Область техники

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано как устройство для ответвления электромагнитной энергии, преимущественно в магистральных коаксиальных кабелях.

Предшествующий уровень техники

Известны различные коаксиальные ответвители, содержащие коаксиальную линию, выполненную из внутреннего проводника и наружного проводника, и отрезок коаксиальной линии, выполненный из центрального проводника и внешнего проводника, центральный проводник которой электрически подсоединен к внутреннему проводнику коаксиальной линии, а внешний - к наружному (GB, 607200, Н 01 Р 5/04, опубл. 25.08.1948), (US, 4700145, Н 01 Р 5/12, опубл. 13.10.1982), (JP, 1103003, Н 01 Р 5/12, опубл. 20. 04.1989).

Недостатком этих конструкций является то, что они являются стационарными, требуют подключения коаксиальных ответвителей к коаксиальному кабелю через разъемы. Внешний проводник отрезка коаксиальной линии ответвителя электрически подсоединен к наружному проводнику коаксиального кабеля посредством их механического контакта. Кроме того, эти устройства являются нерегулируемыми, а коэффициент ответвления электромагнитной энергии является заранее заданным и обеспечивается непосредственно конструктивными характеристическими размерами коаксиальных ответвителей и связи между ними.

При построении систем радиосвязи, в частности систем сотовой связи в зданиях и сооружениях (торговые центры, крупные офисные здания, многоуровневые гаражи и т.п.) возникает задача построения распределённой антеннофидерной системы, подключённой к приёмопередающему оборудованию. Решение данной задачи приводит к применению множества ответвителей (делителей) с различными коэффициентами перераспределения электромагнитной энергии. Причем ввиду конструктивных особенностей зданий основную магистральную линию (линии) распределения высокочастотного (ВЧ) сигнала желательно было бы выполнить цельным куском коаксиального кабеля с минимальными потерями (без использования большого количества разъемов), если бы не возникала необходимость установки дополнительного оборудования. Это требует, соответственно, использования достаточно большого количества ответвителей (делителей) для подсоединения дополнительного, например, антенного оборудования к основной линии через разрыв коаксиального кабеля и монтирования на отрезках коаксиальных кабелей ответных частей разъемов, что пропорционально ведёт к увеличению потерь и снижению надёжности системы в целом. При этом для ответвления электромагнитной энергии целесообразно использовать различные коэффициенты ответвления для оптимизации распределения ВЧ сигнала достаточного для функционирования того или иного подсоединяемого дополнительного антенного оборудования.

Для ответвления ВЧ сигнала из магистрального кабеля может подходить коаксиальный ответвитель электромагнитной энергии (СТ7810-850), производимый фирмой Radio frequency systems (RFS). Каталог изделий WDCS, Edition 1, 06.02.050, KB 17/ 00197-01, P78. В этом коаксиальном ответвителе центральный проводник отрезка коаксиальной линии подсоединен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля через диэлектрическую вставку с заранее заданными размерами. Диэлектрическая вставка поджимается центральным проводником отрезка коаксиальной линии к внутреннему проводнику коаксиального кабеля со стороны его наружной поверхности. Однако такое решение обеспечивает только технически установленный разработчиком коэффициент ответвления (минус 10 дБ в ответвителе фирмы RFS). Его недостатки: узкая номенклатура, требуется соблюдение высокой точности геометрических размеров монтажных соединений, что повышает сложность монтажа и повышает требования к монтажному персоналу. В случае же необходимости использования каких-либо других (отличных от 10 дБ) коэффициентов ответвления такая конструкция вообще не поддается регулировке из- за нестабильности воспроизводимых параметров.

Известен ответвитель для коаксиального кабеля, содержащий отрезок коаксиальной линии, выполненный из центрального проводника и внешнего проводника, между которыми расположен диэлектрический изолятор, причем центральный проводник отрезка коаксиальной линии предназначен для электрической связи с внутренним проводником коаксиального кабеля, а внешний - с наружным проводником коаксиального кабеля, коаксиальный кабель выполнен с изолирующим слоем между его внутренним проводником и наружным проводником и с диэлектрической оболочкой на наружном проводнике, центральный проводник отрезка коаксиальной линии электрически подсоединен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля через отверстие, выполненное в диэлектрической оболочке, наружном проводнике, изолирующем слое и внутреннем проводнике коаксиального кабеля, с возможностью установки центрального проводника отрезка коаксиальной линии в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике коаксиального кабеля (SU, 1517082, Н 01 R 11/20, опубл. 23.10.1989).

