CN110729553A - 谐振可调谐天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通常在矿井中提供通信的天线技术，还特别涉及用于提供感应通信的小型谐振可调谐天线。技术效果是可在宽无线电波范围内平滑调节天线工作频率，因此可补偿具有电容的外部物体的影响并将天线切换到其它收发频率信道。具有匹配装置的可调谐谐振天线，所述天线包括变压器形式的匹配装置，其包括主和辅助绕组；2D‑或3D‑导电体形式的发射振动器，所述振动器连接到变压器辅助绕组并位于匹配变压器磁场中，其特征在于在变压器辅助螺线管线圈附近具有电容部件，其在任何点上与匹配变压器电联接并沿着螺线管轴线移动。由于天线变压器的主和辅助螺线管由通过继电器串联连接的部分组成，因此不仅可在单个范围内调谐频率，还可切换到另一个范围。

Description

谐振可调谐天线
技术领域
本发明涉及天线技术，并且可以使用在提供移动通信和感应通信的小型中波收发技术中，以及作为用于安装在固定和移动通信对象上的单独的天线，其在需要小型天线的矿井和坑中是非常实际的。
背景技术
目前已知高效的现代百米波和十米波天线的尺寸为数十米和数百米，这大大减少了它们在移动通信中的使用，增加固定安装天线以提供无线电通信所需的时间，并且使他们在有限空间的条件下的使用实际上是不可能的。这种类型的天线阻止了开发和使用百米和十米波无线电通信本身以及在长波、中波和短波无线电通信的范围内的收发设备的结构。这些无线电波范围对于在矿井中提供通过岩石并通过感应的无线电通信是最有吸引力的，因为这些信号良好地以最小的损耗通过电缆线传播。
在实用新型专利RU 154886中公开了由薄振动器、铁氧体环上的变压器、延长的螺线管和配重组成的天线。通过连接到延长的螺线管内的配重的可拆卸电极对该天线的频率进行调谐，该电极通过所述延长的螺线管的线圈提供电容通信并且桥接该延长的螺线管。
这种结构不能用作移动天线，因为配重会显著增加天线体积。而且，使用薄的长振动器的这种结构作为地下结构(矿井和山洞)中的便携式结构将是不方便的。
所提出的天线的结构不包括铁氧体磁芯，其显著增加输入信号的最大功率电平。
天线由具有电容的2D-或3D-导电体的振动器(发送部件)组成。使用竖直地或水平地布置的导电圆筒作为这种振动器是最方便的。所述天线包括匹配变压器作为主绕组和辅助绕组，所述变压器具有可变的变换系数。所述变压器以这样的方式定位，即其磁场在变压器后面延伸并且包围振动器。变压器磁场是具有足够快速减小幅度的场，实际上位于尺寸不大于变压器本身的线性尺寸的几个单位的空间内，通常该空间的尺寸会小于天线发射波长的1％。为了调谐谐振频率，将电容部件放置在变压器的辅助绕组的线圈附近，所述电容部件电连接到变压器的任何点并且可以沿着辅助螺线管的轴线移动，无论是接近线圈或远离它们。
沿着辅助螺线管的轴线移动以调谐频率的振动器可以用作这种部件。
为了使谐振天线不仅在单个无线电波范围内平滑地调谐，而且使其可以在几个频率范围内操作所述天线，变压器的所述主绕组和辅助绕组由多个部分组成，这些部分通过继电器串联连接。绕组的电感和频率范围取决于连接部分的数量。
因此，所述天线使得矿井感应通信系统的使用者能够可操作地组织两个固定通信点，并且在沿着感应通信线路的运行中提供通信。
本装置最接近的现有技术是RU№2488927《具有匹配装置的谐振可调谐天线》的天线。该天线包括2D-或3D-导电体形式的振动器，在开放磁导体上匹配变压器的辅助绕组，其变压器连接到振动器并且其主绕组被供电。该天线具有非常小的尺寸并且可以使用在移动通信中，然而，它具有显著的缺点，即：类似的天线结构仅可以有效地用于发送从1到5W的小功率范围的便携式无线电台的信号，因为当传输大功率信号时，制造磁导体的铁氧体磁芯变得磁饱和并且被加热，不允许使用这些天线来传输几十瓦和几百瓦的功率，而这在实现固定无线电通信中心的情况下是特别需要的。
发明内容
本发明的技术效果是可以在相当宽的范围内调谐小天线的工作频率，同时使用数十瓦和数百瓦的增加功率的信号源，并且保持所述天线的小尺寸，这扩大了无线电设备的功能，特别是在有限空间(矿井、山洞)的条件下，此外，天线可以调谐到其它无线电波范围。
所述技术效果是通过将根据本发明的辅助螺线管附近的移动电容部件(电极)形式的调节部件放置在天线中来实现的，所述天线包括由主绕组和辅助绕组制成的变压器形式的匹配装置，以及形状为2D- 或3D-导电体的振动器，所述导电体位于变压器的磁场内并且连接到变压器的辅助绕组。
电容部件沿着辅助螺线管的轴线移动，并且所述天线包括用于移动所述部件的机构，所述机构可以是具有螺杆的电动电机，当螺杆旋转时，该螺杆提升或降低电容部件，因此改变天线的工作频率。
