Антенна со связанными между собой ферромагнитными стержнями с катушками
Объектом изобретения является ферритовая антенна, содержащая по меньшей мере один главный контур, содержащий по меньшей мере одну первую катушку, называемую главной катушкой (1), по меньшей мере один первый ферромагнитный стержень, называемый главным ферромагнитным стержнем (4), и систему (3) настройки, при этом каждая главная катушка (1) намотана вокруг главного ферромагнитного стержня (4) и соединена с системой (3) настройки, содержащей конденсатор, параллельно соединенный с главной катушкой (1). Ферритовая антенна отличается тем, что она дополнительно содержит вторичный нерезонансный контур, содержащий вторичную катушку (2), электрически отделенную от каждой главной катушки (1), и вторичный ферромагнитный стержень (5), вокруг которого намотана вторичная катушка (2), и тем, что каждый главный ферромагнитный стержень (4) и вторичный ферромагнитный стержень (5) расположены параллельно друг другу, чтобы обеспечивать магнитную связь каждой главной катушки (1) с вторичной катушкой (2). Техническим результатом при реализации заявленной группы решений является создание ферритовой антенны, просто и эффективно адаптируемой к реальному полному сопротивлению, в частности, 50 Ом. При этом ферритовая антенна обладает максимальной эффективностью, хорошей частотной гибкостью, позволяющей расширить общую полосу настройки антенны. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 13 ил.
1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к антенне для передачи и/или приема волн километровой частоты (30-300 кГц), гектометровой частоты (0,3-3 МГц) или декаметровой частоты (3-30 МГц). В частности, изобретение относится к ферритовой антенне со связанными ферромагнитными стержнями, то есть стержнями, содержащими по меньшей мере две катушки, намотанные вокруг по меньшей мере двух ферромагнитных стержней.
2. Уровень техники
Как правило, ферритовые антенны имеют несогласованное полное сопротивление, содержащее сильную реактивную составляющую, которая не позволяет эффективно использовать их в системах с нормализованным реальным полным сопротивлением (например, 50 Ом).
Чтобы уменьшить эту реактивную составляющую, применяют согласующую емкость, обеспечивающую устранение реактивной части полного сопротивления, но все же, как правило, полное сопротивление остается очень большим (десятки - сотни кОм), которое тем выше, чем больше число витков, образующих катушку.
Таким образом, чтобы получить меньшее полное сопротивление, число витков катушки уменьшают, но это уменьшение приводит к понижению коэффициента усиления антенны.
Были предложены другие решения для получения ферритовой антенны с удовлетворительным коэффициентом усиления и с меньшим полным сопротивлением, например, 50 Ом, что является входным полным сопротивлением почти всех устройств, предназначенных для использования в области радиочастотной связи.
Эти решения, представленные на фиг. 1а и 1b, состоят в добавлении к главной катушке 1 второй катушки, называемой вторичной катушкой 2, на одном и том же ферромагнитном стержне 4 (называемом также ферромагнитным сердечником или ферритовым сердечником). Главная катушка 1 соединена с системой 3 настройки, при этом главная катушка 1 и система 3 настройки образуют резонансный контур, называемый главным контуром.
В первом решении, показанном на фиг. 1а, вторичная катушка 2 намотана сверху на главную катушку 1.
Во втором решении, показанном на фиг. 1b, обе катушки намотаны рядом друг с другом.
Эти решения обеспечивают лучшее согласование полного сопротивления, но имеют другие недостатки: антенна согласно первому решению быстро теряет свой второй резонанс даже с умеренным числом витков на уровне главной катушки 1. Антенна согласно второму решению требует разделения пространства на ферромагнитном стержне 4, что снижает максимальную потенциальную эффективность антенны, так как главный контур 3 не может занимать всю длину ферромагнитного стержня 4. Кроме того, резонансное полное сопротивление этой антенны зависит одновременно от числа витков вторичной катушки 2, а также от соответствующего положения обеих катушек на ферромагнитном стержне, что может затруднить применение этого решения с точки зрения методологии. Кроме того, это решение позволяет менять частоту настройки только путем изменения значения компонентов, образующих систему настройки.