В этом техническом решении центральный проводник отрезка коаксиальной линии выполнен в виде иглы. Используется корпус с прижимной крышкой, с пазом для кабеля и с двумя разновысокими контактными иглами, большая из которых изолирована от корпуса, а меньшая соединена с корпусом. На корпусе установлены рычаги и дополнительная контактная игла, соединенная с корпусом и равная по высоте упомянутой меньшей игле. Под рычаги в корпусе выполнены пазы, между которыми симметрично большей по высоте игле размещены меньшие по высоте иглы. Крышка выполнена Г-образной и установлена шарнирно с возможностью взаимодействия с рычагами. При повороте рычагов центральная игла внедряется во внутренний проводник коаксиального кабеля, а меньшие по высоте иглы - в его наружный проводник. Таким образом, создается механический и электрический контакт между проводниками отрезка коаксиальной линии и проводниками коаксиального кабеля.

Ограничениями этого устройства являются: возможность его использования только для небольших по диметру коаксиальных кабелей, т.к. при их больших диаметрах контактные иглы (особенно центральная) ломаются; применение гальванических (механических) контактов приводит к плохой серийной воспроизводимости устройств по их техническим параметром, т.е. большому разбросу по значениям коэффициентов ответвления; использование гальванических контактов приводит к снижению надежности устройства и срока его службы; конструкция из-за использования рычагов, специального корпуса и крышки является достаточно сложной.

Наиболее близким является ответвитель для коаксиального кабеля, содержащий отрезок коаксиальной линии, выполненный из центрального проводника и внешнего проводника, между которыми расположен диэлектрический изолятор, причем центральный проводник отрезка коаксиальной линии предназначен для электрической связи с внутренним проводником коаксиального кабеля, а внешний - с наружным проводником коаксиального кабеля, коаксиальный кабель, предназначенный для использования в ответвителе, выполнен с изолирующим слоем между его внутренним проводником и наружным проводником и с диэлектрической оболочкой на наружном проводнике, центральный проводник отрезка коаксиальной линии с диэлектрическим изолятором электрически подсоединен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля через отверстие, выполненное в диэлектрической оболочке, наружном проводнике, изолирующем слое и внутреннем проводнике коаксиального кабеля, с возможностью установки центрального проводника с диэлектрическим изолятором отрезка коаксиальной линии в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике коаксиального кабеля (RU, 56072, Ul, Н 01 Р 5/04, опубл. 27.08.2006).

Преимуществом этого устройства является использование между центральным проводником отрезка коаксиальной линии и внутренними проводником коаксиального кабеля не механического соединения, а электрического (емкостная связь), а также возможность перемещения центрального проводника отрезка коаксиальной линии вдоль продольной оси отверстия, выполненного во внутреннем проводнике коаксиального кабеля, что позволяет изменять величину коэффициента ответвления. Вместе с тем, в известном техническом решении внешний проводник отрезка коаксиальной линии электрически и механически подсоединен к наружному проводнику коаксиального кабеля через пружинящий элемент, т.е. используется электрический контакт или гальваническая связь.

Ограничениями этого устройства являются: из-за использования пружинящего элемента (механического контакта) со временем происходит деградация качества электрического контакта, что приводит к возникновению нелинейности сопротивления и, как следствие, к возникновению интермодуляционных помех и изменению коэффициента ответвления; сложность монтажа, т.к. для установки пружинящего элемента требуется удаление части диэлектрической оболочки коаксиального кабеля.

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача повышения точности воспроизведения заданного коэффициента ответвления, расширения диапазона ответвления, упрощения конструкции, сокращения времени настройки и упрощения монтажа, и, таким образом, повышения технико-эксплуатационных характеристик.

