CN112771720A - 谐振式多程天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术。一种天线，包括变压器形式的匹配装置和平面或三维导电体形式的辐射振动器，所述匹配装置包括初级绕组和次级绕组，所述辐射振动器连接至所述次级绕组并设置在匹配变压器的磁场中。电抗性离散元件(电容、电感)通过受控继电器在间隙内与匹配变压器电连接，或者沿变压器的次级绕组匝数排列的电容元件通过继电器与变压器的一个点连接。技术结果是能够在宽频率范围内快速重新调整天线的工作频率，从而能够补偿具有电容的外部物体的影响，并切换到其他无线电信号接收和传输频率信道。

Description

谐振式多程天线
技术领域
本发明涉及天线技术，可用于移动无线电通信和感应通信的中波范围的小型发射和接收设备中，并作为单独的天线安装在固定和通信对象上。这一点在矿井和沟渠中非常重要，因为矿井和沟渠中有许多电缆，几乎在所有矿井工作中，中波信号都沿着这些电缆传播。
背景技术
现在已知，百米和十米范围的无线电波的有效现代天线的尺寸是几十米和几百米，这大大降低了它们在移动无线电通信中的使用能力。在密闭空间的矿井中，由于固定安装无线电通信天线的时间增加，可能没有安装天线的条件，因此几乎不可能使用天线。这种类型的天线妨碍了百米和十米无线电通信本身的发展和使用，也妨碍了长波、中波和短波无线电通信领域发射和接收设备的设计。这些无线电波范围似乎是对矿山中直接通过岩石和使用感应进行通信的最有吸引力的方法，因为这样的信号可以很好地并且以最小的损耗沿着电缆传播。
根据实用新型专利RU 154886，已知一种天线，其由细振动器、铁氧体环上的变压器、延伸线圈和配重组成。在该天线中，使用连接到延伸线圈内的配重的可移动电极来执行频率重新调谐，该电极与延伸线圈的匝形成电容耦合并将延伸线圈分流。
这种设计不能用作便携式天线，因为配重的存在显著增加了天线的质量尺寸参数。此外，这种使用细长振动器的设计，在地下结构(矿山和洞穴)中作为便携式振动器将很不方便。
这种天线的设计没有铁氧体磁芯，这大大提高了输入信号的最大功率。
发明内容
天线由一个振动器组成，振动器是一个辐射单元，代表一个二维平面或三维导电体，具有电容。最方便的方法是使用垂直或水平放置的导电圆筒作为振动器。该天线包括初级绕组和次级绕组形式的匹配变压器。变压器的位置应确保变压器的磁场超出其极限并包围振动器。变压器的磁场是一个迅速减小的磁场，实际上集中在一个不超过变压器本身线性尺寸几个单位的空间内，通常，这个空间尺寸小于天线发射波长的1％。为了重新调谐谐振频率，将使用继电器连接的电抗性元件(电容、电容)系统引入变压器的间隙中，或者使用继电器将布置在变压器次级绕组匝数附近的几个电容元件连接到变压器的一个点。
因此，该天线使得矿井感应通信系统的用户能够沿着感应通信线路进行移动通信。此外，天线中频率通道几乎瞬时切换的能力使得它可以用于多信道通信和排队系统，这在发射和发射设备的谐振频率平滑调整的条件下是不可能实现的。
与所要求保护的装置在技术实质上最接近的是根据实用新型专利RU174319d“移动中波段/短波波段(MWB/SWB)可控震源天线”的天线。该天线包括一个细振动器、一个匹配变压器、一个配重和一个延伸线圈，在延伸线圈中插入并联电容元件，并通过开关装置连接到配重上。这种设计的缺点是存在配重，这限制了这种天线作为便携式天线的使用。由于存在一个又长又细的振动器，在矿井和洞穴中很难使用这种天线。输入功率受变压器在环形铁磁芯上的饱和磁场的限制。
所要求保护的发明的技术结果在于，当使用功率增加到几十瓦和几百瓦的信号源时，可以在相当宽的范围内重新调谐小型天线的工作频率，同时保持其小的外形尺寸，这扩展了无线电设备的功能，特别是在有限体积的空间中(矿山、洞穴)。
特定的技术结果是通过以下方法实现的：一种天线，包括变压器形式的匹配装置和平面或三维导电体形式的振动器，所述匹配装置包括位于同一轴附近的初级绕组和次级绕组，所述振动器连接至所述次级绕组并设置在匹配变压器的磁场中，电抗性离散元件(电容、电感)通过受控继电器在间隙内与匹配变压器电连接，或者沿变压器的次级绕组匝数排列的电容元件通过继电器与变压器的一个点连接。
此外，为了使天线具有双波段或多波段，变压器的初级绕组和次级绕组可以由使用继电器连接的部分组成。因此，例如，如果初级绕组和次级绕组由两个相连的部分组成，则可以制造一个在每个范围内都有重调谐的双频天线。当所有部分都连接好后，较低范围将工作，如果次级绕组和初级绕组中的一个部分断开连接，则天线将在无线电信号的较高范围内工作。
为了控制这样的天线，除了提供HF无线电信号之外，还需要从无线基站提供电源和控制信号。