Наконец, оба решения характеризуются пониженной эффективностью на частотах, превышающих резонансную частоту, что предполагает их использование только на частоте настройки. В частности, полное сопротивление антенн согласно известным решениям при вторичном резонансе является либо почти нулевым (первое решение), либо очень низким (примерно 5 Ом во втором решении).
Авторы изобретения поставили перед собой задачу найти решение, альтернативное к предложенным решениям адаптации ферритовой антенны к реальному низкому полному сопротивлению, в частности, 50 Ом.
3. Задачи изобретения
Изобретение призвано устранить по меньшей мере некоторые недостатки известных ферритовых антенн.
В частности, изобретение призвано предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну, просто и эффективно адаптируемую к реальному полному сопротивлению, в частности, 50 Ом.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну, эффективность которой доведена до максимума.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну, обладающую хорошей частотной гибкостью, позволяющей расширить общую полосу настройки антенны.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну с более широкой полосой пропускания.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, мультирезонансную ферритовую антенну.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну с вторичным резонансном при высоком полном сопротивлении.
Изобретение призвано также предложить, по меньшей мере в варианте выполнения, ферритовую антенну с более высоким коэффициентом усиления по сравнению с известными решениями сверх главного резонанса.
4. Раскрытие изобретения
Объектом изобретения является ферритовая антенна для приема и/или передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, содержащая:
- по меньшей мере один первый резонансный контур, называемый главным контуром, содержащий по меньшей мере одну первую катушку, называемую главной катушкой, по меньшей мере один первый ферромагнитный стержень, называемый главным ферромагнитным стержнем, и систему настройки, при этом каждая главная катушка намотана вокруг главного ферромагнитного стержня и соединена с системой настройки, содержащей конденсатор, параллельно соединенный с главной катушкой,
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит:
- второй нерезонансный контур, называемый вторичным контуром, содержащий вторичную катушку, электрически отделенную от каждой главной катушки, и вторичный ферромагнитный стержень, вокруг которого намотана вторичная катушка,
и тем, что каждый главный ферромагнитный стержень и вторичный ферромагнитный стержень расположены параллельно друг другу, чтобы обеспечивать магнитную связь каждой главной катушки с вторичной катушкой.
Таким образом, заявленная ферритовая антенна обеспечивает адаптацию ферритовой антенны к реальному полному сопротивлению, в частности 50 Ом, благодаря использованию вторичной катушки, расположенной на ферромагнитном стержне, отличном от ферромагнитного стержня главной катушки. Ферромагнитные стержни не соединены друг с другом. Вторичный контур является нерезонансным, так как в отличие от главного контура он не содержит конденсатора и, следовательно, не образует схему LC.
Кроме того, это расположение позволяет максимально повысить эффективность антенны, так как главная катушка может полностью занимать весь первый ферромагнитный стержень. При использовании нескольких параллельно соединенных (и физически параллельных) главных катушек эффективность излучения антенны повышается.
Кроме того, заявленная антенна имеет вторичный резонанс при высоком полном сопротивлении, порядка нескольких кОм.
Кроме того, коэффициент усиления антенны повышается сверх главного резонанса, так как магнитные потоки в главных катушках и во вторичной катушке по существу являются синфазными, в отличие от известных решений, где они смещены по фазе на 180°.
Антенну можно использовать с передающей системой малой мощности, такой как система радиочастотной идентификации RFID (от Radio Frequency Identification на английском языке), узкополосные приемо-передающие системы (симплексные, дуплексные или полнодуплексные) средней и большой дальности, а также системы приема и перехвата информации в виде модулированных или не модулированных сигналов, которые распространяются по радиоканалу. Кроме того, антенну можно использовать в металлодетекторах.
В частности, изобретение имеет два резонанса, которые можно использовать для одновременной работы при передаче/приеме. В этом случае предпочтительно используют резонанс, наиболее близкий к 50 Ом, для передачи и другой резонанс при более высоком полном сопротивлении для приема.
Предпочтительно и согласно изобретению, главный ферромагнитный стержень и вторичный ферромагнитный стержень выполнены с возможностью поступательного перемещения относительно друг друга в своих главных направлениях.
