CZ287680B6 - Electromagnetic antenna - Google Patents

Electromagnetic antenna Download PDF

Info

Publication number
CZ287680B6
CZ287680B6 CZ19973920A CZ392097A CZ287680B6 CZ 287680 B6 CZ287680 B6 CZ 287680B6 CZ 19973920 A CZ19973920 A CZ 19973920A CZ 392097 A CZ392097 A CZ 392097A CZ 287680 B6 CZ287680 B6 CZ 287680B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
node
helical
insulated conductor
path
antenna
Prior art date
Application number
CZ19973920A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ392097A3 (cs
Inventor
Voorhies Kurt L Van
Original Assignee
Univ West Virginia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23931504&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CZ287680(B6) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Univ West Virginia filed Critical Univ West Virginia
Publication of CZ392097A3 publication Critical patent/CZ392097A3/cs
Priority to CZ20003310A priority Critical patent/CZ289371B6/cs
Publication of CZ287680B6 publication Critical patent/CZ287680B6/cs

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/12—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
    • H01Q9/27—Spiral antennas

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

Oblast techniky
Vynález se týká vysílacích a přijímacích antén, zejména šroubovicových antén.
Dosavadní stav techniky
Účinnost antény při určité frekvenci buzení je přímo úměrná účinné elektrické délce, která závisí na rychlosti šíření signálu dané dobře známou rovnicí:
λ = C/f, kde C je rychlost světla ve vakuu, λ je vlnová délka a f je frekvence.
Jak je to známé, elektrická délka antény by měla být tvořena jednou vlnovou délkou, jednou polovinou vlnové délky (dipól) nebo jednou čtvrtinou vlnové délky se zemní plochou za účelem 20 minimalizace všech, avšak skutečných impendancí antény. V případě, že tyto charakteristiky nejsou splněny, potom impedance antény mění tvořící se stojaté vlny na anténě a anténním napáječi (přenosovém vedení), což způsobuje modifikaci poměru stojatých vln a celkových produkčních energetických ztrát a snižuje množství vyzařované energie.
Typická vertikální prutová anténa (monopol) má všesměrový vertikální polarizovaný diagram, a tato anténa může být při vysokých frekvencí, jakými jsou velmi vysoké frekvence (UHF), poměrně malé rozměry. Avšak při nižších frekvencích se velikost antény stává problematickou, poněvadž při těchto frekvencích jsou žádoucí velmi dlouhá vedení a vysoké stožáry používané v pásmech nízkých frekvencích (LF) a středních frekvencích (MF). Přenosové kvality ve velkém dosahu jsou v pásmech nižší frekvence výhodné, avšak anténa, zejména směrová anténní soustava může být v případě kompaktního přenosného vysílače příliš rozměrná. Dokonce i při vysokých frekvencích může být výhodné, aby anténa měla fyzicky menší rozměry při stejné účinnosti a výkonu jako u konvenčního monopolu a dipólu.
V poslední době byly vyzkoušeny rozdílné techniky za účelem vytvoření kompaktní antény se směrovými charakteristikami, zejména antény s vertikální polarizací, u které bylo zjištěno, že je účinnější (delší dosah) než anténa s horizontální polarizací. Důvodem této skutečnosti je to, že anténa s horizontální polarizací má větší ztráty přízemních vln.
Pokud jde o směrové charakteristiky, bylo zjištěno, že s jistými konfiguracemi antény je možné potlačit magnetické pole produkované v anténě zejména polarizaci a současně zvýšit elektrické pole, které je kolmé k magnetickému poli. Podobně je možné potlačit elektrické pole a současně zvýšit magnetické pole.
V oblasti techniky týkající se elektromagnetických polí je dobře známý princip ekvivalence, který uvádí, že dva zdroje vytvářející stejné pole uvnitř dané oblasti jsou považovány za rovnocenné a že tato rovnocennost se projevuje mezi zdroji elektrického proudu a odpovídajícími zdroji magnetického proudu. To je vysvětleno v části 3-5 dokumentu publikovaném v roce 1961 pod názvem Time Harmonie Electromagnetic Fields od R. F.
Harringtona. V případě lineárního dipólového prvku, který nese lineární elektrické proudy, je ekvivalentní magnetický zdroj dán kruhovým azimutálním prstencem magnetického proudu. Jedním z obvyklých způsobů vytvoření lineárního magnetického proudu je solenoid elektrického proudu. Jedním ze způsobů vytvoření žádoucího kruhového azimutálního prstence magnetického proudu je solenoid elektrického proudu uspořádaný na toroidním povrchu.
Toroidní šroubovicová anténa zahrnuje šroubovicový vodič navinutý na toroidním jádru, přičemž tato anténa má charakteristiky radiační elektromagnetické energie v konfiguraci, která je podobná konfiguraci elektrického dipólu, a její osa je kolmá ke středu toroidního jádra a soustředná se středem toroidního jádra. Efektivní impedance přenosu po vedení šroubovicového vodiče zpomaluje vzhledem k šíření vln ve vzduchoprázdnu šíření vln zvodičového napájejícího bodu kolem šroubovicové struktury. Tato snížená rychlost a kruhový proud uvedené struktury umožňuje konstruovat toroidní anténu o stejné velikosti, jakou má odpovídající rezonanční dipól (lineární anténa), nebo o velikosti menší, než jakou má uvedený dipól. Toroidní struktura má nízký stranový poměr, poněvadž toroidní šroubovicová struktura je fyzicky menší než struktura jednoduchého rezonančního dipólu, avšak má stejné elektrické radiační vlastnosti. Jednoduchá jednofázová konfigurace poskytuje radiační profil srovnatelný s dipólem o poloviční vlnové délce, avšak má mnohem menší provedení.
V patentových dokumentech EP-A1-0043591, US 4,622,558 a 4,751,515 jsou popsána jistá hlediska toroidních antén jako techniky pro vytvoření kompaktní antény výměnou za konvenční toroidní anténu se strukturou s vlastní rezonancí, přičemž tato kompaktní anténa vytváří vertikálně polarizované záření, jež se šíří tak, že dochází k nižším ztrátám v případě šíření tohoto záření nad zemí. Jak to bylo uvedeno v předcházejícím textu při nízkých frekvencích jsou vertikální lineární samo-rezonanční antény nepraktické a samo-rezonanční struktury popsané v těchto dokumentech nějakým způsobem částečně řeší problém fyzické velikosti a elektrické nedostatečnosti vertikálních prvků při nízkých frekvencích.
Ve výše uvedených patentových dokumentech je nejprve popsána jednovláknová toroidní šroubovice jako stavební blok pro složitější směrové antény. Tyto antény mohou obsahovat množinu vodivých drah napájených signálem, který je vzhledem k fázi regulován buď vnějšími pasivními obvody, nebo díky specifickým samo-rezonančních charakteristikám. V těchto patentových dokumentech je obecně popsáno použití tzv. protivinutých toroidních vinutí pro poskytnutí vertikální polarizace. Tyto proti vinuté toroidní vinutí mají neobvyklé provedení, které má pouze dva vývody, jak je to popsáno dokumentu IRE Transaction on Electron Devices, říjen 1956, str. 190, ve stati Modified Contra-Wound Helix Circuits for High-Power Traveling Wave Tubes, Birdsall, C. K.., and Everhart, T. E. .V uvedených dokumentech je upozorněno na rozdíl mezi magnetickými a elektrickými poli/proudy a odhadnuto, že stupňovité uspořádání dvou jednovláknových obvodů, které jsou vzájemně protivinuté na toroidní vertikálně polarizované anténě, může být vytvořeno použitím vstupních jednotek se vstupy pro dva signály. Základem struktury je lineární šroubovice, pro kterou byly navrženy konstrukční rovnice firmou Kandoian & Sichak v roce 1953 (viz. patentový dokument US 4,622,558).
