Излучающий коаксиальный кабель для контроля антенн в проводящих средах. Кабель излучающий

Излучающие кабели-антенны

29.07.2015 – Кому может понадобиться кабель, который работает, как антенна? Ведь столько исследований и разработок было направлено на усовершенствование экранированных кабелей именно для того, чтобы этого избежать! Однако, как показывает практика, в ряде случаев использование излучающего кабеля в качестве антенны для систем промышленной связи имеет свои значительные преимущества. Наиболее часто излучающие кабели применяют для передачи сигналов к оборудованию, движущемуся по заданному пути. Они заменяют контактные кольца во вращающихся устройствах и обеспечивают передачу четкого радиосигнала в тех местах, где преграды или особенности расположения цехов предприятия затрудняют работу традиционной антенны в пределах прямой видимости. Что же из себя представляет излучающий кабель?

Излучающий кабель – это длинная гибкая антенна, оснащенная пазами для передачи радиосигналов, которая устанавливается в углах, вдоль монорельсовых систем и туннелей и используется для распространения сигналов и передачи данных в тех условиях, когда работа традиционной антенны неэффективна или невозможна. Поскольку излучающий кабель можно установить в нескольких сантиметрах от места приема сигнала, это позволяет избежать создания помех другому, находящемуся в заводском цеху, оборудованию. Кроме того, в продаже представлены кабели различной длины, соответствующие требованиям большинства сфер применения.

В обычном коаксиальном кабеле металлический экран, в котором находится сигнальный провод, изолирует передаваемые по кабелю сигналы от электромагнитных волн, существующих в окружающем пространстве. Это помогает поддерживать мощность передаваемого по кабелю сигнала и защитить этот сигнал от интерференционных радиопомех, вызываемых находящимся в вблизи кабеля радиочастотным оборудованием. Без этого экрана кабель работает как антенна, т. е. передает переносимый им сигнал также и в окружающее пространство, и принимает радиоволны от других радиочастотных устройств. Те, кто помнит старое аналоговое телевидение, наблюдали данное явление, при котором на экране появлялись «призрачные» картинки при просмотре некоторых каналов. Вместе с видеосигналом, транслируемым кабельной компанией по коаксиальному кабелю, мы получали также видеосигнал, который ловил коаксиальный кабель, действующий как антенна, т.е. по беспроводному каналу. В этом случае к нежелательным последствиям приводило недостаточное экранирование коаксиального кабеля.

Тот же принцип, благодаря которому мы раньше получали расплывчатую картинку на экране телевизора, лег в основу создания кабеля, используемого для целенаправленного излучения сигнала. Такой кабель называется излучающим кабелем или излучающим фидером. Разница между излучающим кабелем и плохо экранированным телевизионным кабелем заключается в том, что экран на излучающем кабеле выполнен со специальными установочными пазами, позволяющими передавать сигналы определенной частоты. Таким образом, данные кабели настраиваются на частоту оборудования, к которому они подключены. Кабельный экран продолжает блокировать нежелательные радиочастоты, но при этом позволяет излучать и принимать сигналы определенной требуемой частоты. Именно это и заставляет кабель работать, как настроенная в резонанс антенна.

Точная передача радиосигналов в заводских условиях

Еще одним преимуществом излучающих кабелей является их способность очень точно направлять в пространстве излучаемую радиочастотную мощность. На заводах все чаще используются устройства беспроводной связи, а это означает, что заводские цеха насыщены радиоволнами примерно одной и той же частоты. Это становится настоящей проблемой для машиностроительных предприятий, на которых широко используется беспроводная связь. Излучающий кабель - это решение, позволяющее различным автоматизированным устройствам нормально сосуществовать в переполненном радиочастотами пространстве, не создавая друг другу интерференционных радиопомех. Это становится возможным благодаря тому, что излучающий кабель передает радиосигнал в строго определенном направлении, и ему требуется лишь то небольшое количество энергии, которое позволяет радиосигналу достичь следующей антенны, находящейся на относительно фиксированном расстоянии. В то время, когда общая беспроводная сеть на заводе перегружена передаваемыми радиосигналами, автоматизированное оборудование, использующее новые технологии беспроводной передачи данных, работает тихо и эффективно.

Это преимущество особенно ценно для вращающегося оборудования, в котором контактные кольца традиционно применялись для передачи сигналов с модулей ввода-вывода, находящихся на подвижной части машины к контроллеру на ее неподвижной части. Такие контактные кольца достаточно дороги и требуют повышенных эксплуатационных расходов, связанных с регулярным техническим обслуживанием. И даже в этом случае их скорость передачи данных оставляет желать лучшего из-за помех, создаваемых скользящими по кольцу контактами. В таких случаях, тем не менее, также могут применяться традиционные решения по беспроводной связи, но зачастую движение машины создает преграду для радиосигнала, из-за чего требуется установка более мощных антенн, что в итоге приводит к высокому уровню радиочастотных помех. Излучающий кабель используется в данных областях для передачи четкого устойчивого сигнала, направленного на вращающеюся антенну, без интерференционных помех другим беспроводным системам.

Гибкость

Преимущества излучающего кабеля заложены в присущей ему гибкости. Излучающий кабель, как и любой другой кабель, можно проложить практически по любой траектории для подачи радиосигналов в те места, которые антенны просто не могут охватить. На заре своего появления излучающие кабели применялись работниками службы неотложной помощи внутри авто- и железнодорожных туннелей для обеспечения одновременной двусторонней радиосвязи. На промышленных предприятиях существует много труднодоступных мест, будь то настоящие туннели, или «радиочастотные туннели», создаваемые преградами. Примером может служить склад, в котором металлические стеллажи и товары на этих стеллажах могут стать преградой или отразить сигнал, излучаемый традиционной антенной. Излучающие кабели могут быть установлены вдоль проходов между стеллажами для обеспечения подачи устойчивого сигнала в требуемую точку.

Обзор

Излучающий кабель обладает рядом уникальных преимуществ, способных решить определенные проблемы при промышленной связи. Излучающий кабель обеспечивает устойчивую передачу данных на большие расстояния, может быть адаптирован для передачи сигнала в труднодоступные места и снижает уровень радиочастотной нагрузки за счет подачи радиосигнала точно в требуемую зону. Данные преимущества имеют особую ценность для тех областей применения, которые предполагают движение оборудования по предварительно заданному пути, где покрытие площади объекта вызывает особые трудности, и в которых передача сигналов на вращающееся оборудование выполняется посредством контактных колец. При выборе и установке компонентов системы излучающих кабелей, имеет смысл, немного разобравшись в этом вопросе, получить консультацию у поставщика промышленного радиочастотного оборудования, в результате чего Вы сможете создать на базе излучающего кабеля надежную систему связи, пригодную для работы в самых суровых промышленных условиях.

Имея большой опыт и признанную репутацию в области протоколов передачи данных и построения беспроводных сетей для систем промышленной автоматизации, компания ProSoft Technology специализируется на оборудовании для беспроводной связи промышленного назначения, автономных шлюзах с преобразованием протоколов и предназначенных для использования в составе программируемых логических контроллеров (ПЛК) коммуникационных и/или прикладных модулях. За последние 20 лет номенклатура продукции ProSoft Technology расширилась до более чем 400 изделий, поддерживается более 60 промышленных протоколов. ProSoft Technology выпускает продукцию под следующими брендами: inRAx® (для компании Rockwell Automation) и ProTalk® (для компании Schneider Electric) для коммуникационных и/или прикладных модулей, предназначенных для использования в составе ПЛК; ProLinx® для шлюзов промышленного назначения и RadioLinx® для радиомодулей промышленного назначения.