Согласно этому признаку изобретения, перемещение ферромагнитных стержней относительно друг друга позволяет регулировать резонансную частоту ферритовой антенны.
Предпочтительно и согласно изобретению, конденсатор является переменным конденсатором.
Согласно этому признаку изобретения, изменение значения емкости переменного конденсатора позволяет регулировать настройку антенны.
Предпочтительно заявленная антенна содержит по меньшей мере один второй главный контур, называемый дополнительным контуром, расположенный параллельно с главным контуром и с вторичным контуром.
Согласно этому признаку изобретения, антенна имеет расширенную полосу пропускания, если дополнительный главный контур или дополнительные главные контуры имеют главную катушку с одинаковым числом витков вокруг главного ферромагнитного стержня, или имеет множественные резонансы, если дополнительный главный контур или дополнительные главные контуры имеют главную катушку с разным числом витков вокруг главного ферромагнитного стержня. Кроме того, положение главных контуров относительно друг друга влияет также на ширину полосы пропускания или на множественный резонанс.
Каждый дополнительный контур соединен с конденсатором, который для каждого дополнительного контура может иметь фиксированное или переменное значение емкости. Конденсаторы каждого дополнительного контура могут иметь одинаковую или разную добротность в зависимости от дополнительных контуров. Эти различия могут способствовать регулированию мультирезонансного или широкополосного характера антенны.
Предпочтительно и согласно этому последнему признаку изобретения, по меньшей мере один из дополнительных контуров выполнен с возможностью поступательного перемещения относительно главного контура в направлении, поперечном к главному направлению главного ферромагнитного стержня главного контура.
Согласно этому признаку изобретения, приближение или удаление дополнительных главных контуров обеспечивает частотное согласование антенны, что позволяет, например, получить мультрезонансную или широкополосную антенну, в которой можно регулировать резонансные частоты или ширину полосы.
Использование переменного конденсатора и/или механических перемещений одного контура относительно других позволяет регулировать главную частоту настройки антенны, не теряя при этом ни в согласовании, ни в эффективности. Этого невозможно добиться в известных решениях, которые ограничены, в частности, с точки зрения механических регулировок, быстрой потерей согласования или эффективности.
Объектом изобретения является также антенная система, отличающаяся тем, что она содержит две заявленные ферритовые антенны, а именно первую ферритовую антенну и вторую ферритовую антенну, в которой главные и вторичный ферромагнитные стержни проходят в направлении, перпендикулярном к направлению главных и вторичного ферромагнитных стержней первой ферритовой антенны, и вторая ферритовая антенна имеет сдвиг электрической фазы на ±π/4 по отношению к первой ферритовой антенне.
Согласно этому признаку изобретения, антенная система позволяет получать всенаправленное излучение при помощи ферритовых антенн, естественным образом имеющих нули излучения на концах ферромагнитных стержней. Кроме того, полученную антенную систему можно использовать для радиогониометрической функции путем соединения каждой антенны с системой считывания, которая определяет направление локализуемого сигнала в зависимости от амплитуд и фаз сигнала на выходе антенн.
Объектом изобретения является также система приема/передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающаяся тем, что она содержит заявленную ферритовую антенну.
Заявленную приемо-передающую систему можно использовать, например, в качестве передающей системы малой мощности, такой как системы радиочастотной идентификации RFID (от Radio Frequency Identification на английском языке), узкополосные приемо-передающие системы (симплексные, дуплексные или полнодуплексные) средней и большой дальности, а также системы приема и перехвата информации в виде модулированных или не модулированных сигналов, которые распространяются по радиоканалу.
Объектом изобретения является также система приема/передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающаяся тем, что она содержит заявленную антенную систему.
Заявленную приемо-передающую систему можно использовать, например, в качестве радиогониометрической системы считывания, которая позволяет определять направление локализуемого сигнала в зависимости от амплитуд и фаз принимаемого сигнала на выходе антенн, образующих антенную систему.
В частности, объектом изобретения является также приемо-передающая система типа электронного терминала связи для приема и/или передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающаяся тем, что она содержит заявленную антенну и приемо-передающее устройство, соединенное с антенной и выполненное с возможностью обрабатывать сигналы, принимаемые антенной, и/или передавать на антенну предназначенные для передачи сигналы.