V dokumentech zastupující dosavadní stav techniky, např. ve výše uvedených dokumentech, jsou elementární toroidní struktury uváděny jako elementární stavební bloky pro složitější struktury, jakými jsou např. dvoutoroidní struktury orientované pro simulování protivinutých struktur. Např. ve výše uvedených patentových dokumentech je popsán torus (složitý a jednoduchý), který je určen k tomu, aby měl celistvý počet vedených vlnových délek kolem obvodu vymezeného malou osou torusu.
Jednoduchá toroidní anténa, např. toroidní anténa v jednovláknovém provedení, reaguje na jak elektrické, tak i magnetického složky vstupních (přijímaných) nebo výstupních (přenášených) signálů. Naproti tomu toroidní anténa s vícevláknovým provedení (v provedení s množinou vinutí) může mít stejný smysl maximální hodnoty nebo rozdílný smysl maximální hodnoty v oddělených vinutí na samostatných toroidních jádrech, což umožňuje získat směrovou anténu a regulaci polarizace. Jedno provedení šroubovice má strukturu prstence a můstku, přičemž tato
-2CZ 287680 B6 struktura vykazuje některé, avšak ne všechny kvality základní konfigurace s protivinutým vinutím.
Jak je to známé, lineární solenoidová cívka vytváří magnetické pole podél středové osy. Směr 5 magnetického pole je stanoven podle pravidla pravé ruky, které spočívá v tom, že, jestliže prsty pravé ruky jsou zakřiveny směrem dovnitř dlaně a směřují ve směru kruhového proudu v solenoidu, potom směr magnetického poleje stejný jako směr palce v případě, že palec probíhá paralelně s osou, kolem které jsou prsty pravé ruky zakřiveny (viz. např. obr. 47). V případě použití tohoto pravidla pro solenoidní cívky navinuté v pravostranném smyslu, tj. ve smyslu 10 pravostranného závitu, jak elektrický proud tak i výsledné magnetické pole mají stejný směr, avšak u cívky navinuté v levostranném smyslu má elektrický proud opačný směr než výsledné magnetické pole. Magnetické pole vytvořené solenoidní cívkou je někdy označováno jako magnetický proud. Spojením pravostranné a levostranné cívky na stejné ose a napájením individuálních cívkových prvků opačně vedenými proudy je čistý elektrický proud účinně snížen 15 na nulu, zatímco čisté magnetické pole je vzhledem k původnímu magnetickému poli samotné jediné cívky zdvojeno.
Jak je to rovněž známé, souměrným elektrickým přenosovým vedením napájeným sinusovým střídavým proudem a zakončeným zatěžovací impedancí se šíří ze zdroje napájení ke zdroji 20 proudové vlny. Tyto vlny se při zátěži odráží a nato se šíří zpět ke zdroji, přičemž čisté rozdělení proudu na přenosovém vedení je zjištěno ze součtu složek dopadajících a odražených vln a může být charakterizováno jako stojaté vlny na přenosovém vedení (viz. např. obr. 13). V případě souměrného přenosového vedení jsou proudové složky v každém vodiči v libovolném daném bodě podél vedení rovné, co se týče velikosti, avšak mají opačnou polaritu, což je rovnocenné se 25 současně probíhajícím šířením opačně polarizovaných vln o stejné velikosti podél samostatných vodičů. Podél daného vodiče je šíření proudu skladným znaménkem v jednom směru rovnocenné se šířením proudu se záporným znaménkem v opačném směru. Relativní fáze dopadajících a odražených vln závisí na impedanci zatěžovacího prvku ZL. Pro Io - dopadající proudový signál a li = odražený proudový signál (viz obr. 13) je odrazivost p, definována jako:
Poněvadž dopadající a odražené proudy se šíří v opačných směrech, rovnocenný odražený proud. Ii' = -li udává velikost odraženého proudu s ohledem na směr dopadajícího proudu Iq.
Postata vynálezu
Předmětem vynálezu je elektromagnetická anténa, jejíž podstata spočívá vtom, že zahrnuje vícenásobně spojený povrch mající velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je 40 alespoň tak velký jako malý poloměr, přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje izolovaný vodičový obvod probíhající v první obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž izolovaný vodičový obvod rovněž probíhá v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě 45 podél vícenásobně spojeného povrchu a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu, přičemž první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová
-3CZ 287680 B6 vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu a přes uvedený vícenásobně spojený povrch, přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje první signálový vývod elektricky spojený s buď prvním uzlovým bodem, nebo prvním mezilehlým uzlovým bodem uspořádaným mezi prvním uzlovým bodem a druhým uzlovým bodem, přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje druhý signálový vývod elektricky spojený s buď druhým uzlovým bodem v případě, že první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem, nebo druhým mezilehlým uzlovým bodem uspořádaným mezi druhým uzlovým bodem a prvním uzlovým bodem v případě, že první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem uspořádaným mezi prvním uzlovým bodem a druhým uzlovým bodem.
Vícenásobně spojený povrch je výhodně tvořen toroidní povrchem.
Izolovaný vodičový obvod výhodně zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
Izolovaný vodičový obvod výhodně zahrnuje první izolovaný vodič, který probíhá z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, a druhý izolovaný vodič, který probíhá z druhého uzlového do prvního uzlového bodu, přičemž první signálový vývod a druhý signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem resp. druhým uzlovým bodem.
Výhodně první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou, přičemž izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodič pro vedení prvního elektrického proudu v první šroubovicová vodivé cestě a vytvoření prvního magnetického proudu z prvního elektrického proudu v první šroubovicové vodivé cestě, přičemž izolovaný vodičový obvod dále zahrnuje druhý izolovaný vodič pro vedení druhého elektrického proudu v druhé šroubovicové vodivé cestě a pro vytvoření druhého magnetického proudu z druhého elektrického proudu v druhé šroubovicové vodivé cestě.
Výhodně první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič je tvořen prvním resp. druhým izolovaným vodičem pro vytvoření konstruktivní interference prvního a druhého magnetického proudu a pro získání přenášeného signálu z elektromagnetické antény.
Výhodně první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič je tvořen první resp. druhým izolovaným vodičem pro vytvoření destruktivní interference prvního a druhého elektrického proudu.
Výhodně první signálový vývod a druhý signálový vývod jsou určeny k vyvedení signálu antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou, přičemž délka izolovaného vodičového obvodu v první šroubovicové vodivé cestě a druhé šroubovicové vodivé cestě tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
Výhodně první obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena prvním poloidním-perifemím vinutím a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena druhým poloidním-perifemím vinutím.
Výhodně vícenásobně spojený povrch je tvořen toroidním povrchem.
Výhodně izolovaný vodičový obvod zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
-4CZ 287680 B6
Výhodně izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodič probíhající z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu a druhý izolovaný vodič, probíhající z druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu.