По материалам ProSoft Technology

ua.automation.com

Излучающий коаксиальный кабель

Использование: системы радиосвязи в экранированных помещениях, например туннелях. Сущность изобретения: в излучающем коаксиальном кабеле с гофрированной поверхностью в каждой впадине гофрированной поверхности выполнены эллиптические поверхности, которые расположены вдоль кабеля до логарифмически-нормальному закону. Обеспечивается уменьшение потерь в кабеле и повышение качества приема. 2 ил.

Изобретение относится к технике кабельных линий связи, в частности к коаксиальным радиочастотным линиям, и может быть использовано в системах радиосвязи в закрытых помещениях. Известен ряд систем, использующих коаксиальный ВЧ кабель с утечкой для радиосвязи экранированных помещений.

Известна система связи для подземных объектов, в которой применяют в качестве стационарной антенны коаксиальный кабель с регулярно расположенными по длине щелями для открытого излучения. В системе используют частотную модуляцию, ее испытывали в протяженном железнодорожном туннеле, где затухание сигнала составило 35 дБ/км. Juzuki Tadashe "Huxon kori кайси. I. Mining and Met. Iusf. Jap, 1985, N 1172, 575-578 (яп. ) Известна система многоцелевой связи в туннеле. В пожарозащищенном отсеке туннеля проложен коаксиальный кабель диаметром 28 мм с интервалом 60 м, в кабеле выполнены на равном расстоянии друг от друга излучающие вырезы возбуждения, выходящие в транспортные отсеки. De Keyser Raphael, Deryck Louis- Hyllin Heuri "Ann. nines Bely", 1984, N 5-6, 199-206. (анг. ) Известен излучающий коаксиальный кабель для систем радиосвязи в закрытых зонах (патент Франции N 2594601, кл. H 01 Q 13/20, 25.11.87). Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является излучающий коаксиальный кабель с повышенной устойчивостью к возгоранию (заявка ЕПВ N 0308111, кл. H 01 Q 13/20, от 22.03.89. ) Излучающий кабель состоит из вспененного диэлектрического материала и обладает повышенной устойчивостью к возгоранию благодаря введению инертной ленты между гофрированным перфорированным внешним проводником и наружным кожухом, окружающим проводник. Кабель содержит центральную жилу и внешний проводник, имеющий гофрированную поверхность, в каждой впадине которой вырезаны эллиптические отверстия. Недостатками как аналогов, так и прототипа является то, что расположение отверстий во впадинах гофрированной поверхности внешнего проводника носит равномерный характер, что снижает переизлучающую способность кабеля и приводит к снижению устойчивости связи в экранированных помещениях, поскольку электромагнитное поле стороннего излучателя (например, портативной радиостанции) внутри экранированного помещения испытывает сильные изменения по амплитуде и фазе по мере перемещения радиостанции на небольшие расстояния порядка длины волны относительно кабеля с утечкой из-за многолучевости распространения, возникающего за счет переотражений от экранирующих стен и различных металлических конструкций, внутри помещения. В результате многолучевости точка приема, соответствующая заданной (по критерию качества радиоприема у корреспондента) амплитуде наведенного на кабель напряжения передаваемого сигнала будет перемещаться по длине кабеля нерегулярно и не всегда будет совпадать с размерно расположенными отверстиями внешней оболочки, что приводит к увеличению потерь распространения сигнала и в конечном счете к срыву радиосвязи. Целью изобретения является повышение переизлучающей способности кабеля и повышение надежности радиосвязи между корреспондентами, находящимися в экранированных помещениях. Цель достигается тем, что эллиптические отверстия во впадинах гофрированной оболочки кабеля на длине кабеля в пределах экранированного помещения располагаются случайным образом в соответствии с логарифмическим нормальным законом распределения вероятностей. На фиг. 1 схематически показан предлагаемый кабель; на фиг. 2 - расположение эллиптических отверстий. Кабель имеет центральную жилу 1, гофрированную оболочку 2, эллиптические отверстия 3, наполнитель 4. В результате расположения отверстий по логарифмически нормальному закону распределения вероятностей, вероятность совпадения перемещающейся точки приема заданного качества с отверстиями увеличивается, так как распределение уровней наведенных напряжений в фиксированной точке приема внутри экранированных помещений также подчиняется логарифмически нормальному закону распределения вероятностей, поскольку значение наведенного напряжения как случайной величины является результатом умножения большого числа коэффициентов передачи напряжения сигнала, обусловленных наличием экранирующих стен, металлических конструкций внутри помещения и перемещением радиостанции. Поскольку законы распределения вероятностей точки приема и расположения отверстий оказываются согласованными, то снижаются потери распространения сигнала из-за увеличения вероятности совпадения точек приема и отверстий при перемещении радиостанции внутри экранированного помещения. Технико-экономическая эффективность заключается в том, что потери в кабеле снижаются по экспериментальным данным в среднем на 20 дБ, что позволяет уменьшить мощность портативной радиостанции ее габариты, питание и т. д. Излучающий коаксиальный кабель может быть использован в системах связи внутри кораблей, зданий, туннелей, шахт и т. д.

Формула изобретения

ИЗЛУЧАЮЩИЙ КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ, содержащий центральную жилу и внешний проводник, имеющий гофрированную поверхность, в каждой впадине которой выполнены эллиптические отверстия, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь при работе в экранированном помещении, эллиптические отверстия расположены вдоль излучающего коаксиального кабеля в соответствии с логарифмически-нормальным законом распределения вероятностей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в различных радиосистемах, в частности в системах приема спутникового телевидения

Изобретение относится к радиотехнике

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи для приема сигналов спутникового телевидения

Изобретение относится к области сверхширокополосных антенн СВЧ-диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток систем связи, сверхширокополосной радиолокации и метрологии

Изобретение относится к сверхширокополосным антеннам СВЧ-диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток систем связи, сверхширокополосной радиолокации, радиоконтроля и метрологии

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других антенных системах, размещенных на летательных аппаратах

Изобретение относится к излучающей коаксиальной антенне (10), содержащей внутренний проводник (1), диэлектрик (2) вокруг внутреннего проводника (1) и первый экранирующий проводник (4), расположенный вокруг диэлектрика (2), первый экранирующий проводник имеет отверстия (41), распределенные в продольном направлении внутреннего проводника (1), и приспособленные так, что электромагнитная энергия проходит через отверстия (41)

Изобретение относится к радиотехнике, к антенно-фидерной технике и может быть использовано в качестве делителя мощности или сумматора мощности, а также для построения антенн с линейной системой излучателей

Изобретение относится к антенной технике

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в приемопередающих системах радиосвязи различного назначения в том числе спутникового телевидения и связи

www.findpatent.ru

Излучающий коаксиальный кабель

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения бесконтактной связи с абонентами и в качестве излучателя в системах антенн. Задача изобретения состоит в уменьшении коэффициента стоячей волны и повышении уровня и равномерности излучения. Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями. Новым в излучающем кабеле является то, что внутренний проводник содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводником, соосно с отверстиями. Площади поперечных сечений проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий. А формы поперечных сечений и ориентация проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий. Кроме того, радиальные проводящие вставки могут быть снабжены проводящими насадками, имеющими с ними электрический контакт и возможность продольного перемещения вдоль вставок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения бесконтактной связи с абонентами, и в качестве излучателя в системах контроля антенн.

