RU2274934C1

RU2274934C1 - Active receiving antenna

Info

Publication number: RU2274934C1
Application number: RU2004132558/09A
Authority: RU
Inventors: Валентина Федоровна Шугаева (RU); Валентина Федоровна Шугаева; Сергей Николаевич Бойко (RU); Сергей Николаевич Бойко
Original assignee: Валентина Федоровна Шугаева; Сергей Николаевич Бойко
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-04-20

Abstract

FIELD: receiving, amplifying, and filtering radio signals; active receiving antennas in user's equipment.

SUBSTANCE: proposed active antenna has substrate in the form of cup-shaped ceramic package with metallized inner cavity and ledge, and antenna printed-circuit conductor coated with radio-transparent shielding layer being disposed on top of this inner cavity; it also has low-noise amplifier mounted on inner metallized surface of substrate; coaxial cable lead is passed through metallized side hole of substrate closed with cover incorporating magnet and threaded bushing, the latter being secured in ledge of substrate inner cavity; inner surface of cover is metallized.

EFFECT: enlarged width of directivity pattern, enhanced mechanical strength and reliability, minimized size of antenna.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема, усиления и фильтрации радиосигналов, в частности в качестве активной приемной антенны в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS).The invention relates to antenna technology and can be used to receive, amplify and filter radio signals, in particular as an active receiving antenna in the equipment of users of space navigation systems (GPS, GLONASS / GPS).

Известна приемная активная антенна, выполненная в виде модуля, которая содержит поликарбонатный корпус, состоящий из защитного колпака и нижней крышки с элементами крепления к проводящему экрану, усилитель с фильтрами, антенный элемент и кабель с разъемом на конце, выполненные в виде единой сборки, причем усилитель с фильтрами закрыт металлическим экраном, антенный элемент с усилителем помещен внутри модульного корпуса, кабель выведен наружу, а место выхода кабеля из корпуса обжато механически. Эта конструкция не обеспечивает достаточную механическую прочность антенны. Не обеспечивается также достаточный коэффициент усиления при углах, близких к экранной плоскости, что приводит к потере сигнала от спутников, находящихся вблизи горизонта. Антенна также недостаточно герметична в силу негерметичности мест соединения. (Motorola GPS Products - On core User's Guide Revision 5.008/30/02, сайт фирмы Motorola: http://www.motorola.com/ru/).Known active receiving antenna, made in the form of a module, which contains a polycarbonate housing, consisting of a protective cap and a bottom cover with fastening elements to the conductive screen, an amplifier with filters, an antenna element and a cable with a connector at the end, made in a single assembly, moreover, the amplifier with filters is closed by a metal screen, an antenna element with an amplifier is placed inside the modular case, the cable is brought out, and the place where the cable exits from the case is crimped mechanically. This design does not provide sufficient mechanical strength for the antenna. A sufficient gain is also not provided at angles close to the screen plane, which leads to a loss of signal from satellites located near the horizon. The antenna is also not tight enough due to leaks at the connection points. (Motorola GPS Products - On core User's Guide Revision 5.008 / 30/02, Motorola website: http://www.motorola.com/ru/).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой активной приемной антенне является приемная активная антенна, содержащая печатный проводник с керамической подложкой, малошумящий усилитель с керамическими фильтрами, коаксиальный кабель с высокочастотным соединителем на конце, крышку с элементами крепления к проводящему экрану, у которой отсутствуют крепежные отверстия в нижней крышке и при креплении активной антенны к немагнитному экрану используется дополнительно стальная переходная пластина (GPS Antenna/Rev.2.05(8/18/97) сайт фирмы Motorola: http://www.motorola.com/ru/). Однако эта антенна не обеспечивает достаточную механическую прочность и надежность в работе, а также необходимое расширение диаграммы направленности.The closest in technical essence to the proposed active receiving antenna is a receiving active antenna containing a printed conductor with a ceramic substrate, a low-noise amplifier with ceramic filters, a coaxial cable with a high-frequency connector at the end, a cover with fasteners to the conductive screen, which has no mounting holes in the bottom cover and when attaching the active antenna to a non-magnetic screen, an additional steel adapter plate is used (GPS Antenna / Rev.2.05 (8/18/97) Moto's website rola: http://www.motorola.com/ru/). However, this antenna does not provide sufficient mechanical strength and reliability in operation, as well as the necessary expansion of the radiation pattern.

В основу изобретения поставлена задача получения более широкой диаграммы направленности, повышение механической прочности антенны и надежности, а также миниатюризация антенны.The basis of the invention is the task of obtaining a wider radiation pattern, increasing the mechanical strength of the antenna and reliability, as well as miniaturization of the antenna.

Расширение диаграммы направленности обеспечивается выполнением диэлектрической подложки антенного элемента в виде стаканообразного керамического корпуса с металлизированной внутренней полостью.The expansion of the radiation pattern is ensured by the implementation of the dielectric substrate of the antenna element in the form of a cup-shaped ceramic body with a metallized internal cavity.