Výhodně první signálový vývod a druhý signálový vývod jsou určeny k vyvedení signálu antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka uvedeného izolovaného vodičového obvodu v prvním poloidním-perifemím vinutí a druhém poloidním-perifemím vinutí tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
Výhodně první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou, přičemž izolovaný vodičový obvod probíhá v první šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu do prvního mezilehlého uzlového bodli a z prvního mezilehlého uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž izolovaný vodičový obvod rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu do druhého mezilehlého uzlového bodu a od druhého mezilehlého uzlového bodu do prvního uzlového bodu, přičemž uvedený první signálový vývod a druhý signálový vývod je elektricky spojen s prvním mezilehlým uzlovým bodem resp. druhým mezilehlým uzlovým bodem.
Výhodně vícenásobně spojený povrch je toroidním povrchem.
Výhodně izolovaný vodičový obvod zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
Výhodně izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodič probíhající od prvního uzlového bodu do prvního mezilehlého uzlového bodu a z prvního mezilehlého uzlového bodu do druhého uzlového bodu, a druhý izolovaný vodič probíhající z druhého uzlového bodu do druhého mezilehlého uzlového bodu a z druhého mezilehlého uzlového bodu do prvního uzlového bodu.
Výhodně první uzlový bod a druhý uzlový bod jsou obecně protilehlé k prvnímu mezilehlému uzlovému bodu a druhému mezilehlému uzlovému bodu.
Výhodně první signálový vývod a druhý signálový vývod jsou určeny k vyvedení signálu antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka izolovaného vodičového obvodu v první šroubovicové vodivé cestě a druhé šroubovicové vodivé cestě tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
Výhodně první a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou, druhou šroubovicovou vodivou cestou, třetí šroubovicovou vodivou cestou a čtvrtou šroubovicovou vodivou cestou, přičemž izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodičový obvod a druhý izolovaný vodičový obvod, přičemž první izolovaný vodičový obvod probíhá v první šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu a rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu do třetího uzlového bodu, přičemž první šroubovicová vodivá cesta a druhá šroubovicová vodivá cesta tvoří první nekonečně vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a v podstatě přes uvedený vícenásobně spojený povrch, přičemž druhý izolovaný vodičový obvod probíhá v třetí šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu
-5CZ 287680 B6 a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání od třetího uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu, a rovněž probíhá ve čtvrté šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od čtvrtého uzlového bodu do třetího uzlového bodu, přičemž třetí šroubovicová vodivá cesta a čtvrtá šroubovicová vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s buď prvním uzlovým bodem, nebo prvním uzlovým bodem a čtvrtým uzlovým bodem, a druhý signálový vývod je elektricky spojen s buď třetím uzlovým bodem v případě, že první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem, nebo druhým uzlovým bodem a třetím uzlovým bodem v případě, že první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a čtvrtým uzlovým bodem.
Výhodně vícenásobně spojený povrch je tvořen toroidním povrchem.
Výhodně první izolovaný vodičový obvod a druhý izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodič resp. druhý izolovaný vodič, který tvoří první nekonečnou vodivou cestu resp. druhou nekonečnou vodivou cestu.
Výhodně první izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodič, kteiý probíhá z prvého uzlového bodu do druhého uzlového bodu, a druhý izolovaný vodič, který probíhá z druhého uzlového bodu do třetího uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodičový obvod zahrnuje třetí izolovaný vodič, který probíhá z třetího uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu, a čtvrtý izolovaný vodič, který probíhá od čtvrtého uzlového bodu do třetího uzlového bodu.
Výhodně první signálový vývod a druhý signálový vývod jsou určeny k vyvedení signálu antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka jak prvního izolovaného vodičového obvodu, tak i druhého izolovaného vodičového obvodu v první šroubovicové vodivé cestě a druhé šroubovicové vodivé cestě resp. třetí šroubovicové vodivé cestě a čtvrté šroubovicové vodivé cestě tvoří přibližně jednu čtvrtinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
Výhodně první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem, přičemž druhý signálový vývod je elektricky spojen s třetím uzlovým bodem.
Výhodně první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a čtvrtým uzlovým bodem, přičemž druhý signálový vývod je elektricky spojen.
Přehled obrázků na výkresech
Tyto a další předměty vynálezu budou více zřejmé z následujícího podrobného popisu vynálezu, přičemž v tomto popisu budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 schématicky zobrazuje čtyřsegmentovou šroubovicovou anténu podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí z obr. 1, obr. 3 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí v alternativním provedení vynálezu, obr. 4 schématicky zobrazuje dva segmenty (dvě části) šroubovicové antény, která je předmětem vynálezu, obr. 5 zobrazuje dvoubránovou šroubovicovou anténu s proměnnými impedancemi při bodech obrácení smyslu vinutí v alternativním provedení a pro ladění antény podle vynálezu, obr. 6 zobrazuje diagram pole antény zobrazené na obr. 1,