Известен излучающий коаксиальный высокочастотный кабель (см. заявку ЕПВ 643438, МКИ Н 01 Q 13/20), содержащий центральный проводник, окруженный слоем диэлектрика, и внешний проводник с отверстиями в форме щелей, расположенных перпендикулярно по отношению к оси кабеля, причем щели образуют группы, которые различаются по количеству щелей на единицу длины кабеля. При увеличении длины кабеля для формирования равномерного распределения уровня мощности излучения с увеличением длины кабеля частота нанесения щелей увеличивается. Недостатком этого излучающего кабеля является появление множества отраженных волн от неоднородностей в виде щелей и, следовательно, сравнительно высокий коэффициент стоячей волны К. Повышение уровня отраженных волн затрудняет согласование кабеля с передатчиком и нарушает равномерность первичного поля излучения кабеля. Известна коаксиальная линия передачи (а. с. СССР 556523, МКИ Н 01 Р 3/06), содержащая изолирующие опоры, выполненные в виде симметрично расположенных радиальных диэлектрических стержней, которые установлены между внутренним и внешним проводниками, имеющими углубления на внутренней поверхности в месте размещения опор. В каждом диэлектрическом стержне выполнено осевое отверстие, в котором установлен, с возможностью продольного перемещения, металлический вкладыш, имеющий электрический контакт с внешним проводником линии. Диэлектрические стержни закрепляются в отверстиях внешнего проводника и фиксируются втулками, сквозь которые вводятся металлические вкладыши. При настройке линии глубина введения металлических вкладышей регулируется на минимум отражений. Размеры углублений на внутренней поверхности внешнего проводника линии в месте размещения опор выбираются такими, чтобы происходила перекомпенсация вносимой в линию параллельной емкости диэлектрических стрежней последовательной индуктивностью углублений. Тогда при введении металлических вкладышей в осевые отверстия диэлектрических стержней можно получить полную компенсацию последовательной индуктивности углублений суммарной емкостью диэлектрических стержней и металлических вкладышей. Конструктивные решения метода компенсации неоднородностей с помощью проводящих вкладышей, имеющих электрический контакт с внешним проводником, примененный в данном изобретении, не позволяет использовать такую линию в качестве излучающего кабеля, так как проводящие вкладыши полностью экранируют излучение. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является излучающий высокочастотный коаксиальный кабель, описанный в патенте США 3870977, МКИ Н 01 Q 13/22, Н 01 Р 3/06 (опубл. 31.08.1983), который мы принимаем за прототип. В соответствии с патентом США 3870977 излучающий коаксиальный кабель содержит центральный проводник; диэлектрический слой, в котором расположен центральный проводник, а также, как минимум, один искажающий поле элемент, частично покрывающий поверхность диэлектрического слоя, расположенный под углом относительно центрального проводника, и отличающийся по проводимости от диэлектрического слоя; внешний проводник с отверстиями и излучающий экран. Внешний проводник и излучающий экран имеют электрический контакт с искажающим поле элементом. Размеры отверстий экрана и внешнего проводника оставляют открытыми часть искажающего поле элемента и диэлектрического слоя. Благодаря введению искажающего поле элемента удается повысить поле излучения кабеля без увеличения размеров отверстия, но при этом увеличивается вносимая неоднородность. Недостатком кабелей, описанных в заявке ЕПВ 643438 и патенте США 3870977 является наличие нескомпенсированных неоднородностей, обусловливающих появление отраженных волн, что приводит к повышению коэффициента стоячей волны и искажению первичного поля излучения кабеля. Задачей настоящего изобретения является уменьшение коэффициента стоячей волны и повышение уровня и равномерности излучаемой мощности. Поставленная задача решается таким образом, что в излучающем коаксиальном кабеле, состоящем из внутреннего проводника, слоя изоляции, окружающего внутренний проводник, и внешнего проводника с отверстиями, согласно изобретению, внутренний проводник содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками, соосно с отверстиями, причем площади поперечных сечений проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий, а формы поперечных сечений и ориентация проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий (вариант 1). С целью обеспечения удобства настройки, для полной компенсации последовательной эквивалентной индуктивности Lэ отверстий параллельной эквивалентной емкостью Сэ проводящих вставок, может быть предложена модификация излучающего коаксиального кабеля, в которой радиальные проводящие вставки снабжены проводящими насадками, имеющими возможность продольного перемещения вдоль вставок и регулирующих геометрическую длину вставок и, следовательно, их эквивалентную параллельную емкость Сэ (вариант 2). Такое конструктивное решение излучающего коаксиального кабеля позволяет одновременно решить две задачи: во-первых, обеспечить компенсацию неоднородностей внешнего проводника в виде последовательно включенных эквивалентных индуктивностей, внесенной неоднородностью внутреннего проводника в виде параллельно включенных емкостей проводящих вставок и, тем самым, обеспечить постоянство волнового сопротивления Zв вдоль кабеля и, во-вторых, увеличить излучение из отверстий внешнего проводника благодаря повышению напряженности электромагнитного поля вблизи отверстий при приближении высокочастотных токов центрального проводника, протекающих по поверхности проводящих вставок. Выполнение проводящих вставок с меньшей площадью поперечных сечений, чем площади соответствующих отверстий, а формой поперечных сечений и ориентацией проводящих вставок, совпадающих с формой и ориентацией соответствующих отверстий, позволяет уменьшить эффект экранирования краями отверстий полей излучения токов, протекающих по верхним поверхностям проводящих вставок и, следовательно, обеспечить максимально возможное поле излучения при наименьших площадях поперечных сечений проводящих вставок. Оснащение вставок проводящими насадками, имеющими возможность перемещаться вдоль вставок и регулировать их длину, позволяет изменять эквивалентную емкость и настраивать кабель на минимум отражений, т.е. на минимум коэффициента стоячей волны. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна": существенные признаки предлагаемого излучающего кабеля известны из литературы, но в совокупности в применении к излучающему кабелю, служащему для обеспечения бесконтактной связи с абонентами или в качестве излучателя в системах контроля параметров антенн, создают положительный эффект, выражающийся в улучшении согласования кабеля с передатчиком, повышением уровня и равномерности поля излучения. Так как коаксиальный излучающий кабель благодаря этому приобретает новые свойства, то предложенная совокупность признаков удовлетворяет критерию "существенные отличия". На фиг.1 представлен первый вариант предлагаемого кабеля в поперечном и продольном разрезе. На фиг.2 представлен второй вариант предлагаемого кабеля в поперечном и продольном разрезе. Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник 1, окруженный диэлектрическим слоем 2 и внешний проводник 3 с отверстиями 4. Внутренний проводник 1 содержит радиальные проводящие вставки 5, расположенные между внутренним и внешним проводниками 1, 3 соосно с отверстиями 4. В отличие от первого варианта, проводящие вставки 5 второго варианта снабжены проводящими насадками 6, имеющими с ними электрический контакт и возможность продольного перемещения вдоль вставок 5. Излучающий коаксиальный кабель работает следующим образом. Высокочастотная электромагнитная волна распространяется в коаксиальном кабеле между внутренним 1 и внешним 3 проводниками. Отверстия 4 во внешнем проводнике 3 представляют собой неоднородности индуктивного характера, включенные в эквивалентную электрическую схему кабеля последовательно. В районах неоднородностей структура поля в кабеле искажается. Часть электромагнитной энергии излучается из отверстий 4 во внешнее пространство, часть электромагнитной энергии отражается к передатчику. Чем больше размеры отверстий и чем чаще они расположены, тем больше энергии излучается, но тем больше уровень и количество отраженных волн. Отраженные волны при распространении навстречу основной волне излучаются из отверстий 4 и нарушают равномерность поля излучения прямой волны. Так как проводящие радиальные вставки 4 представляют собой неоднородности емкостного характера, включенные в эквивалентную электрическую схему кабеля параллельно, то при соответствующем выборе значения емкости Сэ можно скомпенсировать неоднородность отверстий и практически исключить появление отраженных волн и, следовательно, снизить коэффициент стоячей волны. Кроме того, введение проводящих вставок 4 позволяет повысить излучение кабеля, так как высокочастотный ток, протекая по поверхности проводящей вставки, приближается к отверстию, увеличивая в его районе напряженность поля пропорционально высоте проводящей вставки. Расположение проводящих вставок между внутренним и внешним проводником, соосно с отверстиями, позволяет наиболее эффективно скомпенсировать неоднородности, вносимые отверстиями. Выполнение проводящих вставок с меньшей площадью поперечных сечений, чем соответствующие отверстия, а по форме и ориентации совпадающие с соответствующими отверстиями, позволяет уменьшить эффект экранирования краями отверстий полей излучения токов, протекающих по верхней поверхности проводящих вставок и, следовательно, эффективно повысить излучение при наименьших габаритах проводящих вставок. Например, при использовании в качестве излучающего кабеля коаксиального кабеля диаметром внутреннего проводника 8 мм, диаметром внешнего проводника в виде медной трубки 26 мм, диэлектрическим слоем из полиэтилена и отверстиями во внешнем проводнике диаметром 14 мм, согласно данным измерений с помощью стробоскопического осциллографа СК 7-18, используемого в режиме рефлектометра, размеры проводящих вставок 5 в виде медных цилиндров, обеспечивающих компенсацию неоднородностей, вносимых отверстиями, имели следующие значения: диаметр 5 мм, высота 6 мм. Нижняя часть проводящей вставки 5 может быть выполнена в виде винта, с помощью которого проводящая вставка 5 вкручивается во внутренний проводник 1 в предварительно выполненное резьбовое отверстие (фиг. 1, 2). Для обеспечения настройки кабеля на минимум отражений проводящие вставки 5 могут быть снабжены проводящими насадками 6, имеющими электрический контакт с проводящими вставками 5 и возможность продольного перемещения вдоль вставок 5. Проводящие насадки 6 могут быть выполнены в виде колпачков с внутренней резьбой (фиг.2). В этом случае на проводящих вставках 5 нарезается внешняя резьба. При настройке кабеля на минимум отражений, вкручивая проводящие насадки 6, добиваются компенсации выбросов от неоднородностей в виде отверстий 4 на рефлектограмме. После настройки кабеля полости над проводящими вставками 5 заполняются диэлектриком, аналогичным диэлектрику диэлектрического слоя 2, затем герметизируются отверстия 4 во внешнем проводнике 3. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: уменьшение коэффициента стоячей волны за счет введения во внутренний проводник кабеля радиальных проводящих вставок, позволяющих скомпенсировать неоднородность внешнего проводника введением неоднородности противоположного знака, и, одновременно, повышение уровня и равномерности уровня излучения, благодаря изменению пути высокочастотного тока центрального проводника и приближения его к плоскости отверстий.

