CZ2001787A3 - Anténa - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká antény s vodičovým členem, obklopujícím plochu antény, jehož délka odpovídá celočíselnému násobku poloviny vlnové délky rozložení proudu ve vodičovém členu.

Dosavadní stav techniky

Mezi anténami, které se používají pro malé radiové modemy, se nacházejí zejména magnetické rámové antény: tyto zahrnují uzavřený vodičový člen, většinou na způsob kruhu nebo obdélníku, jehož délka je zřetelně menší než vlnová délka. VodiČový člen je na jednom vstupu připojen k výstupu vysílače a jeho druhý konec se uzavírá kapacitou takovým způsobem, že vodičová smyčka a kapacita tvoří rezonanční obvod, jehož rezonanční frekvence se shoduje s pracovní frekvencí vysílače. Kapacita může být také tvořena pomocí mezery na příslušném konci vodičového členu, plněné vzduchem nebo dielektrikem.

Rámová anténa takového typu je popsána v DE 195 45 394 Al. Vyznačuje se velmi malými rozměry. Nyní je ale u magnetické rámové antény vyzařovací odpor a tím efektivita vyzařování úměrně k čtverci plochy, uzavřené vodičovým členem (plocha antény), malá a leží typicky u 10 mOhm. Aby se u takové antény dosáhlo dobré účinnosti, musí být všechny ztrátové odpory v anténě velmi malé. Kritický je přitom kritický HF~odpor vodičového Členu a také HF-odpor kapacity.

Antény typu, uvedené v DE 195 45 394 Al, se typicky používají pro dálkové radiové odečítání elektronických počítadel spotřeby (rozdělovač topných nákladů, vodoměr, měřič tepla, plynoměr, elektroměr, atd.). Dálkové radiové odečítáni se většinou uskutečňuje v radiových pásmech při 433, 92 MHz nebo 968 až §70 MHz, v téměř celé Evropě pro to povolených. Pokud se odhlíží od těchto kritérií, podmíněných povolením, byla by použitelná také frekvenční pásma v oblasti mezi 200 a 3000 MHz.

U takových frekvencí mají již odpory běžných kapacitních konstrukčních členů několik desítek mOhm. Kvůli vhodnému nízkému vyzařovacímu odporu antény by musely také všechny ostatní odpory vodičových členů a kapacity ležet v oblasti několika mála mOhm, což činí nutnými široké rozměry vodičů.

Takové antény ale nyní mají být co možná nejmenší, v praxi zřetelně menší než Čtvrtina vlnové délky. Přístroje, používané k dálkovému radiovému odečítání, jsou často umisťovány v sousedství větších kovových ploch, třeba krytpočítadla u plyno/elektroměrů, topné těleso u rozdělovačů topných nákladů, vodovodní potrubí u měřičů vody a tepla. Také toto se projevuje nevýhodné na vyzařování. Další ovlivňování vyzařování se uskutečňují nábytkem, závěsy a osobami. Přístroje na měření spotřeby jsou zpravidla poháněné bateriemi, přičemž je žádoucí funkční doba baterie s dlouhou životností po celou dobu platnosti kalibrace (5 až 12 let).

Předložený vynález tedy má uvádět anténu, která má při malých rozměrech vysokou účinnost.

Podstata vynálezu

Tento úkol se podle vynálezu řeší anténou s vodičovým členem, obklopujícím plochu antény, jehož délka odpovídá celočíselnému násobku poloviny vlnové délky rozložení proudu ve vodičovém členu, jejíž podstatou je, že vodičový člen má délku, která odpovídá alespoň 1,5~násobku obvodu plochy

A antény a že překrývající se úseky vodíkového Clenu, viděné axiálně a/nebo radiálně, vůči sobě tak blízko sousedí, že vlnová délka rozložení proudu ve vodičovém členu odpovídá nejvýše 0,8-násobku vakuové vlnové délky elektromagnetického pole, vytvořeného rozložením proudu.

Anténa podle vynálezu je magnetická rámová anténa, vystačí ale, jinak než anténa podle DE 195 45 394 Al, bez kapacity. Délka vodíkového členu, který ohraničuje plochu antény, je alespoň 1,5-násobkem obvodu plochy antény. Tím dostáváme úseky vodíkového Členu, probíhající ve směru obvodu, které spolu sousedí. Sousedství může být dáno, vztaženo na ohraničení plochy antény, v radiálním směru, nebo, vztaženo na plochu antény, v kolmém směru, nebo v kombinaci těchto obou směrů.

Sousedící vedení úseků vodíkového členu se dále označuje také krátce jako překrývání, přičemž tento pojem zahrnuje, že příslušné úseky vodičového Členu se nepotřebují dotýkat. Jenom je důležité, že úseky vodičů spolu sousedí tak těsně, že dochází k vazbě polí mezi úseky vodičů.