-6CZ 287680 B6 obr. 7, 8, 9 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu zobrazenou na obr. 1, obr. 10, 11 a 12 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidů mezi uzlovými body pro anténu zobrazenou na obr. 4, obr. 13 zobrazuje náhradní obvod pro uzavřené přenosové vedení, který je součástí dosavadního stavu techniky, obr. 14 zobrazuje zvětšený pohled na poloidní vinutí na toroidu podle vynálezu pro umožnění ladění, zlepšené zrušení elektrického pole a zjednodušení konstrukce antény, obr. 15 zobrazuje zjednodušené blokové schéma čtvrtkvadrantové verze antény podle vynálezu s prvky pro uzpůsobení impedance a fáze, obr. 16 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí antény podle vynálezu s primární a sekundární cívkou pro uzpůsobení impedance, které spojují vinutí antény, obr. 17 zobrazuje náhradní obvod pro anténu podle vynálezu znázorňující prostředek pro ladění antény, obr. 18 a 19 schématicky zobrazuje toroidní anténu používající uzavřenou kovovou fólii kolem toroidu pro účely ladění, jak je to znázorněno na obr. 17, obr. 20 schématicky zobrazuje anténu podle vynálezu používající ladicí kondenzátor zapojený mezi protilehlé uzlové body, obr. 21 zobrazuje náhradní obvod alternativního způsobu ladění pro kvadrantovou anténu podle vynálezu, obr. 22 zobrazuje anténu podle vynálezu s vodivým foliovým obalem na toroidu za účelem ladění, jak je to znázorněno na obr. 21, obr. 23 zobrazuje řez vedený podél linie 23-23 znázorněné na obr. 24, obr. 24 perspektivní pohled na anténu podle vynálezu pokrytou fólií, obr. 25 zobrazuje alternativní provedení antény podle vynálezu s rotační symetrií, obr. 26 zobrazuje funkční blokové schéma vysokofrekvenčního vysílače používajícího modulátor regulovaný parametrickým ladicím zařízením uspořádaným na anténě, obr. 27 zobrazuje všesměrovou poloidní smyčkovou anténu, obr. 28 zobrazuje boční pohled na jednu smyčku antény znázorněné na obr. 27, obr. 29 zobrazuje náhradní obvod smyčkové antény, obr. 30 zobrazuje boční pohled na jednu smyčku antény se čtvercovými smyčkami, obr. 31 zobrazuje v částečném řezu anténu podle vynálezu s válcovými smyčkami,
obr. 32 zobrazuje řez vedený podél linie 32-32 na obr. 31 a zahrnuje schéma proudů ve vinutích,
obr. 33 zobrazuje částečný pohled na štěrbiny vytvořené v toroidu pro ladění a napodobení konfigurace poloidní smyčky podle vynálezu,
obr. 34 zobrazuje toroidní anténu s toroidním jádrovým ladicím obvodem,
obr. 35 zobrazuje náhradní obvod pro anténu zobrazenou na obr. 34,
obr. 36 zobrazuje řez toroidní anténou s laděním pomocí středového kondenzátoru podle vynálezu,
obr. 37 zobrazuje řez alternativním provedením antény zobrazené na obr. 36 s poloidním vinutím,
obr. 38 zobrazuje alternativní provedení s laděním pomocí nastavitelného kondenzátoru,
obr. 39 zobrazuje půdorysný pohled na obdélníkovou toroidní anténu podle vynálezu pro rozšíření šířky pásma antény a se štěrbinami pro ladění a napodobení konfigurace poloidní smyčky,
obr. 40 zobrazuje řez vedený podél linie 40-40 na obr. 39,
obr. 41 zobrazuje půdorysný pohled na alternativní provedení antény znázorněné na obr. 39 mající šest stran se štěrbinami pro ladění a napodobení poloidní konfigurace,
obr. 42 zobrazuje řez vedený podél linie 42-42 na obr. 41,
obr. 43 zobrazuje známou konvenční lineární šroubovici,
obr. 44 zobrazuje známou konvenční šroubovici blížící se lineární šroubovici,
obr. 45 zobrazuje složený ekvivalent konfigurace zobrazené na obr. 45 za předpokladu, že magnetické poleje rovnoměrné nebo kvazirovnoměmé přes délku šroubovice,
obr. 46 zobrazuje protivinutou toroidní šroubovicovou anténu s vnější smyčkou, fázovým posunem a proporcionální regulací,
obr. 47 zobrazuje náhradní obvod s pravostranným smyslem vinutí a levostranný smyslem vinutí spadající do dosavadního stavu techniky a přidružené magnetické a elektrické pole,
obr. 48 schématicky zobrazuje sériově napájenou anténu podle jednoho provedení antény,
obr. 49, 50 a 51 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 48, obr. 52 schématicky zobrazuje sériově napájenou obr. 53, 54 a 55 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 52, obr. 56 schématicky zobrazuje paralelně napájenou anténu podle dalšího provedení vynálezu,
-8CZ 287680 B6 obr. 57, 58 a 59 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 56,
obr. 60 schématicky zobrazuje paralelně napájenou anténu podle dalšího provedení vynálezu,
obr. 61 zobrazuje blokové schéma propojení pro anténu na obr. 60 s prvky pro uzpůsobení impedance a fáze podle dalšího provedení vynálezu a
obr. 62 zobrazuje reprezentativní výškový diagram vyzařování pro antény z obr. 48, 52 nebo 56.
Příklady provedení vynálezu
Jak je zřetelné z obr. 1, anténa 10 zahrnuje elektricky izolované vodiče W1 a W2 (vinutí), které tvoří uzavřené obvody, a které probíhají kolem toroidní formy TF skrze čtyři (n=4) rovnoúhlé segmenty 12. Tyto vinutí jsou napájeny vysokofrekvenčním elektrickým signálem ze dvou svorek S1 a S2. Uvnitř každého segmentu je uspořádáno protivinuté vinutí, to znamená, že smysl vinutí W1 může být pravostranný (RH), jak je to zobrazeno nepřerušovanými liniemi, a smysl vinutí W2 může být levostranný (LH), jak je to zobrazeno přerušovanými liniemi. Předpokládá se, že každý vodič má stejný počet šroubovicových závitů kolem toroidního jádra, jak je to určeno z níže uvedené rovnice. Při spojení nebo uzlových bodech 14 se obrací smysl každého vinutí (jak je to zobrazeno v řezu každého vinutí). Uvedené signálové svorky S1 a S2 jsou připojeny ke dvěma uzlovým bodům, přičemž každá dvojice těchto uzlových bodů je nazývána bránou. V tomto popise každá dvojice uzlových bodů při každé ze čtyř brán je označena al a a2, bl a b2, cl a c2, dl a d2. Na obr. 1 jsou např. čtyři porty a, b, c a d. Vzhledem k menší ose toroidní formy TF při dané bráně uzlové body mohou být v libovolném úhlovém vztahu jeden k druhému a k torusu, avšak všechny brány na uvedené struktuře budou mít stejný úhlový vztah v případě, že počet závitů v každém segmentu je sudé číslo. Např. obr. 2 zobrazuje protilehlé uzlové body, zatímco obr. 3 zobrazuje překrývající uzlové body. Uzlové body se vzájemně překrývají, avšak od brány ke bráně jsou spojení odpovídajících uzlových bodů se svorkami S1 a S2 obráceny, což poskytuje konfiguraci, ve které protilehlé segmenty mají stejná spojení v paralelním uspořádání, přičemž každé vinutí má stejný smysl. V důsledku toho v každém segmentu jsou proudy ve vinutích opačné, avšak tento směr je obrácen společně se smyslem vinutí od segmentu k segmentu. Je možné počet uvedených segmentů zvýšit nebo snížit, pokud se počet segmentů bude rovnat sudému číslu, avšak je nutné poznamenat, že uzlové body souvisí s efektivní délkou přenosového vedení pro toroidní jádro (je nutné brát na vědomí změnu rychlosti šíření způsobené šroubovicovým vinutí a provozní frekvencí). Změnou polohy uzlových bodů může být regulována polarizace a zaměřenost antény, zejména vnější impedancí 16, jak je to zobrazeno na obr. 5. Bylo zjištěno, že čtyřsegmentová konfigurace vytváří diagram vertikálně polarizovaného všesměrového pole, který má výškový úhel θ vzhledem k ose antény a množinu elektromagnetických vln El, E2, které vycházejí z antény, jak je to zobrazeno na obr. 6.
Zatímco obr. 1 zobrazuje provedení se čtyřmi segmenty a obr. 4 dva segmenty, je nutné poznamenat, že vynález může být proveden s libovolným sudým počtem segmentů, např. se šesti segmenty. Výhoda zvýšení počtu segmentů spočívá ve zvýšení vyzářeného výkonu a v omezení provozní impedance přívodních brán antény, a tudíž zjednodušení přizpůsobení impedance při vývodech signálů provozní impedanci signálových bran na anténě. Výhodou snížení počtu segmentuje snížení celkové velikosti antény.