Формула изобретения

1. Излучающий коаксиальный кабель, содержащий внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, отличающийся тем, что внутренний проводник содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками соосно с отверстиями внешнего проводника, при этом площади поперечных сечений радиальных проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий внешнего проводника, а формы поперечных сечений и ориентация радиальных проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий внешнего проводника. 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что радиальные проводящие вставки выполнены с проводящими насадками, имеющими с ними электрический контакт и возможность продольного перемещения вдоль радиальных проводящих вставок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.08.2005 БИ: 24/2005

www.findpatent.ru

Излучающий коаксиальный кабель

Использование: изобретение относится к области излучающих устройств вдоль пути распространения направленной волны и может быть использовано в системах радиосвязи, оборудуемых в тоннелях, шахтах, офисах. Сущность изобретения: создание излучающего коаксиального кабеля, обеспечивающего независимую двухчастотную работу и независимую возможность перестройки рабочих частот. Излучающий коаксиальный кабель состоит из центрального проводника 1, размещенного соосно внутри экранной оболочки 2 с прямоугольными излучающими разрезами 3. В раскрыв каждого излучающего разреза установлен ленточный проводник 4 и металлическая перемычка 5. На часть раскрыва излучающего разреза установлена металлическая пластина с диэлектрической подложкой 6. Независимая перестройка кабеля достигается перемещением вдоль оси металлической перемычки 5 и металлической пластины с диэлектрической подложкой 6. Приведены соотношения геометрических размеров элементов конструкции и варианты их исполнения. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области излучающих устройств вдоль пути распространения направленной волны и, в частности предлагаемый излучающий коаксиальный кабель может быть использован в системах радиосвязи, оборудуемых в тоннелях, шахтах, административных зданиях и других многосекционных замкнутых сооружениях.

