ЛОКОМОТИВНАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована на железнодорожном транспорте, в частности для установки антенны на локомотив подвижного состава.
Известна антенна, которая состоит из телескопических полых звеньев, диска, проводников и барабана. Провода укреплены на диске по его периметру и проходят через отверстия в изоляторе, смонтированном в месте прохода антенны через металлический корпус объекта, на котором она установлена. Барабан соединен с вращающимся приводом вращения осевым изолятором и выполнен из изоляционного материала.
Внутренний привод фидера соединен с антенной с помощью пружинного контакта. В основании антенны установлен гидравлический или пневматический механизм раздвижения звеньев. (Авторское свидетельство №341388 H 01 Q 1/10, «Антенна», опубликовано 05.11.1973 г., бюллетень №45).
Антенна указанной конструкции не может быть использована на локомотиве подвижного состава из-за громоздкости, значительных габаритных размеров и условий очень жесткой ее эксплуатации на железнодорожном транспорте.
Известна локомотивная антенна для поездной радиосвязи, представляющая собой горизонтальный провод длиной 8-9 метров, подвешенный параллельно крыше локомотива на высоте 0,6-1 метра, один конец которого соединен с корпусом локомотива, а противоположный конец подключается через согласующееся устройство к радиостанции. Сопротивление заземленной антенны R≈0,1 Ом.
Для согласования заземленной локомотивной антенны, обладающей, например, индуктивным характером входного сопротивления, с передатчиком радиостанции широко используются антенно-согласующие устройства (АСУ). Однако его схема достаточно
сложна, а главное по различным причинам требует постоянной подстройки под частоту передатчика радиостанции (Ю.В.Ваванов, О.К.Васильев, С.И.Тропкин. Станционная и поездная радиосвязь. М., Изд-во «Транспорт», 1979 г., с.151, 165-166).
Наиболее близкой по решаемой задаче, технической сущности и достигаемому результату к заявляемой антенне является локомотивная антенна, содержащая натянутый между двумя, установленными на крыше локомотива, стойками антенный провод, заземленный одним концом на стойку, а другим с антенно-согласующим устройством, т.е. с устройством, обеспечивающим резонанс собственной частоты колебания антенны с частотой излучения передатчика радиостанции. Это устройство имеет штампованный корпус, в котором установлены: конденсатор переменный емкости, два трансформатора, миллиамперметр, резисторы, конденсаторы, переключатели. Один из трансформаторов является элементом связи с антенной. Оптимальная связь с антенной подбирается путем переключения переключателя «регулировка связи», а конденсаторы используются для обеспечения настройки антенно-согласующего устройства на максимальный ток в антенне. Настройка АСУ на максимальный ток в антенне производится по индикаторному прибору. (Техническое описание и инструкция по эксплуатации 1220.003.ТО «Радиостанция 42РТМ-А2-ЧМ», с.35, Приложение 20 «Конструкция и размещение антенны на электровозе»). Данное техническое решение принято в качестве прототипа. Однако и этой локомотивной антенне присущи следующие недостатки. Использование АСУ для обеспечения резонанса собственной частоты колебания антенны с частотой излучения передатчика радиостанции приводит к потерям мощности передатчика, а конкретно около 10-20% полезной мощности за счет его внутренних потерь на функционирование. Кроме того, требуется постоянная подстройка АСУ из-за климатических, физических и механических изменений условий эксплуатации. Имеет место и малая эффективность антенны, поскольку, например, при загрязнении орешковых изоляторов
(см. приложение 20) резко возрастает сопротивление, что обуславливает возрастание потерь в контуре, а, следовательно, и значительное снижение ее КПД.
Решение задачи заключается в принципиальном изменении конструкции локомотивной антенны, которое позволило повысить эффективность ее работы в условиях жесткой эксплуатации на железнодорожном транспорте.
Технический результат - упрощение конструкции антенны, исключение необходимости ее настройки в резонанс с передатчиком радиостанции достигается за счет того, что устройство, обеспечивающее резонанс колебаний, выполнено в виде конденсатора, помещенного в герметичный бокс, а антенный провод представляет собой пустотелый коаксиальный кабель, стенка которого состоит из токопроводящего слоя и прилегающих к нему слоев из диэлектрического материала. При этом в пустотелом пространстве кабеля размещена токопроводящая жила, один конец которой выведен наружу кабеля и закреплен неподвижно, а второй предназначен для соединения с радиостанцией локомотива. Для увеличения прочности установки антенны она снабжена, по крайней мере одной опорной стойкой, поддерживающей кабель, и выполненной из диэлектрического материала, например полиэтилена.