-9CZ 287680 B6
Zatímco primárním cílem je vytvoření diagramu vertikálně polarizovaného všesměrového záření, jak je zobrazen na obr. 6, bylo na základě principu rovnocennosti elektromagnetických systémů a poznatků o elementárním elektrickém dipólu až dosud zjištěno, že toho může být dosaženo vytvořením azimutového kruhového prstencového magnetického proudu nebo toku. Tudíž anténa bude popsána s ohledem na její schopnost vytvořit uvedenou distribuci magnetického proudu. K signálovým vývodům S1 a S2 je přiveden vyvážený signál. Tento signál je nato přiveden k napájecím branám d skrze symetrická přenosová vedení. Jak je to známo z teorie o symetrických přenosových vedení, při daném bodě podél přenosového vedení jsou proudy ve dvou vodičích fázově posunuty o 180°. Po dosažení uzlových bodů, ke kterým je přenosové vedení připojeno, se proudový signál šíří jako postupná vlna v obou směrech z každého uzlového bodu. Rozdělení proudů podél těchto směrů jsou zobrazeny na obr. 7 až 9 pro čtyřsegmentovou anténu a na obr. 10 až 12 pro dvousegmentovou anténu, přičemž tato rozdělení jsou v těchto diagramech vztažena k branám nebo uzlovým bodům, kde J označuje elektrický proud a M označuje magnetický proud. Tato analýza předpokládá, že frekvence signálu je naladěna na strukturu antény, takže, pokud jde o délku, elektrický obvod této struktury má jednu vlnovou délku a distribuce proudu na této struktuře, co se týče velikosti, má sinusový průběh, který je aproximován. Šroubovicová vinutí protivinutá na toroidním jádru struktury antény jsou považována za přenosové vedení, avšak tato vinutí tvoří svodové přenosové vedení kvůli radiačnímu výkonu. Diagramy na obr. 7 a 10 zobrazují distribuci elektrického proudu s polaritou vztahující se ke směru šíření signálů z uzlových bodů, z kterých signály vycházejí. Diagramy na obr. 8 a 11 zobrazují stejnou distribuci elektrického proudu avšak s polaritou vztaženou ke společnému směru proti směru otáčení hodinových ručiček, přičemž z těchto diagramů je zřejmé to, že polarita proudu se mění podle směru, ke kterému je vztažena. Obr. 9 a 12 potom zobrazují odpovídající magnetické proudy na základě principů použitých na obr. 1. Obr. 8 a 11 zobrazují potlačení distribuce síťového elektrického proudu na struktuře šroubovicového vinutí na toroidním jádře. Avšak obr. 9 a 12 zobrazují zvýšení distribuce síťového magnetického proudu. Součet těchto signálů fázově posunutých o 90° vytváří distribuci kvazistejnoměmého azimutového proudu.
K vytvoření vynálezu musí být splněno následujících pět podmínek:
1) anténa musí být naladěna na frekvenci signálu, tj. na frekvenci signálu, při které délka elektrického obvodu každého segmentu struktury šroubovicového vinutí na toroidním jádře by měla být jednou čtvrtinou vlnové délky, 2) signály při každém uzlovém bodě by měly mít stejnou amplitudu, 3) signály při každé bráně by měly mít stejnou fázi, 4) signály přivedené ke svorkám S1 a S2 by měly být vyvážené a 5) impedance částí přenosového vedení spojující signálové vývody S1 a S2 se signálovými bránami na struktuře tvořené šroubovicovým vinutím na toroidním jádře by měly být uzpůsobeny příslušným zátěžím při každém konci části přenosového vedení za účelem eliminace odrazů signálů.
V případě výpočtu rozměrů antény jsou v níže uvedených rovnicích použity následující parametry :
a = hlavní osa torusu, b = vedlejší osa torusu,
D = 2 x b = malý průměr torusu
N = počet závitů šroubovicového vodiče obtočeného kolem torusu n = počet závitu na jednotkové délce
Vg = rychlostní činitel antény
-10CZ 287680 B6 a (normalizované) = a/λ = a' b (normalizované) = b/1 = b~
Lw = normalizovaná délka vodiče
Xg = vlnová délka založená na rychlostním činiteli a na λ ve vzduchoprázdnu m = počet segmentů antény
Toroidní šroubovicová anténa je při rezonanční frekvenci vymezena následujícími čtyřmi fyzikálními proměnnými:
a = velký poloměr torusu b = malý poloměr torusu
N = počet závitů šroubovicového vodiče obtočeného kolem torusu
V = rychlost vedené vlny
Bylo zjištěno, že počet nezávislých proměnných může být dále omezen na dva, a to na Vg aN, normalizováním proměnných vzhledem k vlnové délce λ ve vzduchoprázdnu, a jejich přeskupením za účelem vytvoření funkcí a (Vg) a b (Vg, N). To znamená, že fyzická struktura bude mít odpovídající rezonanční frekvenci a vlnovou délku 1 ve vzduchoprázdnu. Pro čtyřsegmentovou anténu je rezonance definována jako frekvence, při které obvod hlavní osy torusu má délku rovnou jedné vlnové délce. Obvykle rezonanční provozní frekvencí je frekvence, při které je na struktuře antény vytvořena stojatá vlna, pro kterou každý segment antény má délku rovnou 1/4 vedené vlnové délky (tj. každý uzlový bod 12 na obr. 1 je při 1/4 vedené vlnové délky). Při tomto rozboru se předpokládá, že uvedená struktura má hlavní obvod o jedné vlnové délce, a že přívody a vinutí mají stejnou konfiguraci.
Rychlostní faktor antény je dán rovnicí:
K = _ 4 I _ \ c λ m λ λ (1)
Fyzické rozměry torusu mohou být normalizovány vzhledem k vlnovým délkám ve vzduchoprázdnu následujícím způsobem :
Ve stati Wide-Frequency-Range Tuned Helical Antennas a Circuits od A. G. Kandoian a W. Sichak publikované v Convention Record of the I. R. E., 1953 National Convention, Part 2 - Antennas and Communications, str. 42-47 je uveden vzorec, který vypočítává rychlostní
-11CZ 287680 B6 faktor pro koaxiální vedení s jednovláknovým lineárním šroubovicovým vnitřním vodičem. V patentovém dokumentu US 4,6222,558 a 4,751,515 byl tento vzorec substitucí geometrických proměnných uzpůsoben pro geometrii šroubovicového vinutí na toroidním jádru do následující podoby:
(3)
Zatímco tento vzorec je založen na odlišném fyzickém provedení než v této přihlášce popsaný vynález, lze ho použít s menšími empirickými modifikacemi jako přibližný popis vynálezu za účelem jeho úpravy pro získání dané rezonanční frekvence.
Substitucí vzorce (1) a (2) do rovnice (3) a zjednodušením je získána rovnice :
Z rovnice (1) a (2) vyplývá, že rychlostní fakt r a normalizovaný velký poloměr jsou vzájemně přímoůměmé:
Vg = 2na~ (5)
Rovnice (4) a (5) mohou být upraveny za účelem vypočítání normalizovaného velkého a malého průměru torusu na základě Vg a N:
mVg a“ =----------8π (6)
základní vlastnost torusu je vyjádřena rovnicí:
(7)
- 12CZ 287680 B6 (8)
Rovnice (2), (6), (7), (8) poskytují základní vztahy mezi konstrukčním provedením antény a provozní frekvencí. Tyto rovnice mohou být použity buď pro zjištění fyzických rozměrů antény pro danou provozní frekvenci, rychlostní faktor a počet závitů, nebo pro vyřešení opačného problému, tzn. stanovení provozní frekvence dané antény o specifických rozměrech a mající daný počet šroubovicových závitů.