为了简化与任何无线基站的天线连接，即使无线基站没有向天线提供电源和控制命令的特殊功能，天线配备有电源元件(电池)，一个处理器和在高频线上的电流和电压传感器以确定天线的当前调谐的水平，以实现谐振。此外，从高频线充电的超级电容器可以用作为天线的电源。这种天线的设计只需要两根导线就可以提供高频信号。在测量了高频线路中的电流和电压之后，处理器确定了所需的离散电抗性元件L和C，这些元件将通过其控制的继电器进行连接。接下来，打开必要的元件，天线以最大效率共振工作。
具体实施方式
本发明可以使用已知的技术手段，技术和材料在工业上实现。
通过附图说明本发明，图1为天线结构示意图。
介质管用作天线框架和连接装置，其上以圆柱体形式放置三维导电振动器1。它可以由用胶粘在框架上的箔纸做成。
变压器的初级绕组2和次级绕组3设置在框架上。在框架内，箔条形式的离散电容元件插入其壁上，并位于变压器次级绕组匝数的对面，与这些匝数电容C1、C2…CN一起形成。
变压器初级绕组下方是天线输入5(由连接点A和B形成)和天线控制板(包含继电器单元6)，继电器单元6连接变压器电路的离散电容C1、C2…CN。
图2示出了在使用位于变压器的次级绕组附近的电极的离散无功元件并与其形成电容C1、C2…CN的情况下天线的电路。一组这些电容形成一个电抗系统4。
图3示出了包括L和C元件的电抗性元件4的系统的变型的电路图，L和C通过继电器单元6在串联的变压器的电感间隙内(例如，在点B和D之间)连接。
图4示出了天线的组合电路和结构图，其中分立元件L和C被用作电抗性元件。
天线由初级电感绕组2和次级电感绕组3组成的变压器组成，变压器之间包括一个受控继电器系统6和一个用继电器连接的离散元件单元4(L和C)。继电器由处理器控制单元7控制和切换，处理器控制单元7由电源单元供电，并且从高频线8提供功率输出。有关天线的当前工作模式及其SWR的数据是使用电流和电压传感器9确定的，该传感器位于为天线馈电的高频线上。接收到来自电流和电压传感器的数据后，处理器计算天线工作点相对于当前频率的偏移量，并向继电器发出连接或断开某些离散元件L、C的命令，以改变天线调谐。因此，天线本身监视其谐振频率与所提供信号的频率的对应关系。
图5示出了用于双频天线的变压器的电路图。初级绕组2由两个连续的电感线圈2.1和2.2组成，次级绕组3由两个连续的电感线圈3.1和3.2组成。线圈2.2和3.2可以使用继电器禁用或启用。如果它们打开，天线在较低的无线电信号范围内工作；如果它们关闭，则在较高的频率范围内工作。使用连接的电抗性元件系统实现频率的微调。
天线的工作原理如下。
当向变压器的初级绕组2施加高频信号时，在次级绕组3中产生诱导磁场的磁场。变压器周围产生一个磁场，其磁感应矢量沿次级绕组定向。强度矢量垂直于振动器1的表面的电场，是由从变压器的次级升压绕组3向其提供高压而产生的，该变压器与振动器1电连接。以下事实出发：振动器1的表面处于变压器的磁场的作用区域中，使得磁感应矢量与在振动器上产生的电场强度矢量之间的夹角为接近90°时，在振动器附近会产生足以形成无线电波的条件。
由于该天线是谐振的，并且是一个开放的振荡电路，因此在该电路中引入任何电抗性元件都会改变谐振频率。使用与变压器电感串联的继电器连接离散的附加电感和电容器，或将变压器次级绕组分流到变压器的电容元件的电流连接，将引起谐振频率的变化，并将天线重新调谐到不同的频率。这使得天线频率能够在中心频率的10-20％的范围内重新调谐。要切换到另一个范围，需要断开或连接变压器初级绕组2和次级绕组3的一部分。

Claims (4)

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平面或三维导电体形式的辐射振动器，所述匹配装置包括初级绕组和次级绕组，所述辐射振动器连接至所述次级绕组并设置在匹配变压器的磁场中，其特征在于，电抗性离散元件(电容、电感)通过受控继电器在间隙内与匹配变压器电连接，或者沿变压器的次级绕组匝数排列的电容元件通过继电器与变压器的一个点连接。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，包括电源元件、控制继电器的处理器、为天线供电的高频线中的电流和电压传感器。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，包括控制继电器的处理器、为天线电路供电并由无线电发射器提供给天线的高频信号充电的超级电容器、为天线供电的高频线中的电流和电压传感器。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，初级绕组次级绕组分为几个部分，通过继电器连接。
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