CN104303365B - 具有阻抗校正器的可重构谐振天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术，并且可用作长波、中波和短波通信的紧凑可重构天线。一种具有由电感线圈组成的阻抗校正器的天线，包括平面或三维振荡器。该振荡器被设置在以变压器形式的阻抗校正器的磁场内。该变压器被设置在磁导体的开口芯上。振荡器器电连接到变压器的次级绕组。该变压器具有可变的传输系数。磁导体由铁磁材料颗粒和无磁性粘合剂的混合物制造。技术效果是提高了共振天线的最大功率，以及在无线电波的大范围内重构其工作频率的能力，因而，扩展了使用收发器的功能可能性。

Description

具有阻抗校正器的可重构谐振天线

技术领域

本发明涉及天线设备，并且可用在小尺寸的收发无线电通信及导航单元中，以及一种可被安装在固定和移动通信设备上的单独的天线。

背景技术

目前，公知的是，无线电波的百米和十米波段的有效现代天线的尺寸制造为几十和几百米，其明显地将它们在移动无线电通信中的使用最小化并且增加部署固定天线以实现无线电通信的时间。天线的这些类型妨碍了百米和十米无线电通信的发展和实现和在长、中和短波无线电通信领域中收发器的设计。由于空间中长、中和短波传播的特有属性，该无线电波波段暗示自身对实现大范围的无线电通信更有吸引力。

具有铁磁芯及放置在其上的接收线圈的小尺寸的铁氧体天线的设计可从俄罗斯联邦的专利No.2344433获知。

该天线的缺点是它仅能被用作接收方，因为在无线电信号传送到铁氧体天线的模式中铁磁材料饱和导致了传输信号的失真。

根据俄罗斯联邦的专利No.2324267，有众所周知的宽带图像振荡天线，其包含连接到同轴电缆的内导体的垂直振荡器，包括第一和第二电感的匹配装置，天线电感线圈，第一和第二电阻器，以及在水平面内具有圆极化图案的振荡器。

上述提到的图像振荡天线具有以下缺点：垂直矩形辐射元件的高度为0.038λ，其中，λ是在1.5MHz的频率产生7,6m的操作波段的最高波长。考虑到天线的平面矩形设计，可以得到一个结论：上述设计在移动版本的LW和MW波段内的应用在技术上难以适用，并且大部分情况下是完全不可能的。

根据已知专利US3267476的天线包含1D半波杆形式的振荡器，具有开口磁芯的匹配变压器，所述变压器的次级绕组连接到杆，而功率被馈送到初级绕组。然而，该天线并不具有超小尺寸。类似的天线仅可被用作超短波范围内的移动天线。由于它庞大的尺寸，所以这种天线在短、中和长波范围内作为移动天线的应用是不可能的。

与所要求保护的装置技术上最接近的类似物是根据专利RU2413344的天线。

该天线包含2D或3D导电体形式的振荡器，具有开口磁芯的匹配变压器，所述变压器的次级绕组连接到振荡器，而功率被馈送到初级绕组。该天线具有小尺寸，并且可以被用于移动无线电通信；然而，它具有一些缺点，即：

-它具有非常窄的带宽，并且不能在所需的频带内进行调整；

-当被制造时，难以将其调谐到所需的频率，这意味着这妨碍了该天线的大规模生产；

-该天线的类似设计仅可以有效地用于1-5W的小功率的便携式无线电站的信号的发射，这是因为当发射更大功率的信号时，制造磁芯的铁氧体杆会进入磁饱和，并且它们会变热。所有的这些不允许使用这些天线传输至几十和几百瓦特的功率，而这对于车载通信装置是特别需要的。

发明内容

本发明的目标是克服上述缺点，并且提供一种天线，该天线提供在相当宽的范围内重新调谐天线的操作频率的可能性，保持其小的尺寸而增大传输功率，以便对于LW、MW和SW无线电通信的移动系统扩展无线电设备的功能能力。

解决问题的方案是，该天线包括变压器形式的匹配装置和平面或体导电体形式的振荡器，该变压器包括初级和次级绕组、开口磁芯，该振荡器位于变压器的磁场内且连接到次级绕组。根据所要求保护的发明的匹配变压器用可变的变压系数制造，以便该变压器的次级绕组相对于磁芯或初级绕组具有一定的自由度，并且它还具有磁芯和/或线圈的手动或者自动运动的装置。

所要求保护的天线由表示具有电能力的2D平面或者3D体导电体的振荡器-辐射元件组成。该天线包括以初级和次级绕组以及开口回路形式的可调变压系数的匹配变压器。该变压器被如此定位以便变压器的磁场能够超出变压器的边界，并且覆盖天线结构的相邻元件，即体或者平面振荡器。该变压器的磁场是关于其值足够快地下降的磁场。它实际位于没有超出变压器的线性尺寸的若干单位的空间中，通常，该空间的尺寸小于辐射天线的波长的1％。