Další omezení založené na odkazu na uvedený článek od Kandoiana a Sichaka může být vyjádřeno pomocí normalizovaných proměnných následující nerovností:
nD2_4 N b2 _4 N b2 1 λ L λ .25my *5 (9)
Úpravou této rovnice za účelem vypočítání b a substitucí rovnicí (7) je získána nerovnost:
(10)
Úpravou nerovnosti (10) za účelem oddělení proměnných je získána nerovnost:
N --=a J5m (H)
Po, úpravě do formy kvadratické rovnice je získán výsledný vztah :
(12)
Rovněž z rovnice (6) a (8):
(13)
- 13 CZ 287680 B6 (14)
Normalizovaná délka šroubovicového vodiče je potom dána rovnicí:
L„ = 2π^(Ν b)2+a2 = 2«b
Délka drátu pro vodič bude snížena na minimum v případě, že a=b a pro minimální počet závitů N. V případě, že a=b, potom z rovnice (6) vyplývá, že
8π (15) a tudíž
- mV — mV N
4
Pro čtyřsegmentovou anténu, m = 4 a i·. >VF (16) (17)
Substitucí rovnice (15) do rovnice (10) je získána rovnice
Pro minimální délku drátu pro vodič, Nmjn = 4 a pro čtyřsegmentovou anténu
VN » 1.151 <L z
(19)
Obvykle délka drátu pro vodič bude nejmenší pro malé rychlostí faktory, takže rovnice (18) může být aproximována následujícím způsobem
-14CZ 287680 B6
(20)
substitucí této rovnice do nerovnice (16) je získána nerovnost
= 0.393 m' (21)
Tudíž pro všechny avšak dvousegmentové antény z rovnic od Kandoiana a Sichaka vyplývá, že celková délka drátu pro vodič bude větší než vlnová délka ve vzduchoprázdnu.
Podle uvedených rovnic je možné konstruovat toroid, který má přenosové charakteristiky půlvlnné lineární antény. Na základě zkušeností s počtem závitů protivinutých toroidních šroubovicových antén konstruovaných podle vynálezu se ukázalo, že se rezonanční frekvence dané struktury liší od rezonanční frekvence vypočtené podle rovnic (2), (6) a (7) a zejména se zdá, že skutečná rezonanční frekvence odpovídá vypočtené rezonanční frekvenci vypočtené z rovnic (2), (6) a (7) v případě, že počet závitů N použitých ve výpočtech je větší o činitel dva nebo tři než skutečný počet závitů pro jeden ze dvou vodičů. V některých případech se zdá, že skutečná provozní frekvence může být nejlépe uvedena ve vzájemný vztah s délkou drátu pro vodič. Pro danou délku šroubovicového vodiče navinutého na toroidním jádru, tj. Lw (a, b, N), je tato délka rovna vlnové délce elektromagnetické vlny ve vzduchoprázdnu, jejíž frekvence je dána vztahem:
fJ&bM (22)
V některých případech byla naměřená rezonanční frekvence byla nejlépe odhadnuta buď z funkce 0,75. fw (a, b, N), nebo fw(a, b, 2n). Např. při frekvenci 106 Mhz by lineární půlvlnná anténa byla dlouhá 1,415 m, přičemž se předpokládá rychlostní faktor 1,0, zatímco provedení antény s toroidní jádrem podle vynálezu by mělo následující rozměry :
a = 6,955 cm b - 1,430 cm
N = 16 otáček kalibru 16 m = 4 segmenty.
Pro toto provedení s toroidním jádrem je podle rovnic (2), (6) a (7) pro N = 16 rezonanční frekvence 311,5 Mhz a rychlostní činitel Vg = 0,454 a pro N = 32 je rezonanční frekvence 166,7 MHz. Při naměřené provozní frekvenci. Vg = 0,154 za účelem zachování rovnice (4) efektivní hodnota N musí být rovna 51 závitům, což je 3,2 krát větší počet než skutečná hodnota počtu závitů pro každý vodič. V tomto případě je frekvence fw (a, b, 2n) = 103,2 MHz.
- 15 CZ 287680 B6
V modifikovaném provedení vynálezu zobrazeném na obr. 5 jsou spojení při dvou branách a a c se stupním signálem přerušena, stejně jako vodiče při odpovídajících uzlových bodech. Zbývající čtyři otevřené brány all - a21. a!2 - a22, cil - c21 a c21 - c22 jsou potom zakončeny reaktancí Z, jejíž impedance je uzpůsobena vlastní impedanci segmentu přenosového vedení vytvořeného dvojicí šroubovicových vodičů protivinutých na toroidním jádru. Odrazy signálů od koncových reaktancí (viz, obr. 13) představují odrazy signálů, které jsou fázově posunuty o 90° vzhledem k dopadajícím signálům, takže proudová rozdělení na šroubovicových vodičích na toroidním jádře jsou podobná proudovým rozdělením v provedení zobrazeném na obr. 1, tudíž uvedené modifikované provedení poskytuje stejný vyzařovací diagram, avšak má méně přívodních spojeních mezi signálovými vývody a signálovými bránami, což zjednodušuje nastavení a naladění struktury antény.
Vodiče protivinuté na toroidním jádře mohou být uspořádány jiným způsobem než šroubovicovým, který ještě zjednodušuje podstatu vynálezu. Obr. 14 zobrazuje jedno alternativní uspořádání (konfigurace poloidního obvodového vinutí), ve kterém šroubovice tvořená každým ze dvou izolovaných vodičů Wl. W2 je rozložena do série vzájemně spojených poloidních smyček 14.1. Tato vzájemná spojení tvoří kruhové oblouky vzhledem k hlavní ose. Tyto dva oddělené vodiče jsou na všech místech paralelní, což umožňuje přesnější zrušení složek toroidního elektrického proudu a přesnější směrování složek magnetického proudu vytvořeného poloidními smyčkami. Toto provedení je charakterizováno vyšší mezivodičovou kapacitancí, což vede k nižší rezonanční frekvenci uvedené struktury, jak je to experimentálně ověřeno. Rezonanční frekvence tohoto provedení může být upravena nastavením odsazení paralelních vodičů Wl a W2, a nastavením relativního úhlu dvou protivinutých vzhledem jeden k druhému a vzhledem k buď hlavní, nebo vedlejší ose torusu.