Известны излучающие коаксиальные кабели (например, заявки Японии N 5612045, опублик. 03.08.1981; N 5821849, опублик. 04.05.1983). Известные аналоги представляют собой коаксиальные направляющие системы с излучающими размерами в экранной оболочке. Недостатком аналогов является слабая связь распространяющейся в кабеле электромагнитной волны (ЭВМ) с излучающими разрезами. Для достижения требуемой энергетики канала необходимы значительные уровни мощности возбуждения. Такие кабели обеспечивают работу с приемлемой эффективностью только на одной частоте. Известны также излучающие коаксиальные кабели, обеспечивающие более высокую эффективность излучения (заявка N 94003336 от 10.01.94). Это достигается введением в излучающий разрез ленточного проводника, образующего совместно с излучающим разрезом резонансный излучатель. Однако данный кабель работает эффективно только на одной частоте. Наиболее близким, по своей технической сущности к заявляемому является излучающий коаксиальный кабель (заявка N 94009031 от 15.03.94). Излучающий коаксиальный кабель-прототип состоит из центрального проводника, размещенного соосно внутри экранной оболочки с продольно ориентированными прямоугольными излучающими разрезами. В раскрыв каждого разреза установлены ленточный проводник и металлическая перемычка, ориентированные соответственно параллельно и ортогонально большим кромкам разреза. Металлическая перемычка установлена с возможностью ее перемещения вдоль продольной оси излучающего разреза. При таком исполнении достигается одновременная и независимая эффективная работа излучающего разреза на двух рабочих частотах, а путем перемещения металлической перемычки обеспечивается перестройка системы на другие рабочие частоты. Недостатком прототипа является отсутствие возможности изменения одной из рабочих частот без изменения другой. Т.е. в данном кабеле обеспечивается только перестройка одновременно на две новые частоты. Целью технического решения является создание коаксиального излучающего кабеля, обеспечивающего двухчастотную работу системы с возможностью независимой перестройки рабочих частот. Поставленная цель достигается тем, что в известном излучающем коаксиальном кабеле, включающем центральный проводник, размещенный соосно внутри экранной оболочки с продольно ориентированными прямоугольными излучающими разрезами, в раскрыве каждого из которых установлен ленточный проводник и металлическая перемычка, ориентированные соответственно параллельно и ортогонально большим кромкам излучающего разреза, причем металлическая перемычка электрически связана с большими кромками излучающего разреза и ленточным проводником, дополнительно на часть раскрыва каждого излучающего разреза установлена металлическая пластина на диэлектрической подложке (МПДП). МПДП установлена либо на одном периферийном конце излучающего разреза, либо, выполненная из двух частей, размещена на обоих концах излучающего разреза. Металлическая пластина на диэлектрической подложке и металлическая перемычка установлены с возможностью их перемещения вдоль продольной оси излучающего разреза. В качестве одного из вариантов металлическая пластина на диэлектрической подложке и металлическая перемычка реализованы в виде гаек, навинченных на резьбу, выполненную на внешних поверхностях экранной оболочки и ленточного проводника. Длина каждого излучающего разреза Lp выбрана из условия Lp= (0,2...0,3)(k1+k2)+dn, где k1 и k2 длины первой и второй рабочих волн в кабеле; dn ширина металлической перемычки. Ширина излучающего разреза составляет (0,2 0,3)Lp. Длина и ширина ленточного проводника составляют соответственно (0.8 0.9) и (0.2 0,3) от длины и ширины излучающего разреза. Ширина металлической пластины на диэлектрической подложке выбрана в пределах (0,25 0,35)Lp, а ее высота составляет не менее ширины излучающего разреза. При таком исполнении перемещением вдоль оси металлической перемычки достигается одновременная перестройка на две рабочие частоты. В тоже время перемещением металлической перемычки на диэлектрической подложке обеспечивается перестройка только той части излучающего разреза, в пределах которой установлена перемещающаяся металлическая перемычка на диэлектрической подложке. Следовательно, при таком построении излучающего коаксиального кабеля реализуется возможность независимой перестройки одной или двух рабочих частот. На фиг.1 изображен излучающий коаксиальный кабель, общий вид; на фиг.2 - фрагменты излучающего коаксиального кабеля с примерами исполнения металлической пластины на диэлектрической подложке; на фиг.3 конструкция металлической пластины на диэлектрической подложке; на фиг.4, 5 варианты реализации фрагмента излучающего коаксиального кабеля; на фиг. 6 поясняется работа устройства; на фиг. 7 эквивалентная схема излучающего разреза; на фиг.8 график, поясняющий работу устройства. Излучающий коаксиальный кабель (фиг.1) состоит из центрального проводника 1 радиусом r, расположенного соосно внутри экранной оболочки 2 с внутренним радиусом R. Вдоль продольной оси излучающего коаксиального кабеля (o-o') в экранной оболочке 2 выполнены прямоугольные излучающие разрезы 3 длиной Lp и шириной Bp (фиг.2). Продольные оси излучающего разреза ориентированы вдоль оси излучающего коаксиального кабеля (o-o'). В раскрыв каждого излучающего разреза 3 установлены ленточный проводник 4 длиной Lp и шириной Bp и металлическая перемычка 5 шириной dп. Металлическая перемычка 5 ориентирована перпендикулярно к большим кромкам излучающего разреза 3 и имеет с ними электрический контакт. Металлическая перемычка 5 делит излучающий разрез 3 на две части l1 и l2. Над частью излучающего разреза 3 установлена металлическая пластина 6 на диэлектрической подложке 7 толщиной h шириной Lпл и высотой Hпл (фиг. 2, 3). Металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 установлена на периферийной части излучающего разреза 3. Металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 (фиг.2а) размещена полностью на одном конце излучающего разреза 3. Металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 (фиг.2б) выполнена из двух половин, размещенных на двух концах излучающего разреза 3. Металлическая перемычка 5 также как и металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 установлены с возможностью их перемещения вдоль оси o-o' кабеля. Реализация такой возможности показана на фиг. 4, 5. Металлическая перемычка 5 и металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 исполнены в виде гаек, навинченных на резьбу 8, выполненную на внешних поверхностях экранной оболочки 2 и ленточного проводника 4. Для фиксации ленточного проводника 4 его, в частности можно приклеить на диэлектрик 9, заполняющий внутренний объем экранной оболочки 2 (фиг.4). Возможны и другие варианты крепления ленточного проводника 4 в раскрыве излучающего разреза 3. На фиг. 4 показан вариант исполнения фрагмента излучающего коаксиального кабеля с излучающим разрезом 3 в виде отдельной секции, снабженной на концах высокочастотными разъемами 10. Металлическая перемычка 5 и металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 исполнены в виде гаек навинченных на резьбу 8. Гайка 6 не имеет электрического контакта с экранной оболочкой 2 и ленточным проводником 4 за счет диэлектрической втулки 7 с резьбой (фиг.4), выполняющей роль диэлектрической подложки. На фиг. 5 показан аналогичный вариант исполнения секции кабеля с излучающим разрезом. Отличие заключается в том, что металлическая пластина на диэлектрической подложке 6 выполнена из двух половин и в виде гаек, навинченных на двух концах излучающего разреза. Такие секции монтируют в сечении кабеля, где необходимо организовать связь. Заявленное устройство работает следующим образом. При подключении излучающего кабеля к генератору внутри кабеля возбуждается Т-волна. При этом в зазоре излучающего разреза протекает магнитный ток iм, амплитуда которого вдоль кромок излучающего разреза 3 зависит от длины рабочей волны. При возбуждении в фидере колебаний с длиной волны k1 и установке металлической перемычки 5 так, чтобы l 0,25k1 и l1>l2 (фиг.6) часть излучающего разреза длиной l1 окажется близкой к резонансной и будет эффективно излучать, что иллюстрируется эпюрами распределения амплитуд магнитного тока iм (фиг.6а). Одновременно участок излучающего разреза длиной l2 оказывается меньше резонансной длины и поэтому практически не возбуждается. При возбуждении в кабеле рабочей волны k2 и соблюдении условий l2 0,25k2 и l2 происходят обратные процессы; эффективно возбуждается участок излучающего разреза длиной l2 и практически не излучает участок l1 (фиг.6б). Процесс перестройки излучающего кабеля можно уяснить из рассмотрения эквивалентной схемы одного из излучающих разрезов (фиг.7). Излучающий разрез представляет собой четырехполюсник включающий внутренние проводимости вносимые во внутреннюю область кабеля соответственно участком разреза l1 и l2 и их взаимную проводимость Y12. Полная проводимость излучения каждого из участков Y11 + Y12(Y22 + Y12) вносится в четырехполюсник с некоторыми коэффициентами трансформации N1(N2), зависящими от соотношения геометрических размеров соответствующего участка излучающего разреза и ленточного проводника. Кроме того в четырехполюсник вносится емкостное сопротивление, обусловленное емкостью Cп металлической пластины на диэлектрической подложке 6. Очевидно, что величина Cп зависит от степени закрытия металлической пластины на диэлектрической подложке излучающего разреза. Перемещение металлической пластины на диэлектрической подложке эквивалентно изменению Cп. Одновременно смена положения металлической перемычки 5 автоматически изменяет коэффициент трансформации N1(N2). Таким образом, при наличии перемещающихся вдоль оси кабеля металлической перемычки и металлической пластины на диэлектрической подложке 6 обеспечивается независимая перестройка участков излучающего разреза на новые частоты. Отмеченное поясняется резонансными характеристиками первого и второго участков излучающего разреза на частотной оси (фиг. 8). На фиг. 8а показано положение резонансных кривых при первоначальной настройке участков на частоты f01 и f02. При перестройке участка l2 на новую, более высокую частоту с помощью смещения металлической перемычки 5 вправо (фиг.2а) одновременно сместится влево на частотной оси резонансная кривая первого участка l1 и ее новая резонансная частота f01 будет меньше первоначальной f01. "Возвратить" резонансную кривую участка l1 в первоначальное положение можно увеличив вносимую емкость Cп смещением вправо металлической пластины на диэлектрической подложке (фиг.2а). Это приводит к повышению резонансной частоты первого участка, т.е. восстанавливается ее первоначальное значение f01 (фиг. 8в). Снижение резонансной частоты первого участка l1 до значения при сохранении резонансной частоты второго участка f02 (фиг. 8г). Можно достигнуть смещением влево металлической пластины на диэлектрической подложке 6 (фиг.2а). При этом вносимая емкость металлической пластины на диэлектрической подложке 6 уменьшается, резонансная частота снижается. Так как положение металлической перемычки остается в этом случае неизменным, то частота второго участка остается также неизменной. Из рассмотренной работы следует вывод, что для независимой перестройки участков излучающего разреза в принципе достаточно иметь металлическую пластину на диэлектрической подложке только на одном конце излучающего разреза и металлическую перемычку с возможностью перемещения вдоль оси кабеля (фиг. 2а, 4). Однако такая реализация металлической пластины на диэлектрической подложке потребует при необходимости перестройки участка l1, перемещения не только металлической перемычки 5, но и металлической пластины на диэлектрической подложке 6. Этот недостаток устраняется полностью при размещении металлических пластин на диэлектрических подложках на двух концах излучающего разреза (фиг. 2б, 5). В данном случае металлическую перемычку 5 перемещают, когда требуется одновременная перестройка участков, а металлические пластины на диэлектрической подложке перемещают при необходимости независимой перестройки одного из участков или для более точной установки частот после перемещения металлической перемычки 5. При использовании устройства, поставленная цель достигается без ущерба для эффективности излучения, если соблюдать указанные выше соотношения элементов конструкции излучающего кабеля. Например, при необходимости одновременной работы на двух частотах 400 МГц и 600 МГц и использовании кабеля с диэлектриком, имеющим относительную диэлектрическую проницаемость = 4 имеем k1= 0,375 м; k2= 0,25 м.. Если из конструктивных соображений принять dп 5 мм, тогда при учете минимальных значений указанных соотношений размеры элементов конструкции составят, мм: Lр 130; Bр 26; Lпр 104; Bпр 5,2; Lпл 32,5; Hпл>26; l1 75; l2 50; при учете максимальных значений указанных соотношений, размеры элементов конструкции составляют, мм: Lр 193; Bр 58; Lпр 173; Bпр 17,4; Lпл 32,5; Hпл>26; l1 113; l2 75; Оптимальными следует считать размеры элементов, определяемые средними значениями указанных соотношений, мм: Lр 156; Bр 39; Lпр 132; Bпр 9,75; Lпл 47; Hпл>39; l1 93,5; l2 62,5. Толщина h диэлектрической подложки 7 и диэлектрическая проницаемость материала из которого она выполнена в общем случае влияют на величину вносимой емкости Cп. Степень этого влияния может быть оценена по известным формулам (Иоссель Ю. Я. Кочанов Э.С. Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Л. Энергоиздат, 1981). В процессе исследования установлено, что величину h целесообразно выбирать в пределах (1 3) мм, а материал для подложки с относительной диэлектрической проницаемостью 2 4. При этом достигаются приемлемые эксплуатационные характеристики, технологичность при производстве и незначительные отклонения параметров при соблюдении указанных характеристик подложки. Описанная схема излучающего коаксиального кабеля обеспечивает его работу на двух частотах и независимую перестройку на другие частоты любого из каналов.