Для решения поставленной задачи в известном ответвителе для коаксиального кабеля, содержащем отрезок коаксиальной линии, выполненный из центрального проводника и внешнего проводника, между которыми расположен диэлектрический изолятор, причем центральный проводник отрезка коаксиальной линии предназначен для электрической связи с внутренним проводником коаксиального кабеля, а внешний - с наружным проводником коаксиального кабеля, коаксиальный кабель, предназначенный для использования в ответвителе, выполнен с изолирующим слоем между его внутренним проводником и наружным проводником и с диэлектрической оболочкой на наружном проводнике, центральный проводник отрезка коаксиальной линии с диэлектрическим изолятором электрически подсоединен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля через отверстие, выполненное в диэлектрической оболочке, наружном проводнике, изолирующем слое и внутреннем проводнике коаксиального кабеля, с возможностью установки центрального проводника с диэлектрическим изолятором отрезка коаксиальной линии в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике коаксиального кабеля, согласно изобретения введена металлическая пластина, внутренняя поверхность которой, обращенная к диэлектрической оболочке коаксиального кабеля, исполнена по форме и размерам соответствующей форме и размерам диэлектрической оболочке коаксиального кабеля, причем металлическая пластина выполнена с, по меньшей мере, одним элементом соединения, обеспечивающим ее установку непосредственно на диэлектрической оболочке коаксиального кабеля, отверстие в диэлектрической оболочке, наружном проводнике, изолирующем слое и внутреннем проводнике коаксиального кабеля выполнено с диаметром, равным наружному диаметру диэлектрического изолятора, металлическая пластина и внешний проводник отрезка коаксиальной линии соединены между собой и свободны от гальванического (электрического) контакта с наружным проводником коаксиального кабеля.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- центральный проводник отрезка коаксиальной линии был установлен с возможностью его перемещения вдоль продольной оси отверстия, выполненного во внутреннем проводнике;

- выступающий наружу конец отрезка коаксиальной линии был выполнен виде коаксиального разъема;

- металлическая пластина была установлена на диэлектрической оболочке коаксиального кабеля посредством элемента соединения - клеевого слоя; - была введена вторая пластина, внутренняя поверхность которой, обращенная к диэлектрической оболочке коаксиального кабеля, была исполнена по форме и размерам соответствующей форме и размерам диэлектрической оболочке коаксиального кабеля, при этом вторая пластина установлена на диэлектрической оболочке коаксиального кабеля оппозитно металлической пластине с возможностью образования элемента соединения - хомута посредством монтажа металлической пластины и второй пластины винтами;

- центральный проводник отрезка коаксиальной линии был снабжен емкостным элементом, выполненным в виде зазора в центральном проводнике или в виде диэлектрической вставки в него.

- центральный проводник отрезка коаксиальной линии был снабжен индуктивным элементом, выполненным в виде волнистой наружной поверхности центрального проводника или в виде витой спирали, установленной в разрыве центрального проводника.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

Краткий перечень чертежей

Фиг. 1 изображает заявленное устройство, внешний вид;

Фиг. 2 - то же, что фиг. 1 , поперечное сечение;

Фиг 3 - то же, что фиг. 2, вариант с емкостным элементом;

Фиг. 4 - то же, что фиг. 2, вариант с индуктивным элементом;

Фиг. 5 - то же, что фиг. 2, другой вариант с индуктивным элементом;

Фиг.6 - результаты измерения КСВн ответвителя с использованием измерителя параметров АФС "Site Master S332B" в диапазоне 1500-2500 Мгц;

Фиг.7 -частотную зависимость коэффициента ответвления от частоты в диапазоне работы сетей сотовой связи стандартов GSM 1800 и UMTS.

Лучший вариант осуществления изобретения

Ответвитель для коаксиального кабеля (фиг. 1, 2) содержит отрезок 1 коаксиальной линии, выполненный из центрального проводника 2 и внешнего проводника 3, между которыми расположен диэлектрический изолятор 4. Коаксиальный кабель 5, предназначенный для использования в ответвителе, выполнен с изолирующим слоем 6 между его внутренним проводником 7 и наружным проводником 8 и с диэлектрической оболочкой 9 на наружном проводнике 8. Центральный проводник 2 отрезка 1 коаксиальной линии с диэлектрическим изолятором 4 электрически подсоединен к внутреннему проводнику 7 коаксиального кабеля 5 через отверстие, выполненное в диэлектрической оболочке 9, наружном проводнике 8, изолирующем слое 6 и внутреннем проводнике 7 коаксиального кабеля 5, с возможностью установки центрального проводника 2 с диэлектрическим изолятором 4 отрезка 1 коаксиальной линии в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике 7 коаксиального кабеля 5.