Signály při každém ze signálových brán Sl, S2 mohou být vzájemně vyváženy, pokud jde o velikost a fázi (např. mohou mít stejnou velikost se stejnoměrným fázovým posunem 180°) za účelem získání nejlepšího provedení vynálezu. Segmenty přenosového vedení pro přívod signálu měly by být rovněž při obou koncích uzpůsobeny, tj. při signálových koncových společných spojeních a při každé z individuálních signálových brán na protivinuté toroidní šroubovicové struktuře. Nedostatky v protivinutých vinutích, tvaru, do kterého jsou tato vinutí navinuta, nebo jiné faktory mohou způsobit změny impedance při signálových branách. Tyto změny mohou být kompenzovány, např. formou zobrazenou na obr. 15, takže proudy vstupující do struktury antény jsou vyváženy, co se týče velikosti a fáze, což umožňuje nejúplnější zrušení komponent toroidního elektrického proudu, jak to bude popsáno v níže uvedeném textu. V nejednodušší formě v případě, že impedance při signálových vývodech je Zo, typicky 50Ω, a signálová impedance při signálových branách má hodnotu Zi - m.Zo, potom vynález by měl být proveden tak, že by měl mít m přívodních vedení, přičemž každé z těchto vedení by mělo mít stejnou délku a impedanci Zi, takže paralelní kombinace těchto impedancí při signálových vývodech by mělo hodnotu Zo. V případě, že impedance při signálových vývodech má odporovou hodnotu Zi odlišnou od výše uvedené, potom vynález by měl být proveden tak, že by měl mít čtyřvlnný úsek transformátorového přívodního vedení, přičemž každý úsek by měl být o délce rovné čtvrtině vlnové délky a měl by mít vlastní impedanci Zf = ZoZj. Obecně libovolné impedance mohou být uzpůsobeny dvojitým tunerem konstruovaným z prvků přenosového vedení a pracujícím na principu přizpůsobení impedance zkratovým úsekem vedení. Přívodní vedení ze signálových vývodů může být induktivně spřaženo vzhledem k signálovým branám, jak je to zobrazeno na obr. 16. Kromě přizpůsobení impedance signálových brán přívodnímu vedení tato technika rovněž funguje jako přizpůsobovací člen mezi souměrným a nesouměmým vysokofrekvenčním vedením pro převedení nevyváženého signálu při napájecích vývodech na vyvážený signál při signálových branách na protivinuté toroidní šroubovicové struktuře. V případě induktivního spřežení vazebný koeficient mezi přívodem signálů a strukturou antény může být nastaven tak, aby struktura antény mohla volně rezonovat. Aniž by došlo k odchýlení od podstaty vynálezu
-16CZ 287680 B6 jsou možné i jiné prostředky pro přizpůsobení impedance, fáze a amplitudy, které jsou dobře známé pro odborníka v daném oboru.
Struktura antény může být laděna různými způsoby. V nejlepším případě by prostředek pro ladění měl být rovnoměrně distribuován kolem uvedené struktury za účelem zachování stejnoměrného azimutového magnetického prstencového proudu. Obr. 17 zobrazuje použití poloidních foliových struktur 18.1, 19.1 (viz, obr. 18 a 19) obklopujících dva izolované vodiče, přičemž tyto struktury slouží k úpravě kapacitního spřažení mezi dvěma šroubovicovými vodiči. Poloidní ladicí prvky mohou být tvořeny buď otevřenými, nebo uzavřenými smyčkami, přičemž uzavřené smyčky poskytují dodatečné komponenty induktivního spřažení. Obr. 20 zobrazuje prostředek pro vyvážení signálů na struktuře antény kapacitním spřažením rozdílných uzlových bodů a zejména protilehlých uzlových bodů na stejném vodiči. Kapacitní spřažení používající proměnný kondenzátor může být azimutově nepřetržité použitím kruhové vodivé fólie nebo pletiva, které jsou v rozsahu toroidního jádra paralelní k jeho povrchu, a které jsou nepřetržité nebo jsou rozděleny na části. Provedení zobrazená na obr. 23 a 25 vyplývají z rozsahu provedení z obr. 17 až 21, přičemž celá toroidní šroubovicová struktura HS je obklopena stíněním 22.1, které je v každém místě soustředné. V ideálním případě toroidní šroubovicová struktura HS vytváří výlučně toroidní magnetická pole, která jsou paralelní k uvedenému stínění, takže pro dostatečně tenkou fólii a pro danou vodivost a provozní frekvenci jsou elektromagnetické hraniční podmínky dostačující pro umožnění šíření elektromagnetického pole mimo uvedenou strukturu. Za účelem vyladění antény může být přidána štěrbina (poloidní) 25.1, jak to bude popsáno v níže uvedeném textu.
Protivinutá toroidní šroubovicová anténní struktura je rezonátor s poměrně vysokou jakostí, který může sloužit jako kombinovaný ladicí prvek a zdroj záření pro vysílač s kmitočtovou modulací, který má, jak je to zřejmé z obr. 26, oscilační zesilovač 26.2 pro příjem napětí z antény 10. Skrze parametrický ladicí prvek 26.3 regulovaný modulátorem 26.4 může být uskutečněna modulace. Přenosová frekvence F1 je regulována elektronickým nastavením kapacitního nebo induktivního ladicího prvku připojeného k anténní struktuře buď přímou modifikací reaktance, nebo spínáním řady pevných reaktivních prvků (popsaných v předcházejícím textu) za účelem regulace reaktance, která je spřažena s uvedenou strukturou, a tudíž nastavení vlastního kmitočtu protivinuté toroidní šroubovicové struktury.
Jiná modifikace vynálezu je zobrazena na obr. 27. V rámci této modifikace jsou toroidní šroubovicové vodiče z předcházejícího provedení uspořádány do série N poloidních smyček 27.1 stejnoměrně azimutově odsazených kolem toroidního jádra. Části každé smyčky nejvíce blízké středu vzhledem k velkému poloměru torusu jsou společně spojeny při vývodu S1 signálu, zatímco zbývající části každé smyčky nejvíce vzdálené od uvedeného středu jsou společně spojeny při vývodu S2 signálu. V případě, že individuální smyčky jsou vzájemně identické, potom mohou mít libovolný tvar, např. kruhový tvar, jak je to zřejmé z obr. 28, nebo obdélníkový tvar, jak je to zřejmé z obr. 30. Elektrický ekvivalentní obvod pro tuto konfiguraci je zobrazen na obr. 29. Každý z individuálních smyčkových segmentů pracuje jako konvenční smyčková anténa. V kombinované struktuře uvedené individuální smyčky jsou uvedeny do paralelní kombinace, takže výsledné složky magnetického pole takto vytvořené v každé smyčce jsou ve fázi a azimutově směrovány vzhledem k toroidnímu jádru, což vede k azimutově stejnoměrnému prstencovému magnetickému proudu. V porovnání, v protivinuté toroidní šroubovicové anténě jsou pole z toroidních komponent protivinutých šroubovicových vodičů zrušeny, jako kdyby tyto komponenty neexistovaly, přičemž zůstávají pouze příspěvky z poloidních komponent uvedených vodičů. V provedení zobrazené na obr. 27 jsou odstraněny toroidní komponenty z fyzikální struktury spíše, než se počítá se zrušením elektromagnetických polí generovaných odpovídajícím způsobem. Zvýšení počtu poloidních smyček v provedení na obr. 27 vede k provedení na obr. 31 a 33 pro smyčky obdélníkového resp. kruhového profilu. Individuální smyčky jsou v těchto provedeních tvořeny kontinuálními vodivými povrchy, které mohou nebo nemusejí mít oblé štěrbiny za účelem dosažení vícesmyčkového provedení. Tyto
-17CZ 287680 B6 struktury vytvářejí azimutové magnetické prstencové proudy, které jsou na každém místě paralelní s vodivými toroidními povrchy, a jejichž odpovídající elektrická pole jsou na každém místě kolmé k vodivým toroidním povrchům. Elektromagnetické vlny vytvořené touto strukturou se mohou šířit skrze vodivý povrch vzhledem k tomu, že tento povrch je dostatečně tenký pro 5 případ kontinuálního vodiče. Toto zařízení bude mít účinek prstence elektrických dipólů v pohybujícím náboji mezi vrchní a spodní stranou struktury, tj. ve směru paralelním se směrem hlavní osy toroidního jádra.
