ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ АНТЕННЫ

Полезная модель относится к приемопередающей и измерительной технике и может быть использована для отладки программного обеспечения систем передачи данных, использующих радиоканал, а также при проведении ремонтно-восстановительных и регламентных работ в устройствах радиотелефонной связи.
Из уровня техники известен эквивалент несимметричных антенн (Авторское свидетельство №396768 от 29.08.1973 г.), содержащий резистор, заключенный в металлический экран экспоненциальной формы, перестраиваемый параллельный колебательный контур, соединенный через индуктивность со вторым перестраиваемым параллельным колебательным контуром, соединенным с высокочастотным разъемом через катушку индуктивности, что дает возможность имитировать входные сопротивления антенн в широком диапазоне частот с заданной точностью, при этом все спиральные катушки индуктивности заключены в металлические экраны цилиндрической формы. Тепло, выделяемое вследствие поглощения резистором высокочастотной активной мощности, удаляется путем принудительной приточной вентиляции. Эквивалент несимметричных антенн обеспечивает возможность точного воспроизведения входного импеданса антенны в диапазоне рабочих частот.
Недостатком данного эквивалента несимметричных антенн является возможность подключения к устройству одного передатчика, необходимость изменения резонансных частот параллельных контуров в рабочем диапазоне частот, частотная зависимость воспроизводимого входного импеданса от частоты в пределах одной настройки,
необходимость активной приточной вентиляции внутреннего объема металлического экрана экспоненциальной формы, содержащего резистор.
Из уровня техники известен настраиваемый эквивалент антенны (Авторское свидетельство РФ №2071224, 1996 г.), содержащий последовательно соединенные перестраиваемые реактивную и активную цепи, первый и второй коммутаторы, измерительный мост и блок контроля тока. При этом входы блока контроля тока связаны с выходами измерительного моста, подключенными к первым входам первого и второго коммутаторов, соответственно, а выход второго коммутатора связан с входом перестраиваемой реактивной цепи. Выход первого коммутатора подключен к антенной клемме, вторые входы первого и второго коммутаторов связаны с зажимом для подключения передатчика, причем вход измерительного моста соединен с клеммой для источника сигнала, и два его плеча выполнены в виде равных постоянных активных сопротивлений. Настраиваемый эквивалент антенны имеет перестраиваемую реактивную цепь, выполненную в виде П-образного колебательного контура, и активную цепь в виде дискретно изменяемого активного сопротивления.
Недостатком настраиваемого эквивалента антенны является возможность подключения к устройству одного передатчика и необходимость осуществления переключения реактивных цепей при работе эквивалента во всем диапазоне рабочих частот.
Наиболее близкой к заявляемому широкополосному эквиваленту антенны является эквивалентная нагрузка с измерительным выходом (К.Ротхаммель, Антенны, том 2, 2005 г.), которая и выбрана в качестве прототипа. Эквивалентная нагрузка выполнена в виде безиндуктивного мощного 50-омного резистора, в которой часть радиочастотного
напряжения отбирается для измерений через связанную линию. Эквивалентная нагрузка имеет два высокочастотных разъема, обеспечивающих подключение одного внешнего устройства по радиочастотному входу или по измерительному входу. Мощный резистор и связанная линия с согласующим резистором заключены в экранирующий корпус цилиндрической формы, выполненный из бронзы. Согласующая линия выполнена в виде двух или трехпроводной металлической петли, расположенной параллельно мощному безиндукционному резистору. Часть радиочастотного напряжения отбирается через связанную линию и поступает на измерительный разъем для последующих радиочастотных измерений.
К недостаткам эквивалентной нагрузки с измерительным выходом можно отнести работу эквивалентной нагрузки в относительно узкой полосе рабочих частот, что вызвано влиянием распределенной паразитной емкости между резистивным слоем мощного резистора и внутренней поверхностью экранирующего корпуса, а также частотную зависимость степени ослабления сигнала на измерительном разъеме, вследствие емкостной связи между связанной линией и резистивным слоем мощного резистора, и невозможность подключения к устройству более одного приемопередатчика.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик, а именно, возможность использования в широком диапазоне частот без подстройки входящих в устройство элементов, и возможность одновременного независимого подключения двух приемопередатчиков к одному эквиваленту антенны, а также возможность получения фиксированного ослабления сигналов (развязки) от обоих взаимно противоположных каналов при проведении измерений радиочастотных выходных параметров приемопередатчиков.