Формула изобретения

1. Излучающий коаксиальный кабель, содержащий экранную оболочку с прямоугольными излучающими разрезами и соосно установленный в ней центральный проводник, отличающийся тем, что излучающие разрезы большими осями ориентированы параллельно оси излучающего коаксиального кабеля, в раскрыв каждого излучающего разреза установлены ленточный проводник и металлическая перемычка, ориентированные соответственно параллельно и ортогонально большим кромкам излучающего разреза, при этом металлическая перемычка электрически соединена с большими кромками излучающего разреза и ленточным проводником, а на часть раскрыва каждого излучающего разреза установлена металлическая пластина на диэлектрической подложке. 2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что металлическая пластина на диэлектрической подложке установлена на одном из периферийных участков излучающего разреза. 3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что металлическая пластина на диэлектрической подложке выполнена из двух частей, установленных на периферийных участках раскрыва каждого излучающего разреза. 4. Кабель по пп. 1 или 2 и 3, отличающийся тем, что длина каждого излучающего разреза Lр выбрана из условия где к1 длина первой рабочей волны в кабеле; к2 длина второй рабочей волны в кабеле; dп ширина металлической перемычки, а его ширина составляет (0,2 0,3)Lp, причем длина и ширина ленточного проводника составляет соответственно 0,8 0,9 и 0,2 0,3 длины и ширины излучающего разреза, ширина металлической пластины на диэлектрической подложке выбрана в пределах (0,25 0,35) Lp, а ее высота составляет не менее ширины излучающего разреза. 5. Кабель по пп. 1 или 2 4, отличающийся тем, что металлическая пластина на диэлектрическогой подложке установлена с возможностью ее перемещения вдоль продольной оси излучающего разреза. 6. Кабель по пп.1 или 2 5, отличающийся тем, что металлическая пластина на диэлектрической подложке выполнена в виде гайки, навинченной на резьбу, выполненную на внешних поверхностях экранной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