Предпочтительно заявленный электронный терминал связи содержит электронные и/или механические средства регулирования главной частоты настройки антенны.
В частности, если антенна содержит переменный конденсатор, средства регулирования позволяют изменять емкость упомянутого переменного конденсатора. Если антенна содержит контуры или ферромагнитные стержни, которые можно поступательно перемещать относительно друг друга (описанный ваше вариант выполнения), средства регулирования обеспечивают механическое перемещение упомянутых контуров или ферромагнитных стержней.
Объектами изобретения являются также антенна, антенная система, приемо-передающая система и электронный терминал связи, характеризующиеся в комбинации всеми или частью вышеупомянутых или описанных ниже признаков.
5. Список фигур
Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1а и 1b (уже описаны) - схематичные виды известных ферритовых антенн.
Фиг. 2а - схематичный вид ферритовой антенны согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг. 2b - схематичный вид в перспективе ферритовой антенны согласно второму варианту выполнения изобретения.
Фиг. 2с - схематичный вид в перспективе ферритовой антенны согласно третьему варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3 - график, показывающий изменение выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения, на номограмме Смита.
Фиг. 4 - схематичный вид магнитных потоков, проходящих между двумя катушками типа трансформаторных обмоток.
Фиг. 5 - график, показывающий уровень согласования ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения в зависимости от положения главного ферромагнитного стержня относительно вторичного ферромагнитного стержня.
Фиг. 6 - график сравнения коэффициента усиления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения и известных антенн в зависимости от частоты.
Фиг. 7 - схематичный вид в перспективе ферритовой антенны согласно четвертому варианту выполнения изобретения.
Фиг. 8 - график сравнения изменения выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно различным вариантам выполнения изобретения, на номограмме Смита, в зависимости от магнитной проницаемости ферромагнитных стержней.
Фиг. 9 - график сравнения изменения выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения и известных антенн, на номограмме Смита.
Фиг. 10 - график, показывающий коэффициент усиления ферритовой антенны согласно двум вариантам выполнения изобретения, содержащей несколько главных контуров, в зависимости от частоты.
Фиг. 11 - схематичный вид ферритовой антенны согласно пятому варианту выполнения изобретения, соединенной с усилителем.
Фиг. 12а, 12b и 12с - схематичные виды антенных систем согласно различным вариантам выполнения изобретения.
Фиг. 13 - схематичный вид в перспективе антенной системы согласно варианту выполнения изобретения.
6. Подробное описание варианта выполнения изобретения
Нижеследующие варианты выполнения представлены в качестве примеров. Хотя описание ссылается на один или несколько вариантов выполнения, это вовсе не значит, что каждая ссылка относится к одному и тому же варианту выполнения или что отличительные признаки применимы только к одному варианту выполнения. Отдельные признаки различных вариантов выполнения можно также комбинировать для получения других вариантов выполнения. В целях иллюстрации и ясности масштабы и пропорции на фигурах строго не соблюдены.
На фиг. 2а схематично представлена ферритовая антенна согласно первому варианту выполнения изобретения.
Ферритовая антенна содержит две параллельные (физически и электрически) главные катушки, а именно первую главную катушку 1а, намотанную вокруг первого главного ферромагнитного стержня 4а, и вторую главную катушку 1b, намотанную вокруг второго главного ферромагнитного стержня 4b, соединенные параллельно с системой 3 настройки, образованной конденсатором. Конденсатор может быть переменным конденсатором, чтобы можно было изменять значение емкости упомянутого переменного конденсатора и обеспечивать, таким образом, возможность настройки антенны по частоте. Система 3 настройки и обе главные катушки 1а, 1b образуют главный контур. Согласно другим вариантам выполнения, главные катушки могут быть соединены последовательно.
Согласно второму варианту выполнения, представленному схематично и в перспективе на фиг. 2b, ферритовая антенна содержит только одну главную катушку 1, и главная катушка 1 содержит другое (в данном случае большее, чтобы максимально повысить эффективность излучения) число витков, чем вторичная катушка 2, чтобы корректировать полное сопротивление при настройке.