Uvedená vazba polí vede k tomu, že vodíkový člen se v překrývající se oblasti chová podobně jako dvojité vedení. Tím se snižuje rychlost šíření značně pod rychlost světla. Snížení rychlosti šíření (popř. vlnové délky rozložení proudu ve vodičovém členu) se řídí v podrobnostech podle vzdálenosti úseků vodičů a počtu závitů antény (poměr mezi délkou vodíkových členů a rozsahem plochy antény). Podle vynálezu se překrývající se úseky vodičů vedou tak, že dostaneme snížení rychlosti šířeni na přibližně 0,8-násobek té rychlosti šíření, která se nastaví bez překrývajících se úseků vedení ve vodičovém členu.

Pomocí nastavení počtu závitů a typem a způsobem

Překrývání úseků vodičů (a zkrácení) se mohou realizovat 1/20 až 1/30 vlnové délky.

pomocí tím získaného faktoru antény, jejichž průměr je jenom

Velikost takové antény je tak podobně malá jako velikost klasické rámové antény s kapacitou, přičemž ale není požadovaná kapacita, ovlivňující kvalitu antény, naopak je za nastavení rezonančních podmínek při malých rozměrech antény odpovědná magnetická vazba překrývajících se vodičových úseků.

V praxi můžeme s anténami podle vynálezu dostat provozní jakost rezonančního obvodu od 10 do 300.

Tím může anténa podle vynálezu při použití jako přijímací anténa sloužit jako, a malými ztrátami, předfiltr s vysokou provozní jakostí rezonančního obvodu, nebo při použití jako vysílací anténa může sloužit jako filtr k potlačení vyzařování harmonických nebo parazitních vln vysílací frekvence.

V porovnání s kruhovou anténou je vyzařovací odpor antény podle vynálezu znatelně vyšší (v oblasti ohmů), takže odpor vodiče už není tak kritický. Anténa se tak nechá jednoduše realizovat z drátu. Ze stejného důvodu nejsou geometrické tolerance kritické.

Na základě svých vlastností se nechá anténa podle vynálezu dobře používat i při malé vzdálenosti (několik milimetrů) od kovové plochy, a také kapacitní ovlivnění antény (např. pomocí ruky) jsou jenom malá.

Realizace vodičového členu, znázorňujícího v podstatě smyčku, se může uskutečňovat pomocí příslušně ohnutého drátu, pomocí frézovaných vodičových členů nebo pomocí tištěných vodivých drah, přičemž tyto jsou uspořádány na izolačním nosiči, který může být např. také plastový kryt nebo plastové víko krytu.

*w*	W V • ·	• 0 • ·	0 0* • 0 · · l φ	·· ♦ * · 0 0
	0 0 0 *000	*0 « · · 0 · 0«	• · · 0 0 «0Φ 000«	• · * · M ·

Přednostní další řešení vynálezu jsou udána ve vedlejších nárocích.

Pokud se stanovuje délka vodičového členu podle nároku 2, dostaneme dobré snížení rychlosti šíření elektromagnetických vln podél vodičového členu a tím kompaktní geometrii antény při mechanicky ještě jednoduché konstrukci antény, která se tak nechá vyrábět cenové příznivě.

Také další provedení vynálezu podle nároku 3 slouží k získání kompaktních rozměrů antény.

Umístění vzájemně se překrývajících úseků vodičových Členů, jak je uvedeno v nároku 4, se v praxi zvláště osvědčilo. Dostaneme dobré snížení rychlosti šíření. Zároveň je struktura antény kompaktní a vedle sebe vedené vodičové úseky se nechají přesně vést.

Další řešení vynálezu podle nároku 5 umožňuje také realizaci antén, u kterých celková délka vodičových členů je celočíselným násobkem poloviny vlnové délky. Změnou smyslu vinutí vždy po polovině vlnové délky se dosahuje, že magnetická pole, která se vytvářejí různými úseky vodičového členu, se v absolutní hodnotě sčítají.

U antény podle vynálezu neteče u konců vodičových členů žádný proud, takže se tyto konce volitelně spojují (nárok 6) nebo nechávají elektricky přerušené (nárok 7), jak je žádoucí z jiných hledisek, např. jednoduchosti výroby, mechanické pevnosti antény.

Podle nároku 8 se nepotřebuje vodičový člen k napájení vysílací energie popř. k odebrání přijaté energie dodatečně přerušovat. Induktivní vazba s vysílačem popř. přijímačem, o

který spolupracuje s anténou, je výhodná také s ohledem na zbytkové přizpůsobení antény a. vyBÍlače popř. přijímače.

