Экранирующий кожух для устройства проверки работоспособности радиостанции с штыревой антенной

Устройство относится к области радиотехники, в частности, к антенной технике.
Существует необходимость оперативной проверки работоспособности радиостанции, установленной на подвижном объекте (например, автомобиле) совместно с антенно-фидерным устройством в сложной электромагнитной обстановке (наличие в непосредственной близости аналогичных объектов), либо когда радиоизлучение недопустимо. Задача конструирования состоит в разработке электромагнитного экрана, как самостоятельного элемента, предназначенного для защиты от внешних полей и локализации излучения (см., например, «Особенности конструирования электромагнитных экранов » 17 июля 2013 available at http://alfapol.ru/osobennosti-konstruirovaniya-elektromagnitnyx-ekranov/).
Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство (экранирующая насадка для штыревой антенны с противовесом) (смотри а.с. №1467617 Н01р 1/26 опубл. 23.03.1989), содержащее корпус (экран) с опорным фланцем, прокладку с отверстием, радиальные канавки с вкладышами из намагниченного материала. Однако близкое расположение антенны, подлежащей в составе радиостанции проверке работоспособности, к корпусу насадки оказывает существенное влияние (увеличение) на коэффициент стоячей волны (КСВ) антенны, вплоть до срабатывания защиты и отключения передающего устройства радиостанции.
Задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции экранирующего кожуха для устройства проверки работоспособности радиостанции с штыревой антенной, размещенной на подвижном объекте, с уменьшенным влиянием устройства на КСВ антенны.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в экранирующем кожухе для устройства проверки работоспособности радиостанции с штыревой антенной, содержащем корпус в виде металлического цилиндра, закрепленный в нижней части цилиндра фланец с вкладышами из магнитного материала, прокладку, помещенную на внешней стороне фланца, при этом во фланце и прокладке выполнены соосные отверстия, диаметр которых соответствует диаметру основания упомянутой антенны, верхняя часть упомянутого цилиндра закрыта металлическим диском, в центре которого установлен высокочастотный зонд, по внутреннему периметру упомянутых отверстий во фланце и прокладке размещена кольцеобразная упругая пластина, а на внутренней поверхности упомянутого цилиндра нанесен слой поролона, на поверхности которого закреплен, по крайней мере, один слой радиопоглощающего материала. Предлагаемое устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства, на фиг. 2 - разрез устройства, на фиг. 3 и 4 - укрупненные виды А и Б, а на фиг. 5 представлены частотные зависимости КСВ антенны в свободном пространстве (на чертеже показана линией, образованной точками), КСВ антенны с установленным экранирующим кожухом, но без радиопоглощающего материала (на чертеже - пунктирная линия), КСВ антенны с установленным экранирующим кожухом с радиопоглощающим материалом (на чертеже - сплошная линия).
Устройство содержит корпус в виде металлического цилиндра 1. В процессе проверки, штыревая антенна 2 с основанием 3 проверяемой радиостанции помещается по оси цилиндра 1. Верхний конец цилиндра 1 закрыт металлическим диском 4, в центре которого закреплен высокочастотный зонд 5, выполняющий роль измерительной антенны. В качестве зонда используется высокочастотный соединитель типа N, например розетка NFSFL-PSB LD, с помощью которого устройство соединяется соответствующим кабелем с радиоизмерительным комплексом (например, IFR 2945А) (на чертеже не показаны) для проверки работоспособности радиостанции. Указанный высокочастотный соединитель установлен таким образом, чтобы открытая часть центрального проводника соединителя была обращена внутрь цилиндра. В нижней части цилиндра 1 закреплен фланец 6 с отверстием с вкладышами 7 из магнитного материала (например, неодимовый магнит в виде прямоугольника 15×15×3 мм с зенковкой), прокладка 8 с отверстием. Отверстия во фланце 6 и прокладке 8 соответствуют основанию 3 антенны 2. Для защиты основания 3 от механических воздействий при установке устройства на поверхность 9 объекта по внутреннему периметру отверстий фланца 6 и прокладки 8 закреплена кольцеобразная упругая пластина 10 (например, 1Ф-I-ТМКЩ-М-2 ГОСТ 7338-90). На внутреннюю поверхность цилиндра 1 нанесен развязывающий слой поролона 11 (например, пенополиуретан открытопористый марки ППУ-ЭО-130), на поверхности которого закреплен, по крайней мере, один слой 12 радиопоглощающего материала (например, немагнитный полупроводящий материал РАН-90 (ТУ-224490-157-29012159-2017) с удельной объемной проводимостью от 2,5 до 5 См/м). Металлический диск 4 в верхней части цилиндра 1 конструктивно опирается на приваренное к цилиндру 1 кольцо 13. В диске 4 выполнена специальная канавка 14, в которую вложен пустотелый профиль тип 0 из токопроводящей резины (например. (0-Strips Tubing) EXCSOO-152), обеспечивающий экранирующие свойства устройства в верхней части цилиндра. Ручка 15 предназначена для удобства установки устройства на объект.
В зависимости от параметров антенны, требований на допуск отклонения КСВ антенны от его значения в свободном пространстве, на поверхности поролона может быть закреплено два и более слоя радиопоглощающего материала РАН-90. При этом высота отдельных слоев, расстояние нижнего края отдельного слоя радиопоглощающего материала от основания цилиндра, а также расстояние верхнего края упомянутого слоя от металлического диска, количество слоев, оптимальные параметры радиопоглощающего материала РАН-90 получены моделированием с помощью пакета программ электродинамического моделирования FEKO [Feko, available at https://www.altair.com]. Под оптимальными параметрами радиопоглощающего материала понимается значение диэлектрической проницаемости ε материала, при которой достигаются минимальные значения КСВ антенны в ее рабочем диапазоне частот. Диэлектрическая проницаемость ε среды вычисляется по формуле:
где j - мнимая единица;
ω - круговая частота;
0
-12
ε - абсолютная проницаемость свободного пространства - 8,85 10 Ф/м;
σ - удельная объемная проводимость диэлектрической среды.
В процессе моделирования рассчитывались частотные зависимости параметра S11 порта (КСВ антенны) при разной высоте отдельных слоев радиопоглощающего материала, разном количестве этих слоев и разных значениях удельной объемной проводимости диэлектрической среды, моделирующей радиопоглощающий материал.
Развязывающий слой поролона необходим для того, чтобы снизить влияние металлических стенок цилиндра с нулевым импедансом на радиопоглощающие свойства немагнитного полупроводящего материала РАН-90. Металлический цилиндр обеспечивает экранирование, а отражающееся от внутренних стенок цилиндра излучение поглощается материалом РАН-90, снижая воздействие на КСВ антенны.
Эффективность предлагаемого технического решения подтверждается результатами эксперимента. На фиг. 5 представлены измеренные частотные зависимости КСВ антенны в свободном пространстве (кривая 16), КСВ антенны с установленным экранирующим кожухом, но без закрепленного радиопоглощающего материала 12 на поверхность поролона 11 (кривая 17), КСВ антенны с установленным экранирующим кожухом и закрепленным радиопоглощающим материалом 12 на поверхности поролона 11 (кривая 18).
Как видно из сравнения представленных на фиг. 5 частотных зависимостей КСВ антенны с установленным экранирующим кожухом практически не отличается от КСВ антенны в свободном пространстве (кривые 16 и 18).
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет наряду с обеспечением необходимых экранирующих свойств снизить влияние экранирующего кожуха на КСВ антенны.