Согласно третьему варианту выполнения, представленному схематично и в перспективе на фиг. 2с, ферритовая антенна содержит, как и в первом варианте выполнения, представленном на фиг. 1, две главные катушки 1а, 1b и вторичную катушку 2, содержащие в данном случае одинаковое число витков.
Для улучшения своего согласования ферритовая антенна дополнительно содержит нерезонансный вторичный контур, образованный вторичной катушкой 2, намотанной вокруг вторичного ферромагнитного стержня 5. В отличие от главного контура вторичный контур не связан с конденсатором и, следовательно, не образует резонансную схему LC.
Главные катушки 1а, 1b и вторичная катушка 2 физически расположены параллельно, при этом вторичная катушка 2 оделена от главных катушек, и катушки центрованы по своим ферромагнитным стержням.
Предпочтительно ферромагнитные стержни имеют одинаковые формы, размеры и радиоэлектрические свойства. Стержни выполнены из так называемых «мягких» ферромагнитных материалов, как правило, на основе NiZn или MnZn, и предпочтительно характеризуются слабыми потерями (tan δ << 1) в рабочем частотном диапазоне ферритовой антенны.
Направление намотки между главной или главными катушками и вторичной катушкой может быть одинаковым или разным, что не влияет на эффективность излучения на главной резонансной частоте. Сечение провода, образующего катушку, предпочтительно является одинаковым во всех катушках и характеризуется высокой проводимостью. Например, катушки могут быть выполнены из провода Литца для повышения эффективности излучения.
Система 3 настройки обеспечивает регулирование ферритовой антенны: в частности, конденсатор системы 3 настройки емкостью С образует вместе с катушкой, имеющей индуктивность L, контур LC с первой резонансной частотой fr1, называемой частотой настройки, приблизительно равной:
Главный контур сам имеет высокое реальное полное сопротивление на этой первой резонансной частоте fr1. Вторичная катушка 2 позволяет создать вторую резонансную частоту fr2, где напряжение и ток совмещены по фазе, чтобы получить меньшее реальное полное сопротивление по сравнению с первой резонансной частотой fr1. Резонансные частоты fr1 и fr2 показаны на фиг. 3, где представлен график изменения выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения на номограмме Смита путем моделирования или измерения на реальной ферритовой антенне.
Работа заявленной ферритовой антенны основана на принципе магнитной связи аналогично работе трансформатора, как показано на фиг. 4, где изображен магнитный поток, проходящий между двумя катушками. Показанные на этой фигуре катушки намотаны на один и тот же ферромагнитный сердечник, образуя замкнутый контур. Магнитный поток Фp первой катушки передается в сторону магнитного потока Фs второй катушки с коэффициентом связи k, который обычно находится в пределах от 0,3 до 0,6 для используемых материалов, относительная магнитная проницаемость которых колеблется от 100 до 600. На фиг. 8 представлен график, показывающий изменение выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно различным вариантам выполнения на номограмме Смита в зависимости от относительной магнитной проницаемости ферромагнитных стержней со значениями 100, 200, 400 и 500.
В заявленной ферритовой антенне ферромагнитные стержни не образуют замкнутого контура, и магнитные потоки направляются в одном направлении (когда во время работы антенна близка к резонансу и после резонанса), конструктивно дополняя друг друга, что обеспечивает эффективное распространение электромагнитной волны, генерируемой ферритовой антенной.
В отличие от известных решений, представленных на фиг. 1а и 1b, в которых сверх резонансной частоты магнитные потоки проходят в противоположных направлениях, направление магнитного потока в заявленной ферритовой антенне остается одним и тем же, что позволяет сохранять высокий коэффициент усиления даже сверх частоты настройки и использовать ее в амортизированной системе.
Заявленная ферритовая антенна позволяет получать низкое полное сопротивление на второй резонансной частоте fr2: если число витков главной катушки или главных катушек и вторичной катушки 2 является одинаковым, полное сопротивление на второй резонансной частоте fr2 составляет примерно от 20 Ом до 200 Ом в зависимости от добротности резонансного контура, от уровня связи, который зависит от промежутка между главной катушкой или главными катушками и вторичной катушкой, от числа витков в катушках и от относительной проницаемости ферромагнитных стержней.