www.findpatent.ru

Излучающий коаксиальный кабель для контроля антенн в проводящих средах

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве излучателя в системах контроля антенн, расположенных в проводящих средах. Технический результат состоит в повышении точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн в проводящих средах. Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями. Новым в излучающем коаксиальном кабеле является то, что внешний проводник с отверстиями покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве излучателя в системах контроля антенн, предназначенных для работы в проводящих средах.Известны вибраторные антенны (см., например, в кн. Р. Кинг, Г. Смит “Антенны в материальных средах”. Пер. с англ., М., Мир, 1984, т. 1 с. 189-239), которые могут быть применены в качестве излучателей для контроля антенн в проводящих средах, например воде, земле. Вибраторные антенны содержат вибраторы из проводящего материала, покрытые или не покрытые слоем диэлектрика.Недостатком вибраторных антенн, в случае применения их для контроля системы из нескольких разнесенных разно ориентированных антенн, расположенных в проводящей среде, является необходимость применения для каждой из контролируемых антенн отдельной контрольной вибраторной антенны, располагаемой в непосредственной близости от контролируемой антенны и снабженной своим отдельным контрольным кабелем, что усложняет систему и повышает ее стоимость..Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является излучающий коаксиальный кабель, описанный в патенте РФ №2181518, МКИ Н 01 Р 3/06, H 01 В 11/18 (опубл. 20.04.2002. Бюлл.№11), который мы принимаем за прототип. В соответствии с патентом РФ №2181518 излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями. Внутренний проводник излучающего коаксиального кабеля содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками, соосно с отверстиями. Площади поперечных сечений радиальных проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий, а форма поперечных сечений и ориентации радиальных проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий.Такое конструктивное решение благодаря введению радиальных проводящих вставок обеспечивает эффективное излучение электромагнитных полей из отверстий внешнего проводника и постоянство волнового сопротивления кабеля за счет компенсации неоднородностей канала коаксиального кабеля.Недостатками этого излучающего кабеля при использовании его в качестве излучателя для контроля системы разнесенных антенн в проводящих средах являются низкая точность и достоверность результатов контроля даже при расположении антенн в зоне отверстий.Эти недостатки вызваны тем, что для случая использования излучающего кабеля в проводящих средах, с целью исключения коррозии внешнего проводника и исключения затекания кабеля, его необходимо покрывать защитной герметичной оболочкой из диэлектрических материалов, например полиэтилена или резины.Однако при этом электромагнитные поля, излучаемые из отверстий внешнего проводника, возбуждают электромагнитные волны в коаксиальном канале, образованном внешним проводником кабеля, диэлектрической оболочкой и проводящей средой. Электромагнитные волны, возбужденные отверстиями, распространяясь в образованном коаксиальном канале, накладываются друг на друга, образуя сложную картину поля с пучностями, не всегда совпадающими с координатами отверстий. При изменении частоты сигнала распределение результирующего поля в коаксиальном канале и в окружающей проводящей среде, где расположены контролируемые антенны, также изменяется.Это приводит к тому, что сигналы даже от однотипных антенн оказываются различными, причем при изменении частоты контрольного сигнала оказывается также различным характер изменения сигналов от каждой из антенн. Эти причины приводят к неоднозначности оценки результатов контроля, снижают точность и достоверность измерений.Задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн, расположенных в проводящих средах.Поставленная задача решается таким образом, что в излучающем коаксиальном кабеле, содержащем внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, согласно изобретению внешний проводник покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.Покрытие внешнего проводника слоем диэлектрика позволяет удалить проводящую среду от поверхности отверстий и, следовательно, исключить затухание излученных электромагнитных волн вблизи отверстий. Тем самым обеспечивается достаточно высокий уровень излучений из отверстий.Введение электродов, электрически соединяющих внешний проводник кабеля с проводящей средой, охватывающих внешний проводник и расположенных равноудалено между отверстиями, закорачивает коаксиальный канал распространения электромагнитных волн, образованный внешним проводником кабеля, диэлектрическим слоем и проводящей средой, что исключает возможность наложения друг на друга излученных из отверстий волн, образование стоячих волн в образованном коаксиальном канале и сохраняет расположение максимумов излучения над поверхностью отверстий.Благодаря выбору длины электродов не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений удается разделить участки излучения электромагнитной энергии в проводящую среду и тем самым практически исключить наложение излучений в проводящей среде над отверстиями, где расположены контролируемые антенны от различных участков коаксиального канала.Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения “новизна”. Существенные признаки предлагаемого излучающего кабеля известны из литературы, но в совокупности в применении к излучающему кабелю, используемому в качестве излучателя в системах контроля разнесенных антенн в проводящих средах, создают положительный эффект, выражающийся в повышении точности и достоверности измерений при проведении контроля антенн.Так как коаксиальный излучающий кабель благодаря этому приобретает новые свойства, то предложенная совокупность признаков удовлетворяет критерию “существенные отличия”.На чертеже показан продольный разрез описываемого излучающего коаксиального кабеля.Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник 1, окруженный диэлектрическим слоем 2, и внешний проводник 3 с отверстиями 4. Внешний проводник 3 с отверстиями 4 покрыт слоем диэлектрика 5 и электрически соединен с окружающей проводящей средой 6 посредством электродов 7, охватывающих внешний проводник 3 и равноудалено расположенных между отверстиями 4. Электроды 7 имеют длину не менее скин-слоя проводящей среды 6 на нижней частоте диапазона измерений.Излучающий коаксиальный кабель работает следующим образом.Высокочастотная электромагнитная волна, распространяясь в коаксиальном кабеле между внутренним 1 и внешним 3 проводниками, частично излучается сквозь отверстия 4 во внешнем проводнике 3. Слой диэлектрика 5, покрывающий внешний проводник 3 кабеля, способствует эффективному излучению электромагнитной энергии из отверстий 4 и исключает ее поглощение проводящей средой 6 в непосредственной близости от отверстий 4.Излученное из отверстий 4 электромагнитное поле возбуждает электромагнитные волны в коаксиальном канале, образованном внешним проводником 3, введенным слоем диэлектрика 5 и внешней проводящей средой 6. Электроды 7, охватывающие внешний проводник 3, равноудалено расположенные между отверстиями 4 и обеспечивающие электрический контакт внешнего проводника 3 с проводящей средой 6, закорачивают образованный коаксиальный канал распространения электромагнитных волн по всему периметру кабеля, исключая наложение волн друг на друга и образование в коаксиальном канале стоячих волн.Так как расстояние между излучающими участками коаксиального канала определяется длиной электродов 7, которая должна быть не менее скин-слоя проводящей среды 6 на нижней частоте диапазона измерений, то практически в проводящую среду 6 над отверстиями 4, в точки размещения каждой из контролируемых антенн, поступают излученные мощности только с соответствующих участков образованного коаксиального канала.При повышении частоты контрольных измерений величина скин-слоя проводящей среды уменьшается, затухание электромагнитной энергии, поступающей в точки расположения антенн от соседних участков, увеличивается и, следовательно, повышается точность проводимых контрольных измерений.Электроды 7 могут быть выполнены в виде металлических трубок из морской латуни или титана, надетых на излучающий коаксиальный кабель и размещенных равноудаленно между отверстиями 4. Металлические трубки электрически соединяются с внешним проводником 3 кабеля. Места стыковки металлических трубок с внешним слоем диэлектрика, например полиэтиленом или резиной, герметизируются. При необходимости сохранения гибкости излучающего коаксиального кабеля электроды 7 выполняются в виде спирали из металлической ленты или проволоки, первые и последние витки которой заводятся под внешний слой диэлектрика, электрически соединяются с внешним проводником 3 кабеля и герметизируются. Длина электродов 7, составляющая величину не менее одного скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений, может быть рассчитана, исходя из известной формулы для затухания электромагнитных полей в проводящих средах (см. кн. М.П.Долуханов. “Распространение радиоволн” M., 1960 г., с.29) где - проводимость среды, См/м; - длина волны в свободном пространстве, м.Как известно скин-слой - , это расстояние, на котором электромагнитная волна затухает в e раз. Величина скин-слоя определяется выражением учитывая, что = с/,где с - скорость света в вакууме, м/с; - частота, Гц,получаем формулу для скин-слоя Для проводящей среды типа морской воды с проводимостью , равной 4 См/м, частотой измерений 1 МГц и 10 МГц величина скин-слоя, рассчитанная по формуле 3, и, следовательно, минимальные длины электродов 7 соответственно равны 0,25 м и 0,08 м.Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: повышение точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн в проводящих средах за счет повышения уровня электромагнитного поля в зоне расположения контролируемых антенн благодаря введению покрытия внешнего проводника с отверстиями слоем диэлектрика, а также за счет исключения наложения излученных из различных отверстий электромагнитных полей в точках расположения антенн благодаря электрическому соединению внешнего проводника кабеля с проводящей средой посредством введенных электродов, охватывающих кабель и равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника длиной не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.

Формула изобретения

Излучающий коаксиальный кабель для контроля антенн в проводящих средах, содержащий внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, отличающийся тем, что внешний проводник с отверстиями покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Триаксиальные излучающие кабели Nu-TRAC TRC-1250-FR

Скачать описание в PDF

Триаксиальные излучающие кабели Nu-TRAC TRC-1250-FR разработаны для обеспечения покрытия сигналом в тех случаях, когда использование точечной антенны не эффективно. Например, в туннелях, метро, на судах. Кабель может работать как передающая и принимающая антенна одновременно на широком диапазоне частот. Уникальный дизайн кабелей Nu-TRAC TRC-1250-FR позволяет крепить их непосредственно к стене, тем самым упрощая прокладку кабеля.

