УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВЕТВЛЕНИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована как антенное устройство или в качестве элемента для ответвления и излучения электромагнитной энергии в излучающем коаксиальном кабеле.
Известны различные типы коаксиальных ответвителей электромагнитной энергии.
Например, известен коаксиальный ответвитель, содержащий радиочастотный коаксиальный разъем, наружный проводник которого имеет электрический контакт с наружным проводником коаксиального кабеля, а внутренний проводник радиочастотного коаксиального разъема выполнен в виде металлического стержня, погружаемого в отверстие во внешнем проводнике и диэлектрическом слое коаксиального кабеля для осуществления емкостной связи торца металлического стержня с внутренним проводником коаксиального кабеля (модель СТ7810-850, фирмы «Radio frequency systems» RFS, Каталог изделий WDCS, Edition 1, 06.02.050, KB 17/00197-01, P78).
Радиочастотный коаксиальный разъем закрепляется с помощью хомута непосредственно на коаксиальном кабеле. Этот ответвитель обеспечивает всегда заранее заданный разработчиком коэффициент ответвления (минус 10 дБ в ответвителе фирмы RFS). Через второй соединительный разъем к такому ответвителю может быть присоединен излучатель (антенна).
Ограничениями этого технического решения являются: сложность конструкции из-за использования хомута и необходимости электрического подсоединения наружного проводника разъема к внешнему проводнику коаксиального кабеля; невозможность регулирования коэффициента ответвления электромагнитной энергии; недостаточно высокая надежность работы устройства из-за нестабильности положения торца металлического стержня разъема относительно внутреннего проводника коаксиального кабеля; необходимость использовать определенного ряда типоразмеров разъемов устройства для подсоединения к коаксиальным кабелям различных диаметров.
Наиболее близким является устройство для ответвления и излучения электромагнитной энергии, входящее в состав излучающего коаксиального кабеля и содержащее, отрезок коаксиального кабеля, выполненный из внутреннего проводника,
окруженного диэлектрическим слоем, и из внешнего проводника, причем во внешнем проводнике, диэлектрическом слое и внутреннем проводнике отрезка коаксиального кабеля выполнено отверстие, предназначенное для ответвления и излучения электромагнитной энергии посредством вставки (Патент РФ №2181518, Н 01 Р 03/06, H 01 В 11/18, опубл. 2002 г.).
Вставка в этом устройстве выполнена в виде винта, который при помощи резьбового соединения устанавливается во внутреннем проводнике коаксиального кабеля, а шляпка винта расположена в диэлектрическом слое коаксиального кабеля. Излучающим элементом в устройстве является отверстие наружного проводника коаксиального кабеля (такие излучающие отверстия, например, выполненные в виде щелей обычно используются в излучающих коаксиальных кабелях). Вставка служит для увеличения коэффициента ответвления, уменьшения коэффициента стоячей волны за счет введения во внутренний проводник кабеля радиальной вставки, площадь поперечного сечения которой меньше площади излучающего отверстия. Вставка позволяет скомпенсировать неоднородность внешнего проводника введением неоднородности противоположного знака. Кроме того, вставка позволяет повысить уровень и равномерность уровня излучения, благодаря изменению пути высокочастотного тока внутреннего проводника и приближения его к плоскости излучающих отверстий. Вставка может быть снабжена проводящей насадкой, изменяя положение которой можно настраиваться на минимальные величины КСВ.
Ограничениями этого технического решения являются: отсутствие адаптивности, поскольку размеры излучающих отверстий всегда выбираются исходя из заданной разработчиком конкретной частоты и уменьшить эти размеры после их выполнения в наружном проводнике уже нельзя; малая абсолютная величина и незначительный диапазон регулирования коэффициента ответвления, т.к. вставка всегда электрически соединена с внутренним проводником; неосуществимость получения минимально и максимально возможных коэффициентов ответвления при одновременной настройке и регулировке устройства для его работы в широком диапазоне частот; сложность конструкции и трудоемкость настройки из-за необходимости использования резьбового соединения винта или проводящей насадки, т.к. для регулирования положения вставки необходимо винт и проводящую насадку завинчивать-вывинчивать, поскольку эти элементы расположены внутри наружного проводника коаксиального кабеля; сложность выполнения такого устройства на уже
проложенном участке коаксиального кабеля, например, в туннеле метрополитена или в иных достаточно протяженных помещениях.
Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, который может быть получен при выполнении полезной модели, - обеспечение возможности работы устройства в широком диапазоне частот, увеличение диапазона регулирования коэффициента ответвления, упрощение конструкции и обеспечение простоты настройки и монтажа, обеспечение возможности установки устройства в любом нужном месте на ранее проложенных участках магистрального коаксиального кабеля.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном устройстве для ответвления и излучения электромагнитной энергии, содержащем отрезок коаксиального кабеля, выполненный из внутреннего проводника, окруженного диэлектрическим слоем, и из внешнего проводника, причем во внешнем проводнике, диэлектрическом слое и внутреннем проводнике отрезка коаксиального кабеля выполнено отверстие, предназначенное для ответвления электромагнитной энергии посредством вставки, согласно заявленной полезной модели вставка выполнена из отрезка изолированного провода, один конец которого установлен в отверстии, а другой конец расположен снаружи внешнего проводника отрезка коаксиального кабеля с возможностью излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- вставка была установлена с натягом с возможностью ее перемещения в отверстии для изменения коэффициента ответвления электромагнитной энергии;
- изолированный провод вставки был выполнен жестким с возможностью его поперечного расположения относительно отрезка коаксиального кабеля;
- был введен диэлектрический кожух, в котором выполнено отверстие, а расположенный снаружи внешнего проводника конец изолированного провода установлен внутри диэлектрического кожуха, при этом диэлектрический кожух установлен на внешнем проводнике отрезка коаксиального кабеля поперечно относительно него.
Указанные преимущества, а также особенности настоящей полезной модели поясняются лучшим вариантом ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 изображает продольное и поперечное сечение заявленного устройства;
Фиг.2 - то же, что фиг.1, с диэлектрическим кожухом;
Фиг.3 - зависимость КСВ от частоты.
Устройство для ответвления и излучения электромагнитной энергии (фиг.1) содержит отрезок коаксиального кабеля 1, выполненный из внутреннего проводника 2, окруженного диэлектрическим слоем 3, и из внешнего проводника 4. Во внешнем проводнике 4, диэлектрическом слое 3 и внутреннем проводнике 2 отрезка коаксиального кабеля 1 выполнено отверстие 5, предназначенное для ответвления электромагнитной энергии посредством вставки 6. Вставка 6 выполнена из отрезка изолированного провода, включающего проводник 7 и диэлектрик 8. Один конец изолированного провода установлен в отверстии 5, а другой конец расположен снаружи внешнего проводника 4 отрезка коаксиального кабеля 1 с возможностью излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство.
Вставка 6 установлена с натягом с возможностью ее перемещения в отверстии 5 (фиг.1, 2) для изменения коэффициента ответвления электромагнитной энергии.
Изолированный провод вставки 6 может быть выполнен жестким с возможностью его поперечного расположения относительно отрезка коаксиального кабеля 1.
Изолированный провод вставки 6 может быть выполнен достаточно мягким. В этом случае введен диэлектрический кожух 9, в котором выполнено отверстие 10 (фиг.2). Расположенный снаружи внешнего проводника 4 конец изолированного провода установлен внутри диэлектрического кожуха 9. Диэлектрический кожух 9 установлен на внешнем проводнике 4 (или изолирующей оболочке, на фиг.1 и 2 не показанной, выполняется обычным образом) отрезка коаксиального кабеля 1 поперечно относительно него. Диэлектрический кожух 9 выполняет функцию фиксации вставки и ее защиты от внешних воздействий.
Работает устройство для ответвления и излучения электромагнитной энергии (фиг.1) следующим образом.
В отличие от ближайшего аналога отверстие 5 во внешнем проводнике 4 не является излучающим, а служит для пропускания вставки 6 из изолированного провода внутрь отрезка коаксиального кабеля 1 и наружу.