Geometrie pro plochu antény, která je udána v nároku 9, se hodí zvláétě dobře pro realizaci antén, které nemají žádnou výlučnou směrovou charakteristiku, jak je toto žádoucí při dálkovém radiovém odečítání měřičů spotřeby, protože orientace vestavby měřičů spotřeby opatřených dálkovým radiovým odečítáním se musí uskutečňovat s ohledem na lokální požadavky (plocha topného tělesa, plocha stěny) a nemůže se přizpůsobovat přenosovým poměrům k dálkové odečltací ústředně.

Geometriemi plochy antény, udanými v nároku 10, se může alternativně dosáhnout směrové charakteristiky antény.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následovně blíže vysvětlen podle příkladných provedení při zohlednění obrázku. Ukazují:

obr. 1: perspektivní pohled na první anténu s přiřazeným napájecím zařízením, přičemž úseky vodičového členu, tvořícího anténu, jehož celková délka odpovídá polovině vlnové délky, se vedou axiálně od sebe vzdálené;

obr. 2: podobný pohled jako obrázek 1, ve kterém je ale ukázána modifikovaná anténa, u které jsou úseky vodičového Členu, tvořícího anténu, radiálně od sebe vzdálené;

obr. 3; podobný pohled jako obr. 1, u kterého je ale celková délka vodičového členu, tvořícího anténu, rovná vlnové délce; a obr. 4; podobný pohled jako obrázek 3, na kterém je ale zaneseno okótování praktického příkladného provedení.

• · * • ·· • · · · « · · ·« · ·♦ • v «

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku 1 je zanesena magnetická rámová anténa, která má vodičový člen 10. tento zahrnuje 1,75 závitů, které v pohledu v axiálním směru obklopují kvadratickou plochu A antény. Délka hrany plochy & antény je označena jako a.

Různé úseky 12 vodičového členu 10, přiřazené hranám plochy £ antény jsou vedené podobně, přičemž ^toupání závitů se označuje jako p.

Rozpoznává se, že vždy dva úseky 12 vodičového členu 10, viděno v axiálním směru, se překrývají, s výjimkou úseku ležícího vpředu, který je jediný a přemosťuje roviny závitů.

Axiální vzdálenost jo vodivých členů 12 leží v oblasti cd 1 do 5 průměrů drátu. Tím dostaneme v oblasti třech stran plochy £, antény magnetickou vazbu vodičových členů 12' a tím snížení rychlosti Síření elektromagnetického záření podél vodičového členu 10. Příslušný faktor zkrácení X (vlnová délka rozložení proudu ve vodičovém členu 10/vlnová délka elektromagnetického záření ve vakuu) se může volit mezi 0,2 a 0,8 podle toho, jak malá se volí vzdálenost e a jak daleko se vodivé úseky 12 překrývají ve směru obvodu,

Tím může mít anténa, ukázaná na obrázku i, malé rozměry, ačkoliv se jedná o W/2-anténu (W = vlnová délka), pracující bez kapacity v rezonanci.

K napájení anténní smyčky, tvořené vodičovým členem 10, je upravena vazební smyčka 14, která rovněž ohraničuje kvadratickou plochu, která je ale zřetelně menší než plocha & antény.

Jeden konec vazební smyčky 14 je spojen přímo s jedním přívodem vysílače 16 Druhý přívod vazební smyčky 14 je spojen přes vazební kondensátor 18 s druhým přívodem vysílače 16.

Vysílač 16 se řídí měřičem 20 spotřeby a ve velkých časových odstupech předává stav počítadla měřiče 20 spotřeby v sériově binárním zobrazení. Podrobnosti o činnosti takového měřiče spotřeby se mohou vyčíst v DE 195 45 394 Al, DE 30 44 262 Al, DE 42 25 042 Al nebo DE 44 22 281 Al, na které se ohledně tohoto odkazuje.

Vodičový člen 10 má stabilní tvar a může být např. přes izolační člen (neznázorněn), který obaluje střední z dvojitě upravených vodičových úseků 12. upevněn na neznázorněné nosné struktuře (např. desce s plošnými spoji nebo krytu).

Na obrázku 2 je ukázána modifikovaná anténa pro dálkové radiové odečítání měřičů spotřeby, která se liší od téhož podle obrázku 1 tím, že vodičové úseky 12 jsou uspořádány v radiálním odstupu. Takové uspořádání se hodí zvvlášť dobře k realizaci na deskách s plošnými spoji. Vodičové členy 10 se tam mohou jednoduše odleptávat z průběžné měděné vrstvy, rovněž tak vazební smyčka 14.