Кабели Nu-TRAC TRC-1250-FR используются на таких объектах как метрополитен Нью-Йорка, Лондона, Пекина, Санкт-Петербурга, Московская монорельсовая дорога.

Особенности кабеля nu-Trac TRC-1250-FR:

- Идеален для достижения охвата в экранированных зонах

- Равномерное распределение сигнала вдоль всей длины кабеля

- Не принимает помехи от расположенных рядом кабелей и различных конструкций

- Минимальное затухание

- Электрические и механические характеристики превосходят аналогичные щелевые конструкции

- Круговая диаграмма направленности в плоскости, перпендикулярной продольной оси кабеля, не требует юстировки

- Пожаробезопасная оболочка

- Легкость и экономичность в прокладке

- Не подразумевает использование дополнительного дорогостоящего оборудования

Приемущества nu-Trac TRC-1250-FR над другими аналогами излучающих кабелей:

- Способность пропускать сигналы разной частоты, функционируя в качестве широкополосной антенны

- Радиосигнал поступает от передатчика к антенне, при этом, энергия сигнала проникает в окружающую среду, обеспечивая требуемый уровень покрытия

- Излучающий кабель предназначен как для передачи, так и для приема радиосигналов вдоль всей своей длины без потерь

- Отсутствие мёртвых зон связи

- Нет необходимости в ориентировке или расположении кабеля в пространстве вдали от металлических и железобетонных конструкций

- Не требуется дополнительного крепежа

- Кабель nu-Trac TRC-1250-FR просто укладывается по существующим кабельгонам, вблизи других кабелей и конструкций, что сказывается на скорости и экономичности монтажа.

- Использование кабеля в качестве охраны периметра и перемещения объектов.

Характеристики Nu-TRACK TRC-1250-FR:

Диаметр	1.67 дюйма	42.4 мм
Вес	0.742 фунтов/фут	1.10 кг/м
Усилие на раздавливание	300 фунтов/дюйм	5.3 кг/мм
Усилие на разрыв	1500 фунтов	680 кг
Минимальный радиус изгиба	13.5 дюйма	342 мм

Импеданс	50 Ом
Скорость распространения	0.88
КСВН, 150-900 МГц	1,2

Затухание:

Частота	150 МГц	450 МГц	900 МГц	1900 МГц	2400 МГц
дБ/100 фт	0.39	0.79	1.23	1.86	2.10
дБ/100 м	1.3	2.6	4.0	6.1	6.9

www.rt-systems.ru

Об использовании излучающих кабелей при строительстве систем профессиональной радиосвязи

Аннотация.

Настоящая заметка предназначена для специалистов и инженеров-проектировщиков, специализирующихся на предпроектной и проектой работе при строительстве систем профессиональной радиосвязи с использованием излучающих кабелей.

Заметка составлена по результатам диалога с представителем компании KABELWERK EUPEN AG (Бельгия) господином Альфонсом Вильбертом (Alfons M Wilbert, Product Manager).

Компания KABELWERK EUPEN AG специализируется на производстве излучающего кабеля (другое название коаксиальная антенна, кабель-антенна) для решения задач радиопокрытия в авиационной технике, туннельных сооружениях, зданиях.

Вопрос: Как правильно выбрать кабель для работы в нужном диапазоне частот? Каковы основные характеристики эффективности работы излучающего кабеля?

Ответ: Существуют как широкодиапазонные кабели, так и кабели, специально оптимизированные для работы в определенной полосе частот: в частности, продукция Eupen, предназначенная для работы в диапазоне UHF TETRA, имеет в названии модели кабеля индекс «Т». Излучающий кабель характеризуется (в определенном диапазоне частот) двумя основными параметрами: погонное затухание (Longitude Loss), измеряемое как и в случае обычных коаксиальных кабелей в дБ/100м, и потери при излучении (Coupling Loss). Последний определяется как потери, измеряемые в точке на расстоянии 2м от излучающего кабеля и, таким образом, характеризует эффективность переноса энергии от излучающего кабеля в пространство внутри тоннеля. При каждом удвоении расстояния от излучающего кабеля с 2м до точки измерения к потерям при излучении добавляются 3 дБ. По параметру Coupling Loss модели излучающих кабелей одинакового диаметра могут отличаться весьма существенно: так в диапазоне UHF типовое значение для кабелей 11/4” составляет 72-75 дБ, в то время как такой же по диаметру кабель с индексом «Т» имеет значение Coupling Loss порядка 56-59 дБ.

Вопрос: Мы обратили внимание, что в последнее время появились излучающие кабели со сплошной медной оболочкой, выполненной в виде гофры с малым шагом (порядка 3-5 мм). Для чего это сделано?

Ответ: Одним из главных требований при прокладке излучающего кабеля является обеспечение постоянства его волнового сопротивления в любой точке трассы. При изгибе кабеля происходит нарушение тщательно рассчитанной геометрии сечения кабеля, что вынуждает производителей указывать минимальный радиус изгиба кабеля при его прокладке. Более ранние модели излучающих кабелей имеют либо гладкую оболочку, либо гофрированную со значительным шагом, что затрудняет изгиб или может привести к залому кабеля в месте изгиба. Оболочка в виде гофры с мелким шагом решает эти проблемы.

Вопрос: На каком минимальном расстоянии от стены тоннеля следует прокладывать излучающий кабель? Зависит ли это расстояние от рабочего диапазона системы связи?

Ответ: По нашему опыту, расстояние между излучающим кабелем и стеной тоннеля оказывает существенное влияние на потери в кабеле, при монтаже кабеля вплотную к стене потери при излучении (Coupling Loss) могут значительно возрастать ( до 10 дБ ). Чем выше рабочий диапазон частот, тем это влияние выражено сильнее. На практике, в диапазоне UHF (TETRA) влияние стены тоннеля ослабевает до пренебрежимо малых величин при расстояниях от кабеля до стены тоннеля более 5-6 см. Выпускаемые компанией стандартные ножки для крепления кабеля обеспечивают расстояние от оси кабеля до стены равное 8 см.

Вопрос: Судя по представленным разрезам кабелей, щели в нем ориентированы на определенную его сторону. Каковы требования при укладке такого кабеля и насколько важно укладывать кабель щелями строго внутрь тоннеля?

Ответ: При работе излучающего кабеля в диапазонах UHF/VHF влияние ориентации щелей на эффективность работы излучающего кабеля пренебрежимо мало, ухудшение параметра Coupling Loss, как правило, составляет не более 2 дБ при укладке кабеля без учета ориентации щелей по сравнению с вариантом укладки со строгим ориентированием щелей внутрь тоннеля. На практике при укладке в тоннеле кабеля, работающего в этих диапазонах, ориентации щелей не придается значения.

Вопрос: Что подразумевается на практике под огнестойкостью излучающего кабеля?

Ответ: Для излучающих кабелей при тестировании на огнестойкость применяется та же методика, что и для обычных силовых кабелей – в каком-то смысле это неправильно. Дело в том, что при определении устойчивости силовых кабелей к высоким температурам измеряется время, в течении которого их жилы и оболочка не дают обрывов и коротких замыканий. В случае излучающего кабеля, между центральным проводником и оболочкой находится вспененный полиэтилен, который быстро расплавляется, центральная жила проседает, что приводит к нарушению строго заданной геометрии сечения кабеля и его волнового сопротивления. Таким образом, даже если оболочка кабеля под воздействием высоких температур не горит и даже не имеет серьезных повреждений, кабель все равно практически сразу необратимо выходит из строя и в последующем подлежит замене.

Автор заметки: Ремизов А.Ю. (Интегра про)