Число витков вторичной катушки 2 позволяет регулировать это полное сопротивление, при этом уменьшение числа витков приводит к уменьшению полного сопротивления.
Более высокое полное сопротивление со значениями между несколькими сотнями Ом и несколькими кОм получают на первой резонансной частоте fr1. Это полное сопротивление регулируют точно так же при помощи числа витков вторичной катушки или промежутка между катушками.
Частоты при резонансе можно регулировать путем изменения согласующей емкости, а также путем поперечного перемещения первого ферромагнитного стержня 4 относительно второго ферромагнитного стержня 5.
На фиг. 5 представлен график, показывающий уровень согласования ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения, согласуемой по значению 50 Ом, в зависимости от положения главного ферромагнитного стержня относительно вторичного ферромагнитного стержня. Кривые показывают нулевое (центр) перемещение, перемещение на два, четыре и шесть сантиметров в главном направлении ферромагнитного стержня и в направлении, показанном на схеме внизу справа. Перемещение стержня обеспечивает согласование в сторону более высоких частот (по причине уменьшения индуктивности главной катушки 1) и увеличение реальной части полного сопротивления. Максимальное допустимое перемещение стержня составляет от 20% до 40% длины стержня. Если контур содержит несколько главных катушек и, следовательно, несколько главных ферромагнитных стержней, перемещения главных ферромагнитных стержней 4 могут быть идентичными или могут отличаться от одного стержня к другому.
На фиг. 6 представлен график сравнения коэффициента усиления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения и описанных выше известных антенн (надпись «технология 1» соответствует ферритовой антенне, показанной на фиг. 1а, надпись «технология 2» соответствует ферритовой антенне, показанной на фиг. 1b, надпись «технология 3» соответствует заявленной ферритовой антенне) в зависимости от частоты. Все три антенны имеют одинаковые ферромагнитные стержни с одинаковым числом витков намотки и с ферромагнитными стержнями, центрованными по катушке.
Если эффективность антенн является сравнимой на первой резонансной частоте (в данном случае 1 МГц), то заявленная антенна показывает меньшее снижение коэффициента усиления на более высоких частотах. Таким образом, заявленная антенна имеет более широкий частотный диапазон, и ее можно использовать, например, в дуплексной системе, где частота приема является более высокой, чем частота передачи, на резонансной частоте.
На фиг. 9 представлен график сравнения изменения выходного полного сопротивления ферритовой антенны согласно варианту выполнения изобретения и известных антенн, на номограмме Смита. Надписи для кривых идентичны надписям для кривых на фиг. 5. Катушки всех трех антенн имеют одинаковое число витков. При одинаковом числе витков и одинаковом коэффициенте усиления антенна, показанная на фиг. 1а (технология 1), имеет только одно пригодное к использованию полное сопротивление, при этом второе является почти нулевым, антенна, показанная на фиг. 1b (технология 2) имеет низкое полное сопротивление на вторичном резонансе, менее 5 Ом, и заявленная антенна (технология 1) имеет высокое полное сопротивление на вторичном резонансе, около 1кОм.
На фиг. 7 представлен схематичный вид в перспективе ферритовой антенны согласно четвертому варианту выполнения изобретения. В этом варианте выполнения ферритовая антенна имеет несколько главных контуров, каждый из которых образован катушкой 1, 1' и 1'', намотанной вокруг главного ферромагнитного стержня 4, 4' и 4''. Ферритовая антенна содержит единственную вторичную катушку 2, намотанную вокруг вторичного ферромагнитного стержня 5, с которой связаны главные катушки 1, 1' и 1''.
Главные катушки 1, 1' и 1'' имеют разное число витков, чтобы получить мультрезонансную антенну, то есть антенну с несколькими резонансными частотами, в частности, по числу главных контуров. В другом, не показанном на фигурах варианте выполнения главные контуры имеют главные катушки с близкими характеристиками с точки зрения числа витков и согласования при помощи системы настройки, образуя широкополосную антенну. Точно так же правильный выбор добротности различных конденсаторов позволяет генерировать мультирезонансный отклик с шириной полосы, меняющейся по частоте, или, наоборот, с широкой полосой.