由于辅助绕组的线圈和调节电容部件之间的桥接电容的变化，天线工作频率发生变化。这种频率变化可以在频带中心的10-20％的带宽内进行。为了转换到另一个频率范围，变压器的主绕组和辅助绕组由几个部分组成，这些部分通过继电器连接。如果连接附加部分，则选择较低的无线电波范围，而在断开附加部分时选择较高的无线电波范围。
本发明可以通过使用已知的技术手段、技术和材料在工业中实施，并且满足可专利性“工业实用性”的标准。
附图说明
本发明通过附图来说明，其中图1示出了谐振可调谐天线的设计图。
在图2A和图2B中的两个平面中形成的截面中更详细地示出了天线结构。
图3A示出了调节部件4与点F中的辅助绕组的端部的连接，图3B 示出了电容部件与点В和D的连接，即，与主螺线管的尾端连接以及与辅助螺线管的前端连接。
图4示出了天线，其中振动器1起调节部件4的作用并沿其内部的螺线管3的轴线行进。
图5示出了天线的等效电路。
图6示出了双频带天线的变压器的电路的片段。
具体实施方式
本发明通过附图来说明，其中图1示出了天线设计图。
使用其上放置有圆柱形3D传导振动器1的介电管作为天线框架。它可以由粘附在框架上的箔制成。
天线输入5所连接的变压器的主绕组2和辅助绕组3设置在框架上。可以由箔制成的电容部件4布置在框架内部的塑料管部分上。存在用于调谐天线的电容部件4的移动机构6，所述机构包括放置在辅助螺线管的轴线上的电动机、齿轮箱和螺杆，并且当所述机构旋转时，电容部件沿着该轴线移动。
在图2А和图2В中的两个平面中形成的截面中更详细地示出了天线结构。天线框架8位于保护壳体7中，保护壳体7也由介电材料制成。调节电容部件6的移动装置包括电动机6.1、齿轮箱6.2、螺杆6.3、介电材料的螺母6.4，所述电动机6.1、齿轮箱6.2、螺杆6.3全部布置在变压器螺线管的轴线上，螺杆在所述介电材料的螺母6.4内旋转。螺母6.4牢固地固定在管9中，在管9上设置有箔层形式的电容部件4。为了防止带有螺母6.4的管9在螺杆6.3旋转时翻转并且使得带有螺杆的所述管在管9上和天线框架8上升高和降低，存在导向装置10。电容部件4通过柔性绝缘导线连接到变压器的任何点，例如А、В、D或 F。图3A示出了调节部件4与点F中的辅助绕组的端部的连接，图3В示出了电容部件与点В和D的连接，即，与主螺线管的尾端连接以及与辅助螺线管的前端连接。
图4示出了天线，其中振动器1起调节部件4的作用并沿其内部的螺线管3的轴线行进。
图5示出了天线的等效电路。调节电容部件4和辅助螺线管的线圈形成一系列可变电容的调节电容器С1，С2…СN，其电容取决于部件 4的位置。
图6示出了双频带天线的变压器的电路的片段。主螺线管由两个部分2.1和2.2组成，辅助螺线管由部分3.1和3.2组成。部分2.2和 3.2通过继电器连接到螺线管。当这些螺线管连接时，天线在较低的无线电波范围内工作，当它们断开时，天线在较高的无线电波范围内工作。通过这种技术方案实现天线的多频带。
天线如下工作。
当高频信号提供给变压器的主绕组2时，感应辅助螺线管3中磁场的磁场在主绕组2中产生。在变压器周围产生磁场，其磁感应矢量沿着辅助螺线管引导。由于从变压器的辅助升压绕组3向振动器提供高电压，所以产生强度矢量垂直于振动器1的表面的电场，所述变压器电联接到振动器1。鉴于此，振动器1的表面位于变压器的磁场区域内，使得磁感应矢量与振动器上产生的电场的强度矢量之间的角度接近90°，在振动器的附近出现足以产生无线电波的条件。
由于所述天线是谐振的并且是开放振荡电路，当任何附加的无功部件被添加到所述电路时，谐振频率被改变。这种无功部件是电容元件4，其桥接变压器的辅助绕组，引起谐振频率的变化并且将天线调谐到另一频率。这允许天线频率在频带中心10％到20％的范围内调谐。为了转移到另一个范围，需要断开或连接变压器的主螺线管2和辅助螺线管3的部分的部件。

Claims (3)

1.一种具有匹配装置的天线，所述天线包括变压器形式的匹配装置，所述变压器包括主绕组和辅助绕组；2D-或3D-导电体形式的发射振动器，所述振动器连接到辅助绕组并且位于匹配变压器的磁场中，其特征在于，在变压器的辅助绕组附近具有在任何点都与变压器电联接的移动电容部件，并且具有用于手动或自动地相对于辅助绕组移动电容部件并且将其固定在选定位置的机构。
2.根据权利要求1所述的具有匹配装置的天线，其特征在于，连接到变压器的辅助绕组的振动器与电容部件组合，并且沿着辅助螺线管的轴线移动。
3.根据权利要求1所述的具有匹配装置的天线，其特征在于，主和辅助绕组分成通过继电器连接的几个部分。
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