Имеет значение и оптимальная отстройка антенны путем выведения токопроводящей жилы наружу кабеля и закрепление ее конца на расстоянии С=0,15-0,2 длины рабочего полотна от заземленной стойки, ибо таким образом создается оптимальный резонанс настройки контура антенны.
Наиболее устойчивая работа антенны обеспечивается помещением герметичного бокса с конденсатором и опорных стоек в специальные колокола, выполненные из полиэтилена, и размещенные с зазором от крыши локомотива на 10-30 мм, чтобы при их загрязнении не создавались дополнительные помехи при приеме и передаче сигнала.
На чертеже изображена локомотивная антенна, где на фиг.1 показан ее общий вид в разрезе, а на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1.
Локомотивная антенна состоит из пустотелого коаксиального кабеля 1, закрепленного в виде скобы с помощью фланцев 2 на крыше 3 локомотива. Кабель 1 содержит расположенный в середине диэлектрического слоя 4 токопроводящий слой 5 и заземлен одним концом через фланец 2, а другим соединен с конденсатором 6, который находится в герметичном боксе 7, жестко установленном на крыше 3 локомотива. Для повышения жесткости закрепления кабеля 1, он снабжен одной или несколькими опорными стойками 8, выполненными из диэлектрического материала, например полиэтилена, и закрепленными на крыше 3 локомотива. Как герметичный бокс с конденсатором 6, так и опорные стойки 8 помещены в колокола 9, которые также выполнены из полиэтилена и установлены с зазором от крыши 3 локомотива на расстояние равном от 10 до 30 мм в зависимости от его диаметра. Диаметр колокола выбирается, исходя из необходимости изолирования стоек или бокса от воздействия неблагоприятной окружающей среды в виде пыли, дождя, снега.
В пустотелом пространстве 10 кабеля 1 размещена токопроводящая жила 11, соединенная одним концом 12 с радиостанцией 13, при этом другой ее конец 14 выведен через отверстие 15 наружу кабеля 1 и закреплен хомутом 16. Хомут 16 вместе с токопроводящей жилой 11 может перемещаться относительно кабеля 1. Диаметр D кабеля 1 выбирается в пределах 20-25 мм, а диаметр d токопроводящей жилы 11 будет составлять 4-5 мм. Хомут 16 закрепляется на кабеле 1 на расстоянии 0,15-0,2 длины рабочего полотна от фланца 2. Защитный слой 4 выполнен из полиэтилена, а токопроводящая жила 11 предпочтительно должна быть изготовлена из меди или алюминия. Конденсатор 6 может быть изготовлен из стекла или других подобных материалов. Вследствие того, что на нем присутствует высокое - киловольты - напряжение, предпочтительно использовать вакуумные бесконтактные конденсаторы.
Работа локомотивной антенны осуществляется на основе явления электромагнитного резонанса. Условие резонанса на рабочей частоте
соблюдается при равенстве емкостной и индуктивной составляющей комплексного сопротивления Z, следовательно, эту закономерность можно выразить формулой:
т.е. при
где w - рабочая частота, равная 2πf (f=2,13 МГц), L -индуктивность антенного кабеля, С - емкость компенсации.
акт
В случае параллельного резонанса R очень велико, в порядке до 10 КOм, поэтому требуемое согласование частот с помощью частично включения в антенный контур, а именно включение токопроводящей жилы 11 произведено конкретно на расстояние равное 0,15-0,2 длины рабочего полотна общей длины кабеля 1.
Конденсатор 6 компенсации является элементом конструкции антенны, поэтому его емкость С≈ 300 пФ подобрана в зависимости от длины кабеля, равной 8 метров, т.е. согласование частот радиостанции и антенны, осуществленное методом подбора точки подключения токопроводящей жилы к настроенному в резонанс антенному контуру на частоте f=2,13 МГц происходит автоматически без дополнительной настройки.
Таким образом, при поступлении сигнала со стационарной радиостанции идет автоматический его прием антенной локомотива и машинисту не требуется постоянная подстройка своей радиостанции на требуемую частоту.
Антенна подобной конструкции безопасна во время работы в предгрозовой и грозовой период, поскольку она заземлена, и может обеспечить выделение сигнала в условиях помех от статического электричества, а малая ее высота значительно снижает вероятность попадания в нее молнии.