Anténa podle obrázku 3 se odlišuje od těchto podle obrázku 1 tím, že celková délka vodičového členu 10 odpovídá vlnové délce. Aby se dosáhlo pozitivního překládání dílčích magnetických polí, vytvořených vodičovými úseky 12,, vodičový Člen ,10 byl nejdříve složen a takto získané složené uspořádání vodičů je potom dodatečně tak tvarováno, jak je znázorněno na obrázku 1 pro jednoduchý vodičový člen. Tím se mění směr proudu na proudových uzlech.

Obrázek 4 dává precizní rozměry praktického příkladného provedení.

Charakteristické veličiny tam zobrazené W-ant-ény

jsou následující:

délka hrany £-	25,00 mm
průměr drátu d;	0,63 mm
výška stoupání p;	6,40 mm
délka hrany vazební smyčky;	8,50 mm
vzdálenost vazební smyčky:	6,60 mm
vazební kondenzátor;	6,20 pF

Tím dostáváme následující vlastnosti;

jakost Qo :	430
provozní jakost Qg;	215 (Ri =
vstupní impedance Ze/Ohm:	56 + j x 0
rezonanční frekvence:	433,9 MHz
vyzařovací odpor Rs;	2,79 Ohm
ztrátový odpor P.a '	0,55 Ohm
ÚČ i nnost:	83 %
vlnová délka i.’·	690 mm
poměr délek a/L:	1/27.6.

Nahoře popsané antény jsou tak typické W/2-antény, mají ale značné menší rozměry než typické známé W/2-antény. Od rámových antén, uzavřených kapacitami, se odlišují nepřítomností kapacity a značně zlepšenou kvalitou.

Od běžných šroubovicových antén, které mají velký počet závitč, se odlišují tím, že jejich celková délka je celočíselným násobkem W, že se uskutečňuje symetrické napájení (u šroubovicových antén jednostranné napájení) a že vzdálenost závite je malá, takže dostáváme magnetickou vazbu sousedních vodičových úseků.

Výše posané antény se přitom vyznačují mechanicky jednoduchou kompaktní konstrukcí.

U výše popsaných příkladných provedení byla plocha A antény v podstatě kvadratická. Rozumí se, Že ohraničení plochy antény může být místo toho voleno také na způsob kruhu. Takové antény mají charakteristiku, v podstatě konstantní ve směru obvodu. Pokud se volí plocha Ά antény pravoúhlá nebo oválná, může se dosáhnout směrová charakteristika proměnlivá v obvodovém směru.

Claims (10)

1. v É NÁROKY

   1. Anténa s vodičovým Členem (10), obklopujícím plochu (A) antény, jehož délka odpovídá celočíselnému násobku poloviny vlnové délky rozložení proudu ve vodičovém členu (10), vyznačující se tím, že vodičový člen (10) má délku, která odpovídá alespoň 1,5-násobku obvodu plochy (A) antény a že se překrývající úseky (12) vodičového členu (10), viděné axiálně a/nebo radiálně, vůči sobě tak blízko sousedí. Že vlnová délka rozložení proudu ve vodičovém členu (10) odpovídá nejvýše 0,8-násobku vakuové vlnové délky elektromagnetického pole, vytvořeného rozložením proudu.
2. 2. Anténa podle nároku 1, vyznačující se t í m, že délka vodičového členu (10) obnáší 1,75 až 3,5 násobek obvodu plochy (A) antény.
3. 3. Anténa podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se tím, Že vlnová délka rozložení proudu ve vodičovém Členu (10) není menší než 0,2-násobek vakuové vlnové délky elektromagnetického pole, vytvořeného rozložením proudu.
4. 4. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, Že radiální a/nebo axiální vzdálenost mezi radiálně a/nebo axiálně vzdálenými úseky (12) vodičových členů (10) je 1 až 5-násobek rozměru vodičového Členu (10) v pozorovaném směru odstupu.
5. 5. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 4, přičemž celočíselný násobek ^1, vyznačující se tím, že vodičový člen (10) právě po určité trase, která odpovídá polovině vlnové délky rozložení proudu, mění směr vinutí.
6. 6. Anténa podle jednoho z nároků i až 5, vyznačující se tím, že konce vodičových členů • 0 0» *0·· ·

   0 ·♦ • 0 0 ·

   0 0 ·

   00·· ·· 0 (10) jsou spolu vodivě spojené.
7. 7. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 6_? vyznačující 3 e tím, že konce vodičových členů (10) jsou elektricky přerušené.
8. 8. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačuj ícíse induktivním napájecím zařízením (14), které spolupracuje s vodičovým členem (10).
9. 9. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že plocha (A) antény je kvadratická nebo kruhová.
10. 10. Anténa podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že plocha (A) antény je pravoúhlá nebo oválná.