Технический результат достигается за счет того, что широкополосный эквивалент антенны содержит корпус, первый резистор, первый и второй высокочастотные разъемы. Причем в него дополнительно введены второй резистор, идентичный первому, резистор связи, первая и вторая согласованные полосковые линии, печатная плата, на которой размещены все элементы, при этом первый и второй резисторы одним из выводов соединены между собой, а также каждый из них электрически параллельно соединен, соответственно, с первым и вторым высокочастотными разъемами посредством первой и второй согласованных полосковых линий, а резистор связи подключен между вторыми выводами первого и второго резисторов, причем первый и второй высокочастотные разъемы, обеспечивающие возможность одновременного независимого подключения двух приемопередатчиков к одному эквиваленту антенны, закреплены на корпусе, являющемся теплоотводом, внутри которого установлена и закреплена печатная плата.
Конструкция предлагаемого широкополосного эквивалента антенны представлена на рисунке, где
1 - первый резистор,
2 - второй резистор,
3 - первый высокочастотный разъем,
4 - второй высокочастотный разъем,
5 - первая полосковая линия,
6 - вторая полосковая линия,
7 - резистор связи,
8 - печатная плата,
9 - корпус.
Основой широкополосного эквивалента антенны являются два идентичных мощных безиндукционных пленочных резистора (первый и
второй) 1, 2, каждый из которых электрически параллельно соединен соответственно с первым и вторым высокочастотными разъемами 3, 4 байонетного типа посредством первой и второй согласованных полосковых линий 5, 6. При этом осуществляется возможность одновременного независимого подключения двух приемопередающих устройств к одному широкополосному эквиваленту антенны при обеспечении активного входного сопротивлении в широкой полосе частот по каждому из входов устройства. Первая и вторая полосковые линии 6, 7 выполнены на печатной плате 8 из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и имеют волновое сопротивление, равное омическому сопротивлению первого и второго резисторов 1, 2, что обеспечивает малое и стабильное значение коэффициента стоячей волны в широкой полосе рабочих частот. Для обеспечения фиксированного калиброванного ослабления высокочастотных сигналов между сигнальными входами используется резистор связи 7. Первый резистор 1, второй резистор 2 и резистор связи 7 образуют аттенюатор П-типа. Сопротивление резистора связи 7 определяет необходимую степень развязки обоих входных каналов, что позволяет использовать устройство для эмуляции радиоканала без перегрузки приемных трактов приемопередатчиков радиостанций и радиомодемов. Печатная плата 8 размещена и закреплена внутри корпуса 9, изготовленного из алюминиевого сплава (например, марки АМЦ) и выполняющего одновременно роль теплоотвода. Первый и второй высокочастотные разъемы 4, 5 устанавливают на крышке корпуса 9, и закрепляют посредством резьбовых соединений.
С целью получения независимости входных сопротивлений широкополосного эквивалента антенны от частоты, по каждому из двух входов должно выполняться следующее условие:
вх1
вх2
w
R=RZ=(75/√ε)ln[6D/(0.75B+d)+0.075B/D]
(Э.Рэд, Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике, 1990 г.), где:
w
Z - волновое сопротивление полосковых линий,
D - толщина диэлектрика фольгированного материала,
В - ширина проводника полосковой линии,
D - толщина проводника полосковой линии,
Е - диэлектрическая проницаемость.
w
вх1
вх2
Пример. Полосковые линии выполнены на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2Н-35Г без удаления фольги с противоположной стороны. Для фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2Н-35Г, имеющего ε≈6.5, толщину диэлектрика В=2 мм при ширине полосковых линий В=3 мм, обеспечивается волновое сопротивление Z≈50 Ом=R=R в полосе частот 0-500 МГц при значении коэффициента стоячей волны, менее 1.2.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Источники высокочастотного сигнала подключаются к высокочастотным разъемам 3, 4 посредством внешних коаксиальных кабелей, имеющих волновое сопротивление 50 Ом. Вся выходная мощность передатчика выделяется практически полностью на мощных резисторах 1, 2 в виде тепла, которое рассеивается теплоотводом в окружающее пространство. Благодаря использованию согласованных полосковых линий 5,6 входное сопротивление эквивалента антенны носит практически активный характер. При равенстве волнового сопротивления внешнего коаксиального кабеля и входного сопротивления широкополосного эквивалента антенны обеспечивается минимальный уровень стоячих волн в коаксиальном кабеле, что в свою очередь позволяет получить
минимальное затухание сигнала, отсутствие паразитных резонансов и монотонность частотной характеристики.
Таким образом, широкополосный эквивалент антенны позволяет осуществить возможность использования в широком диапазоне частот без подстройки входящих в него элементов, возможность одновременного независимого подключения двух приемопередатчиков к одному эквиваленту антенны, а также возможность получения фиксированного ослабления сигналов (развязки) от двух взаимно противоположных каналов при проведении измерений радиочастотных выходных параметров приемопередатчиков.