此外，根据所要求保护的发明，天线的匹配装置的磁芯由铁磁材料颗粒和无磁性粘合材料的混合物制成。

附图说明

在附图中示出本发明，其中，图1描绘了天线的等效电路图，而图2示出了所示的共振天线的结构图；图3示出了天线的横截面；图4示出了天线的外观；以及图5示出了安装在车辆顶部上的天线的设计变体；图6示出了具有机动的调整部分的天线的实施例的图示。

具体实施方式

图3和图4中的天线由振荡器和变压器组成。图2中的任意2D或3D形式的振荡器例如可以是由任何导电材料制成的圆柱体。在天线的车载变体的情形中，位于箱壁上的由薄片制成的平面导电元件可以作为振荡器，如图4。变压器被实现在开口磁路2上，并且包含以在壳体6上的该变压器的初级3和次级4绕组形式的电感线圈。位于壳体6上的由薄片制成的振荡器1电连接到变压器的次级绕组4，并且位于变压器的磁场内。通过借助于电缆的变压器的初级绕组3的端子A和B或者直接从经由任何连接单元5的无线电传送装置的天线插座实现天线的馈电。图1中的变压器C的次级绕组的第二端子连接到公共线或者连接到初级绕组的端子。

通过可移动的磁芯提供匹配变压器的可变的变压系数。磁芯关于次级绕组的固定和手动移动的机制以调谐钮7可以沿着天线壳体8上下移动和把磁芯固定于调谐钮7的形式实现。频带刻度9可被画在天线的壳体上并且调谐钮的位置指示共振天线调谐的当前频率。调谐钮紧紧地靠着天线壳体的表面并且在摩擦力和卡锁10的帮助下被固定在选定的位置。

包括匹配装置的天线如下工作。当来自连接单元5的信号被馈送到变压器的初级绕组3时，出现了一个磁场，该磁场在次级线圈4和开口磁芯2内感应出磁场。磁场绕着变压器出现，其磁感应矢量沿着磁芯指向。由于来自电连接到振荡器1的变压器的次级递升的绕组4的高压馈电，垂直于振荡器1的平面指向的电场强度矢量出现。假设振荡器(辐射元件)1以这样的方式位于变压器的磁场的操作区域内：感应在“辐射元件”上的电场的磁感应矢量和强度矢量之间的角接近90°，于是无线电波产生的充分条件出现在振荡器的附近。磁芯被制造为沿着第二线圈的轴可移动。由于给定的天线是共振天线，并且表示开口调谐电路，于是，沿着第二绕组的轴的磁芯的位置的变化改变了该电路对其他频率的电感。当SWR(驻波比)不超过1.2时，所有的这些允许天线频率在频带的10-20％内的重新调谐。

可以按照包括自动版本的各种方式(例如，借助于位于磁芯(电路)的轴上的天线内的线性位移伺服马达)实现磁芯(电路)或者线圈的移动和固定的机制结构。

图6示出了具有使用常规的马达用于调整磁电路的位置的机电机制的天线的截面结构。天线的结构元件被安装在三个框架上。在以管形式执行的内部框架11中，放置铁磁磁路2。在中间框架8上，变压器绕组3、4被安装并且发出振荡器1。通过电马达16和齿轮15经由马达旋转螺丝12实现芯相对于变压器的内部框架的移动。螺栓13的拧紧和拧松导致具有电路2的结构11的垂直运动。导轨14提供框架11相对于转子12的旋转轴的引导。为了改变天线的操作频率，馈送马达电源，其极性依靠于其旋转的方向。此时，发生天线的共振频率的向上或者向下重排。

用于匹配装置的各种磁芯(电路)是已知的。它们全部都是由铁磁的材料-铁氧体、变压器钢、非晶铁箔制成的。在共振条件下的大功率的信号的传输期间，在小尺寸天线的匹配装置中具有好的频率特性的铁氧体磁芯(电路)的使用导致铁磁材料的磁饱和，变热和损耗。

为了增大传输信号的功率，在保持天线的整体尺寸的同时，使用合成的磁芯，其不是集成的磁性材料，而是由磁性材料颗粒和非磁性粘结物质的混合物制成的，例如聚合物粘合剂和铁氧体粉末，并且这导致磁性材料的饱和实现了向天线传输的更大功率。

工业实用性

本发明可以借助于已有的设备、技术和材料工业实现。

本发明实质上扩展了操作频率范围，大幅度地提高了用于小尺寸的共振天线的辐射功率，并且简化了在天线工业级别制造期间的天线的调谐。

Claims (2)

1.一种具有匹配装置的天线，包括变压器形式的匹配装置和以平面或体导电体形式的辐射振荡器，所述变压器包括初级和次级绕组、开口磁芯，所述辐射振荡器连接到次级绕组且位于匹配变压器的磁场内，其特征在于：所述匹配变压器采用可变的变压系数制造，以便所述变压器的次级绕组相对于磁芯具有一定的自由度，并且其还具有磁芯相对于线圈的手动或者自动运动并且被固定在选定位置的装置。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述磁芯由铁磁材料颗粒和无磁性粘合剂的混合物制成。