Введена металлическая пластина 10, внутренняя поверхность которой, обращенная к диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5, исполнена по форме и размерам соответствующей форме и размерам диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5. Металлическая пластина 10 выполнена с, по меньшей мере, одним элементом 11 соединения, обеспечивающим ее установку непосредственно на диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5. Отверстие в диэлектрической оболочке 9, наружном проводнике 8, изолирующем слое 6 и внутреннем проводнике 7 коаксиального кабеля 5 выполнено с диаметром, равным диаметру диэлектрического изолятора 4. Металлическая пластина 10 и внешний проводник 3 отрезка 1 коаксиальной линии соединены между собой и свободны от электрического контакта с наружным проводником 8 коаксиального кабеля 5.

Так же, как в ближайшем аналоге, центральный проводник 2 отрезка 1 коаксиальной линии установлен с возможностью его перемещения вдоль продольной оси отверстия, выполненного во внутреннем проводнике 7, для изменения величины коэффициента ответвления.

Кроме того, выступающий наружу конец отрезка 1 коаксиальной линии может быть выполнен виде коаксиального разъема для установки какого-либо дополнительного оборудования.

Металлическая пластина 10 может быть установлена на диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5 посредством элемента 11 соединения - клеевого слоя (фиг. 1, 2).

Кроме того, может быть введена вторая пластина 12, внутренняя поверхность которой, обращенная к диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5, исполнена по форме и размерам соответствующей форме и размерам диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5. Вторая пластина 12 установлена на диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля оппозитно металлической пластине 10 с возможностью образования элемента 11 соединения - хомута посредством монтажа металлической пластины 10 и второй пластины 12 винтами 13 (фиг. 1-5).

Центральный проводник 2 отрезка 1 коаксиальной линии (фиг. 3) может быть снабжен емкостным элементом 14 для корректировки частотной зависимости коэффициента ответвления. Емкостной элемент 14 может быть выполнен в виде зазора в центральном проводнике 3 или в виде диэлектрической вставки в зазор (могут использоваться и выпускаемые промышленностью конденсаторы).

Для корректировки частотной зависимости коэффициента ответвления центральный проводник 2 отрезка 1 коаксиальной линии может быть снабжен индуктивным элементом 15, выполненным в виде волнистой наружной поверхности центрального проводника 2 (фиг. 4). Индуктивный элемент 15 может быть в виде витой спирали (фиг. 5), установленной в разрыве центрального проводника 2. (Могут использоваться и выпускаемые промышленностью стандартные индуктивные элементы).

Монтаж устройства (фиг. 1, 2) осуществляют следующим образом.

В коаксиальном кабеле 5 (например, магистральном кабеле) в необходимом месте подсоединения дополнительного оборудования высверливается отверстие, проходящее через диэлектрическую оболочку 9, наружный проводник 8, изолирующий слой 6 во внутренний проводник 7. Диаметр этого отверстия выбирается таким, чтобы центральный проводник 2 с диэлектрическим изолятором 4 входил в отверстие с небольшим натягом. По сравнению с ближайшим аналогом удаления диэлектрической оболочки 9 под пружинящий элемент не требуется, а наоборот, для улучшения электрической емкостной связи требуется ее сохранность в месте контакта с диэлектрическим изолятором 4.

Центральный проводник 2 отрезка 1 имеет возможность установки (совместно с диэлектрическим изолятором 4) непосредственно в отверстии, выполненном во внутреннем проводнике 7 коаксиального кабеля для обеспечения максимальных величин коэффициента ответвления. Кроме того, центральный проводник 2 имеет возможность его перемещения вдоль продольной оси отверстия, выполненного во внутреннем проводнике 7. Коэффициент ответвления электромагнитной энергии регулируется глубиной проникновения центрального проводника 2 отрезка 1 коаксиальной линии в коаксиальный кабель 5.