Согласно варианту выполнения изобретения, по меньшей мере один дополнительный контур или все дополнительные контуры можно приблизить к главному контуру или удалить от главного контура в направлении, поперечном (то есть перпендикулярном) к главному направлению главного контура, чтобы обеспечить частотное согласование антенны.
На фиг. 10 представлен график, показывающий коэффициент усиления ферритовой антенны согласно двум вариантам выполнения изобретения, содержащей несколько главных контуров, в зависимости от частоты, например, антенны, описанной со ссылками на фиг. 7. В частности, кривая с обозначением «широкополосная» соответствует антенне, имеющей широкую полосу от 0,92 МГц до 1,04 МГц, и кривая с обозначением «двухчастотная» соответствует антенне, имеющей резонанс на двух частотах, 0,87 МГц и 1,06 МГц.
На фиг. 11 схематично показана ферритовая антенна согласно пятому варианту выполнения изобретения, используемая для приема, содержащая только одну главную катушку 1 и соединенная с усилителем 6 на уровне вторичной катушки 2. Усилитель 6 требует на своем входе специального полного сопротивления, которое можно получить путем регулирования полного сопротивления ферритовой антенны, как было указано выше. Для заявленной ферритовой антенны, используемой в качестве передающей, антенна должна быть соединена с передающим устройством, например, напрямую с генератором или с выходом усилителя, и должна иметь такое же входное полное сопротивление, как и передающее устройство, чтобы избегать возврата подаваемой мощности.
На фиг. 12а, 12b и 12с схематично показаны антенные системы согласно различным вариантам выполнения изобретения, соединенные с телекоммуникационными устройствами, чтобы образовать электронный терминал связи (или телекоммуникационный терминал), а на фиг. 13 схематично и в перспективе показана антенная система согласно одному из этих вариантов выполнения.
Антенные системы содержат, каждая, две ферритовые антенны согласно варианту выполнения изобретения:
- первую ферритовую антенну, которая содержит главную катушку 1, намотанную вокруг главного ферромагнитного стержня 4 и соединенную с системой 3 настройки, а также вторичную катушку 2, намотанную вокруг вторичного ферромагнитного стержня 5,
- вторую ферритовую антенну, которая содержит главную катушку 101, намотанную вокруг главного ферромагнитного стержня 104 и соединенную с системой 103 настройки, а также вторичную катушку 102, намотанную вокруг вторичного ферромагнитного стержня 105.
Обе ферритовые антенны, в частности, их вторичные катушки 2, 102 соединены с фазовращателем 7, обеспечивающим сдвиг электрической фазы между двумя антеннами на ±π/4. Фазовращатель работает только в случае, если ферритовые антенны имеют такое же характеристическое полное сопротивление, как и фазовращатель, чего добиваются, используя описанные выше возможности регулирования полного сопротивления.
В варианте выполнения, представленном на фиг. 12а, фазовращатель антенной системы работает с усилителем 108 и с приемным устройством 111 (или приемником). В этом варианте выполнения антенны согласованы по значению 50 Ом. Фазовращатель тоже имеет характеристическое полное сопротивление 50 Ом и, следовательно, соединен напрямую, с одной стороны, с антеннами и, с другой стороны, с усилителем 108, который тоже согласован по значению 50 Ом. Сигнал, усиленный усилителем, поступает в приемник 111.
В варианте выполнения, представленном на фиг. 12b, каждая антенна антенной системы соединена с усилителем 108 с высоким полным сопротивлением. Усилители 108 с высоким полным сопротивлением соединены с фазовращателем 7, и фазовращатель 7 соединен с приемником 111. В этом варианте выполнения антенны согласованы по значению 1 кОм и, следовательно, могут быть соединены с усилителями 108 с высоким полным сопротивлением, полное сопротивление которых выше, чем у антенн, и которые работают оптимально, когда антенны согласованы по значению 1кОм. Вместе с тем значения выходного полного сопротивления усилителей 108 с высоким полным сопротивлением равны 50 Ом, и они соединены с фазовращателем 7, который передает смещенный по фазе и комбинированный сигнал в приемник 111.