Электромагнитная волна, распространяющаяся в отрезке коаксиального кабеля 1, возбуждает во вставке 5 - изолированном проводе, выполняющем функцию
четвертьволнового вибратора, высокочастотные токи, что в свою очередь приводит к излучению электромагнитных волн в окружающее пространство.
Согласование отрезка коаксиального кабеля 1 со вставкой 6 для заданного диапазона частот достигается выбором длины и диаметра изолированного провода, а также электрическими и геометрическими параметрами диэлектрического кожуха 9.
Коэффициент ответвления электромагнитной энергии регулируется в широком диапазоне перемещением вставки 6 и определяется глубиной погружения изолированного провода в отрезок коаксиального кабеля 1. Как видно из фиг.1 и 2, коэффициент ответвления за счет погружения вставки 6 может быть изменен от максимального величины (фиг.1) до некоторой минимальной (фиг.2).
Предельная простота конструкции и удобство монтажа обуславливают практическую значимость предлагаемого устройства. Оно может быть легко установлено на любом участке протяженного отрезка коаксиального кабеля 1. Для этого со стороны наружной поверхности отрезка коаксиального кабеля 1 высверливается отверстие 5. Диаметр отверстия 5 выбирается таким, чтобы вставка 6 из изолированного провода устанавливалась с некоторым натягом. Этим обеспечивается возможность перемещения изолированного провода в отверстии 5 для регулирования и изменения коэффициента ответвления электромагнитной энергии.
Если изолированный провод вставки 6 выполнять достаточно жестким, то возможно его поперечно расположить относительно отрезка коаксиального кабеля 1 (фиг.1), при этом каких либо поддерживающих приспособлений не требуется.
Если изолированный провод вставки 6 выполнять мягким, например, из изолированного медного провода, то вводится диэлектрический кожух 9 (фиг.2), в котором выполнено отверстие 10 под изолированной провод, чтобы можно было после перемещения зафиксировать вставку 6. Расположенный снаружи внешнего проводника 4 конец изолированного провода устанавливается внутри диэлектрического кожуха 9. Диэлектрический кожух 9 устанавливается на внешнем проводнике 4 отрезка коаксиального кабеля 1 поперечно относительно него, например, прикрепляется на изолирующей оболочке (на фиг.2 не показана) отрезка коаксиального кабеля 1 при помощи клея или стандартного герметизирующего комплекта для высокочастотных соединений.
Устройство легко настраивать на требуемую частоту путем подрезки изолированного провода, просто регулировать необходимую мощность излучения путем изменения погружения вставки 6 в отрезок коаксиального кабеля 1.
Реализуемость и эффективность заявленного устройства подтверждена экспериментально, при построении сети сотовой связи стандарта GSM-900 в Московском метрополитене.
Для улучшения качества связи в тоннелях было использовано предлагаемое устройство со следующими параметрами:
Длина вставки 6 составляла 95 мм, диаметр проводника 7-2 мм, диаметр диэлектрика 8-7 мм.
Диаметр диэлектрического кожуха 9, выполненного из полиэтилена- 10 мм.
Диаметр внешнего проводника 4 отрезка коаксиального кабеля 1-30 мм, внутреннего проводника 2-13 мм.
При погружении вставки 6 в коаксиальный кабель на 15 мм получен коэффициент ответвления минус 15 дБ. При погружении вставки 6 в коаксиальный кабель на 19 мм получен коэффициент ответвления минус 10 дБ. Коэффициент усиления излучателя составил 2 дБи, а коэффициент стоячей волны в диапазоне частот 800-960 МГц не хуже 1,15. Зависимость КСВ от частоты приведена на фиг 3.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с ближайшим аналогом большую величину излучения одного элемента, возможность оперативного управления излучаемой мощностью за счет изменения глубины погружения вставки 6 в отрезок коаксиального кабеля, совмещения функций ответвителя и излучателя непосредственно вставкой 6, а также предельную простоту конструкции и удобство монтажа в любых условиях.
Наиболее успешно заявленное устройство ответвления и излучения электромагнитной энергии может быть промышленно применимо при необходимости установки антенн в определенных местах протяженных участков магистрального коаксиального кабеля и может быть использовано при построении сети сотовой связи и беспроводного доступа в метрополитене и других больших и сложных сооружениях.