Механическая прочность активной антенны обеспечивается за счет выполнения диэлектрической подложки антенного элемента, одновременно являющейся корпусом активной антенны, из высокопрочной керамики с нулевым водопоглощением.The mechanical strength of the active antenna is ensured by making the dielectric substrate of the antenna element, which is also the body of the active antenna, made of high-strength ceramic with zero water absorption.

Повышение надежности антенны достигается за счет обеспечения большей герметичности антенны в местах соединения ее составных частей, в частности за счет применения резинового патрубка со специальными выступами и заливки крышки полимерным составом.Improving the reliability of the antenna is achieved by ensuring greater tightness of the antenna at the junctions of its components, in particular through the use of a rubber pipe with special protrusions and filling the cover with a polymer composition.

Миниатюризация антенны обеспечивается за счет использования диэлектрической подложки антенного элемента одновременно в качестве корпуса активной антенны и за счет исключения защитного колпака антенны. Это позволяет уменьшить габариты активной антенны и расширить рабочий диапазон частот при неизменных габаритах. В частности, заявляемая антенна при тех же габаритах, что и антенна- прототип, работающая только с сигналами GPS, обеспечивает работу с сигналами GPS и ГЛОНАСС одновременно.Antenna miniaturization is ensured by using the dielectric substrate of the antenna element simultaneously as the body of the active antenna and by eliminating the protective cap of the antenna. This allows you to reduce the size of the active antenna and to expand the operating frequency range with constant dimensions. In particular, the claimed antenna with the same dimensions as the prototype antenna, which works only with GPS signals, provides both GPS and GLONASS signals.

На чертеже представлен общий вид приемной активной антенны.The drawing shows a General view of the receiving active antenna.

Приемная активная антенна содержит антенный элемент, включающий печатный проводник 1 и диэлектрическую подложку 2 с металлизацией нижней поверхности 3, плату малошумящего усилителя 4, керамические фильтры 5, высокочастотный кабель 6 с высокочастотным соединителем 7 на конце, резиновый патрубок 8, крышку 9 с металлической пластиной 10, магнитом 11 и резьбовой втулкой 12.The receiving active antenna contains an antenna element including a printed conductor 1 and a dielectric substrate 2 with metallization of the lower surface 3, a low-noise amplifier board 4, ceramic filters 5, a high-frequency cable 6 with a high-frequency connector 7 at the end, a rubber pipe 8, a cover 9 with a metal plate 10 , magnet 11 and threaded sleeve 12.

Диэлектрическая подложка 2 антенного элемента выполнена в виде стаканообразного керамического корпуса с экранной металлизированной внутренней поверхностью 3 с уступом и металлизированным отверстием в боковой стенке, на вершине которой расположен печатный проводник 1 произвольной формы. Антенный элемент покрыт снаружи защитным радиопрозрачным слоем 13 для защиты печатного проводника от внешних воздействий.The dielectric substrate 2 of the antenna element is made in the form of a glass-shaped ceramic case with a screen metallized inner surface 3 with a step and a metallized hole in the side wall, on top of which there is a printed conductor 1 of arbitrary shape. The antenna element is coated externally with a protective radiolucent layer 13 to protect the printed conductor from external influences.

Вход малошумящего усилителя 4 электрически соединен с помощью перемычки 14 с печатным проводником 1 антенного элемента. При этом точка соединения выбирается из условия их оптимального согласования по импедансу. В схему малошумящего усилителя включены керамические фильтры 5. Плата малошумящего усилителя закреплена на металлизированной нижней поверхности диэлектрической подложки во внутренней полости стаканообразного керамического корпуса.The input of the low-noise amplifier 4 is electrically connected via a jumper 14 to the printed conductor 1 of the antenna element. In this case, the connection point is selected from the condition of their optimal matching by impedance. Ceramic filters 5 are included in the low-noise amplifier circuit. The low-noise amplifier board is mounted on the metallized lower surface of the dielectric substrate in the inner cavity of the glass-like ceramic case.

Высокочастотный кабель 6 служит для соединения выхода малошумящего усилителя 4 с приемным устройством. Один конец высокочастотного кабеля пропущен через резиновый патрубок 8 и распаян к выходу платы малошумящего усилителя, а на другой конец припаян высокочастотный соединитель 7.High-frequency cable 6 is used to connect the output of low-noise amplifier 4 with the receiving device. One end of the high-frequency cable is passed through the rubber pipe 8 and soldered to the output of the low-noise amplifier board, and the high-frequency connector 7 is soldered to the other end.

Резиновый патрубок 8 имеет специальные выступы, плотно вставлен в металлизированное отверстие керамического корпуса и служит для уплотнения вывода высокочастотного кабеля 6 из металлизированной внутренней полости керамического корпуса.The rubber pipe 8 has special protrusions, is tightly inserted into the metallized hole of the ceramic body and serves to seal the output of the high-frequency cable 6 from the metallized internal cavity of the ceramic body.