В варианте выполнения, представленном на фиг. 12с, антенная система аналогична варианту выполнения, показанному на фиг. 12b, но в котором приемник заменен приемо-передающим устройством 112 (или приемопередатчиком) и к которому добавлена схема, обеспечивающая передачу через два усилителя 110 с полным сопротивлением 50 Ом, параллельно подключенных к усилителям 108 с высоким полным сопротивлением. Реле 109 позволяют делать выбор между передачей и приемом. Благодаря двойному резонансу антенн антенной системы, можно использовать первый резонанс при низком полном сопротивлении (50 Ом) для передачи и второй резонанс при высоком полном сопротивлении (несколько кОм) для приема. Согласно другим вариантам выполнения, передачу и прием можно производить на единой частоте при полном сопротивлении 50 Ом для всех усилителей.
Как показано на фиг. 13, две ферритовые антенны расположены перпендикулярно друг к другу таким образом, чтобы каждая антенна компенсировала нулевое излучение другой антенны на концах ферромагнитных стержней. Таким образом, полученная система имеет всенаправленное излучение и может быть использована, в частности, для радиогониометрического применения.
Описанные антенны и антенные системы можно интегрировать в систему приема/передачи волн или электронный терминал связи, причем эти системы или терминалы содержат передающие устройства (например, генератор с усилителем или без усилителя), и/или принимающие устройства (соединенные с линией передачи, например, через усилитель).
1. Ферритовая антенна для приема и/или передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, содержащая:
- по меньшей мере один первый резонансный контур, называемый главным контуром, содержащий по меньшей мере одну первую катушку, называемую главной катушкой (1), по меньшей мере один первый ферромагнитный стержень, называемый главным ферромагнитным стержнем (4), и систему (3) настройки, при этом каждая главная катушка (1) намотана вокруг главного ферромагнитного стержня (4) и соединена с системой (3) настройки, содержащей конденсатор, параллельно соединенный с главной катушкой (1),
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит:
- второй нерезонансный контур, называемый вторичным контуром, содержащий вторичную катушку (2), электрически отделенную от каждой главной катушки (1), и вторичный ферромагнитный стержень (5), вокруг которого намотана вторичная катушка (2),
и тем, что каждый главный ферромагнитный стержень (4) и вторичный ферромагнитный стержень (5) расположены параллельно друг другу таким образом, чтобы обеспечивать магнитную связь каждой главной катушки (1) с вторичной катушкой (2).
2. Ферритовая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что главный ферромагнитный стержень (4) и вторичный ферромагнитный стержень (5) выполнены с возможностью поступательного перемещения относительно друг друга в своих главных направлениях.
3. Ферритовая антенна по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что конденсатор является переменным конденсатором.
4. Ферритовая антенна по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один второй главный контур, называемый дополнительным контуром и расположенный параллельно с главным контуром и со вторичным контуром.
5. Ферритовая антенна по п. 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из дополнительных контуров выполнен с возможностью поступательного перемещения относительно главного контура в направлении, поперечном к главному направлению главного ферромагнитного стержня главного контура.
6. Антенная система, отличающаяся тем, что она содержит две ферритовые антенны по одному из пп. 1-5, а именно первую ферритовую антенну и вторую ферритовую антенну, в которой главные и вторичный ферромагнитные стержни проходят в направлении, перпендикулярном к направлению главных и вторичного ферромагнитных стержней первой ферритовой антенны, и вторая ферритовая антенна имеет сдвиг электрической фазы на ±π/2 по отношению к первой ферритовой антенне.
7. Система приема/передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающаяся тем, что она содержит ферритовую антенну по одному из пп. 1-5.
8. Система приема/передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающаяся тем, что она содержит антенную систему по п. 6.
9. Электронный терминал связи для приема и/или передачи волн километровой, гектометровой или декаметровой частоты, отличающийся тем, что он содержит антенну по одному из пп. 1-5, и приемопередающее устройство, соединенное с антенной и выполненное с возможностью обрабатывать сигналы, принимаемые антенной, и/или передавать на антенну предназначенные для передачи сигналы.
10. Электронный терминал связи по п. 9, отличающийся тем, что он содержит электронные и/или механические средства регулирования главной частоты настройки антенны.