Металлическая пластина 10, соединенная с внешним проводником 3 отрезка 1 коаксиальной линии, прижимается к диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5 и прикрепляется к ней элементом 11 соединения, например, слоем эпоксидного клея (фиг. 1, 2). Для повышения надежности соединения может быть введена вторая пластина 12, внутренняя поверхность которой, обращенная к диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5, исполнена по форме и размерам соответствующей форме и размерам диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля 5. Вторая пластина 12 установлена на диэлектрической оболочке 9 коаксиального кабеля оппозитно металлической пластине 10 с возможностью образования элемента 1 1 соединения - хомута посредством монтажа металлической пластины 10 и второй пластины 12 винтами 13 (фиг. 1-5).

Внешний проводник 3 может представлять собой наружный корпус коаксиального разъема. Таким образом, выступающий наружу конец отрезка 1 коаксиальной линии может быть выполнен виде коаксиального разъема. Это позволяет уменьшить габариты и упростить устройство для подсоединения к нему различного оборудования.

Для корректировки частотной зависимости коэффициента ответвления центральный проводник 2 отрезка 1 коаксиальной линии может быть снабжен емкостным элементов 14 или индуктивным элементом 15, выполненными в соответствии вышеописанными средствами (фиг. 3-5). При этом изменения диаметра отверстия в коаксиальном кабеле 5 или каких-либо дополнительных настроек не требуется, а корректировка осуществляется путем замены соответствующих емкостных элементов 14 или индуктивных элементов 15 (фиг. 3-5). Необходимость в корректировке частотной зависимости может возникнуть при расширении частотного диапазона коаксиального ответвителя для стабилизации его характеристик.

В заявленном устройстве отсутствуют непосредственные электро- механические контакты между проводниками отрезка 1 коаксиальной линии и коаксиального кабеля 5 (используется емкостная электрическая связь), что обеспечивает долгосрочную стабильность характеристик ответвителя и гарантирует отсутствие интермодуляционных помех. Кроме того, заявленное устройство более удобно при монтаже, т.к. не требует удаления диэлектрической оболочки 9 коаксиального кабеля 5 для установки какого-либо пружинящего элемента или других механических средств для обеспечения электрических контактов.

Как показали испытания, монтируемая непосредственно на магистральный коаксиальный кабель конструкция обеспечивает широкий диапазон уровня ответвления сигнала (-5 - -40дБ). Требуемый на практике коэффициент ответвления для получения необходимого уровня ВЧ энергии дополнительного оборудования может определяться на месте монтажа, например, путем подключения измерителя мощности к ответвителю или с использованием известной зависимости коэффициента ответвления от длины центрального проводника 2 отрезка 1.

Технические характеристики нескольких номиналов заявленного ответвителя сведены в таблицу:

Таблица

На фигурах 6 и 7 представлены результаты испытания образца ответвителя

(ОК) с коэффициентом ответвления (Котвл.) -7 дБ для коаксиального кабеля 5 диаметром 1/2" (кабель LCF 12-50 фирмы RFS). Ответвитель разработан для диапазона частот 1710-2170 МГц, обеспечивающего работу сетей сотовой связи в стандарте GSM 1800 и UMTS (3G).

Рабочий диапазон (фиг. 6) обозначен маркерами Ml и М2. Внутри рабочего диапазона КСВн меньше 1.3, что удовлетворяет Российским требованиям к элементам АФС сотовой связи 1.5. Рост КСВн на частотах свыше 2170 Мгц может быть скомпенсирован использованием вариантов ответвителя, изображенных на фигурах 4 и 5. На фигуре 7 заметно увеличение коэффициента ответвления с увеличением частоты. Корректировка также может быть реализована использованием вариантов, приведенных на фигурах 4 и 5.

Предельная простота конструкции и удобство монтажа, а также не высокая чувствительность зависимости коэффициента ответвления от геометрических размеров обуславливают практическую значимость предлагаемого устройства.

Промышленная применимость

Наиболее успешно заявленный ответвитель для коаксиального кабеля промышленно применим при реализации сложных, разветвлённых антенно-фидерных схем, может быть использован при построении сетей сотовой связи и беспроводного доступа и других систем связи в крупных зданиях и сооружениях (стадионы, торговые центры, подземные паркинги, метрополитен и т. д.).