Крышка 9 в основе своей выполнена путем свободной заливки заподлицо с нижней плоскостью керамического корпуса пространства, образованного металлической пластиной 10, краями уступа керамического корпуса и боковой поверхностью кольцевого магнита 11, вмонтированного по центру крышки, полимерным составом, за счет чего получается герметичное соединение крышки со стаканообразным керамическим корпусом.The cover 9 is basically made by free pouring flush with the lower plane of the ceramic housing of the space formed by the metal plate 10, the ledges of the ceramic housing and the side surface of the ring magnet 11 mounted in the center of the cover, with a polymer composition, due to which a tight connection of the cover with a glass-like ceramic case.

Внутри кольцевого магнита расположена резьбовая втулка 12, которая имеет внешний диаметр, меньший внутреннего диаметра кольцевого магнита, выполнена из магнитного материала и служит одновременно его сердечником.A threaded sleeve 12 is located inside the annular magnet, which has an outer diameter smaller than the inner diameter of the annular magnet, is made of magnetic material and serves as its core at the same time.

Магнит кольцевой формы 11 и резьбовая втулка 12 служат для крепления активной антенны к проводящему экрану 15. Крепление с помощью резьбовой втулки 12 применяется, если проводящий экран выполнен из немагнитного материала, а с помощью магнита 11 - если проводящий экран выполнен из магнитного материала. В последнем случае кольцевой магнит 11 с резьбовой втулкой 12 из магнитного материала образуют так называемый "магнитный замок" с проводящим экраном 15.An annular magnet 11 and a threaded sleeve 12 are used to attach the active antenna to the conductive screen 15. Mounting with the threaded sleeve 12 is used if the conductive screen is made of non-magnetic material, and with the magnet 11 if the conductive screen is made of magnetic material. In the latter case, the annular magnet 11 with a threaded sleeve 12 of magnetic material form the so-called "magnetic lock" with a conductive screen 15.

При падении электромагнитной волны на антенный элемент с широкой диаграммой направленности, образованный печатным проводником 1 и диэлектрической подложкой 2 с металлизацией нижней поверхности 3, в последнем возникают высокочастотные колебания, порождающие высокочастотные токи на токопроводящих поверхностях антенного элемента.When an electromagnetic wave is incident on an antenna element with a wide radiation pattern formed by a printed conductor 1 and a dielectric substrate 2 with metallization of the lower surface 3, high-frequency oscillations occur in the latter, generating high-frequency currents on the conductive surfaces of the antenna element.

Расширение диаграммы направленности происходит за счет приподнимания антенного элемента над экранной плоскостью 15. Достигается это путем выполнения диэлектрической подложки с металлизированной нижней поверхностью в виде "стакана", на вершине которого и располагается печатный проводник 1 произвольной формы. Наличие диэлектрического слоя на боковой поверхности "стакана" дает дополнительный эффект по расширению диаграммы направленности.The radiation pattern is expanded by raising the antenna element above the screen plane 15. This is achieved by making a dielectric substrate with a metallized lower surface in the form of a "glass", on top of which there is a printed conductor 1 of arbitrary shape. The presence of a dielectric layer on the side surface of the "glass" gives an additional effect on the expansion of the radiation pattern.

Через перемычку 14 высокочастотный ток, возникающий в печатном проводнике 1, поступает на вход малошумящего усилителя 4, который расположен внутри замкнутого объема, образованного металлизированной внутренней полостью керамического корпуса и металлизированной крышкой 9, и изолирован от прямого воздействия падающей электромагнитной волны. В малошумящем усилителе сигнал усиливается, фильтруется с помощью встроенных фильтров и поступает на высокочастотный кабель 6 с высокочастотным соединителем 7, который в свою очередь соединен с входом приемного устройства.Through the jumper 14, the high-frequency current arising in the printed conductor 1 is supplied to the input of a low-noise amplifier 4, which is located inside a closed volume formed by a metallized internal cavity of the ceramic body and a metallized lid 9, and is isolated from direct exposure to an incident electromagnetic wave. In a low-noise amplifier, the signal is amplified, filtered with the help of built-in filters and fed to a high-frequency cable 6 with a high-frequency connector 7, which in turn is connected to the input of the receiving device.

Claims

1. A receiving active antenna comprising an antenna element made in the form of a printed conductor with a ceramic substrate, a low-noise amplifier with ceramic filters, a coaxial cable with a high-frequency connector at the end, a cover with fastening elements to the conductive screen, characterized in that the antenna element substrate is made in in the form of a glass-shaped ceramic case with a metallized internal cavity with a ledge, on top of which there is a printed conductor of the antenna element, covered with a protective an adi-transparent layer, while the low-noise amplifier is located on the lower metallized surface of the substrate in the inner cavity of the ceramic body, and the output of the coaxial cable is laid through the lateral metallized hole of the substrate, closed by an inside metallized lid with a magnet and a threaded sleeve, which is fixed in the ledge of the inner cavity of the substrate.

2. The receiving active antenna according to claim 1, characterized in that the cable outlet through a metallized hole is equipped with a rubber pipe with protrusions.