что мощность генератора будет почти без отражения поглощаться антенной 2, которая в свою очередь нагружена свободным пространством. Антенна 2 есть трансформатор между входом малошумящего усилителя 3 и свободным пространством, волновое сопротивление которого для плоской волны в дальней зоне можно считать равным 377 Ом.
у
ш
Далее сигнал поступает в малошумящий усилитель 3, который предназначен для усиления сигнала до такого уровня, чтобы при передаче по кабелю (20-40 м) до входа в устройство радиочастотного тракта ГЛОHACC/GPS приемника (на чертеже не показано) сигнал был достаточно мощным. Усилитель 3 обеспечивает в рабочем диапазоне частот коэффициент усиления К~30-40 дБ и коэффициент шума К J 2,5.
Полосовой фильтр работает в полосе частот 1575÷1616 МГц.
КА 1 имеет возможность принимать и передавать голос и данные от GSM приемопередатчика (на чертеже не показано). Принятый высокочастотный сигнал поступает в пассивную антенну диапазона 890÷960 МГц 6, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в сетях глобальной системы мобильной связи (GSM) диапазона 890÷960 МГц
или GSM пассивную антенну диапазона 1710÷1880 МГц 7, предназначенную для приемопередачи голоса и данных в GSM сети диапазона 1710÷1880 МГц. Антенны 6 и 7 могут не только принимать, но и передавать голос и данные, полученные от GSM приемопередатчика (на чертеже не показано), который подключается к разъему 8.
Таким образом, за счет ГЛОНАСС/GPS антенны 2, маломощного усилителя 3 и фильтра 4, GSM антенн 6, 7 и разъемов 5, 6 решается задача полезной модели: повышение надежности приема СНД и приемопередачи голоса и данных по сетям GSM, перераспределения функций между элементами КА.
Изготовление КА 1, изображенной на фиг.1-2, осуществляют из типовых радиоэлектронных элементов, например, антенна 2, может быть компании ФГУП "НИИ КП" АСНК-1, фильтр 4 может быть использован, например, марки TA1575GG компании Golledge или марки 856134 компании Sawtek. Малошумящий усилитель 3 - типовой. GSM антенны 6 и 7 - типовые. Разъемы 5 и 8 - типовые.
Опытные образцы КА 1 изготовлены. Испытания показали, что они соответствует тем требованиям, которые предъявляются к активным ГЛОНАСС/GPS антеннам (нормативные документы: ARINC-743a, ГОСТ Р 50860-96, КТ-34-01 и ГОСТ РВ 39.304-98).