Provedení na obr. 27 a 31 mají společnou nevýhodu, která spočívá v poměrně značné velikosti ío kvůli nutnosti, aby obvod smyčky byl řádově jednou polovinou vlnové délky pro rezonanční provoz. Avšak velikost smyčky může být snížena přidáním buď indukčních reaktancí zapojených sériově, nebo reaktancí zapojených paralelně ke strukturám z obr. 27 a 31. Obr. 34 zobrazuje přidání sériově zapojených indukčních reaktancí vytvořením solenoidového vodiče 35.1 ze středového vodiče v provedení z obr. 31. Obr. 36 zobrazuje přidání paralelně zapojené kapacitní 15 reaktance 36.1 k provedení na obr. 31. Paralelně zapojený kondenzátor má formu středové hlavy
36.2 kola tvořící toroidní strukturu TS, přičemž tato hlava rovněž slouží pro mechanické nesení jak toroidního jádra, tak i středového elektrického vodiče 36.3. kterým je signál při vývodech S1 a S2 přiveden do anténní struktury. Paralelně zapojený kondenzátor a strukturální hlava jsou vytvořeny ze dvou vodivých desek PÍ aP2 vyrobených z mědi, hliníku nebo z jiného 20 neželezného vodiče, a oddělených určitým médiem, např. vzduchem. Teflonem, polyethylenem nebo jiným materiálem 36.4 s nízkými dielektrickými ztrátami. Vodič 36.3 s vývody S1 a S2 je při středu paralelních desek PÍ a P2 vodivě spojen s paralelními deskami PÍ resp. P2, které jsou zase vodivě spojeny k příslušným stranám toroidní štěrbiny při vnitřní části vodivého toroidního povrchu TS. Proudový signál protéká radiálně ven z vodiče 36.3 skrze desky PÍ a P2 a podél 25 vodivého toroidního povrchu TS. Přidání kapacitní reaktance uskutečněné pomocí vodivých desek PÍ a P2 umožňuje, aby poloidní obvod toroidního povrchu TS byl podstatně menší než obvod, který by byl žádoucí pro stejný stav rezonance realizovaný smyčkovou anténou pracující při stejné frekvenci.
Kapacitní ladicí prvek z obr. 36 může být kombinován s indukčními smyčkami z obr. 27 za účelem vytvoření provedení na obr. 37, jehož konstrukce může být zobrazena za předpokladu, že pro rovnocenný obvod z obr. 38 všechny kapacitní reaktance jsou realizovány kondenzátorem s paralelními deskami a všechny indukční reaktance jsou uskutečněny drátovými smyčkami. V následujícím textu jsou uvedeny rovnice pro kapacitní reaktancí kondenzátoru s paralelními 35 kondenzátory a pro drátové induktory, které jsou vzaty z odkazu na publikaci Reference Data for Rádio Engineers, 7th ed., E. C. Jordán ed., 1986, Howard W. Sams, str. 6 - 13 :
C - 0-225c|(tf-l)d (23)
L . = — 100 7.353 - 6.386 (24)
kde C = kapacita [pF]
Ldrát ~ indukčnost [μΗ] 45 A = plocha desek [in2] t - odsazení desek [in]
- 18CZ 287680 B6
N = počet desek a = střední poloměr drátové smyčky [in] d drátový průměr [in] εΓ = relativní dielektrická konstanta
Rezonanční frekvence ekvivalentního paralelního obvodu za předpokladu celkového počtu N drátů je potom dána rovnicemi:
(25)
(26)
Pro toroidní jádro o malém průměru = 7,00 cm (2,755 in.) a velkém vnitřním průměru (průměr kapacitních desek) = 10,28 cm (4,046 in.) a pro N = 24 smyček o 16 vodicích drátech (d = 0,16 cm (0,063 in.)) s odsazením desek t = 0,358 cm (0,41 in.) je hodnota rezonanční frekvence vypočtená z uvedených rovnic rovna 156,5 MHz.
Pro provedení z obr. 38 je indukční reaktance jednoho závitu toroidních smyček aproximována vzorcem:
.(27) kde po je permeabilita vakua - 400 π nH/m, a a b je velký resp. malý poloměr toroidního jádra. Kapacitní reaktance kondenzátoru s paralelními deskami vytvořeného jako hlava torusu je dána rovnicí:
(28) kde ε0 je permitivita vakua = 8, 854 pF/m.
Dosazením rovnic (27) a (28) do rovnic (25) a (26) se získá rovnice :
38.07
MHz b2(a-b)2er (29)
-19CZ 287680 B6
Rovnice (29) stanovuje, že výše zobrazená toroidní konfigurace až na kontinuální vodivý povrch bude mít stejnou rezonanční frekvenci 156,5 MHz v případě, že odsazení desek je zvýšeno na 1,01 cm.
Provedení na obr. 36, 37 a 38 může být naladěno bud, úplným odsazením desek, nebo oddělením relativně úzké prstencové štěrbiny od desky, jak je zřejmé z obr. 38, přičemž tento jemný ladicí prostředek je azimutově symetrický za účelem zachování symetrie signálů, které se šíří radiálně ven ze středu struktury.
Obr. 39 a 41 zobrazují prostředek pro zvýšení šířky pásma uvedené anténní struktury. Poněvadž se signály šíří ven v radiálním směru, šířka pásma je zvýšena poskytnutím rozdílných diferenciálních obvodů v rozdílných radiálních směrech. Změna v geometrii je provedena azimutově symetricky tak, aby se minimalizovala geometrická odchylka od azimutového magnetického pole. Obr. 39 a 41 zobrazují geometrie, které jsou snadno vytvořeny z komerčně dostupných trubic, zatímco obr. 25 (nebo 24) zobrazuje geometrii se sinusovou změnou poloměru, která by snížila geometrickou odchylku od magnetického pole.
Dosud známé šroubovicové antény se používají pro dálkové snímání geotechnických znaků a pro navigaci podle těchto znaků. Pro tyto aplikace jsou používány relativně nízké frekvence vyžadující velké konstrukce pro dobrý výkon. Lineární šroubovicová anténa je zobrazena na obr. 43. Tato anténa může být uzpůsobena, jak je to zřejmé z obr. 44, přičemž ideální šroubovice je rozložena do řady jednozávitových smyček oddělených přímkovými spojeními. V případě rovnoměrného nebo kvazirovnoměmého magnetického pole v rozsahu délky uvedené struktury by smyčkové prvky mohly být odděleny od složených lineárních prvků za účelem vytvoření struktury zobrazené na obr. 45. Velikost této struktury může být dále snížena nahrazením lineárních prvků v tomto textu uvedenými toroidními šroubovicovými nebo toroidními poloidními anténními strukturami, jak je zobrazeno na obr. 46. Hlavní výhodou této konfigurace je to, že celá struktura je kompaktnější než odpovídající lineární šroubovice, což je výhodné pro mobilní aplikace, jakými jsou např. použití v letadlech, lodích a vozidlech, a pro nenápadné aplikace. Druhou výhodou této konfigurace a konfigurace zobrazené na obr. 45 je to, že signálové složky magnetického a elektrického pole jsou rozloženy, což umožňuje jejich následné zpracování, a znovu sloučeny způsobem odlišným od způsobu inherentním k lineární šroubovici, avšak způsobem, který může poskytovat další informaci.
Na obr. 48 je schématicky zobrazena elektromagnetická anténa 48. Tato anténa 48 zahrnuje vícenásobně spojený povrch, jakým je např. toroidní forma TF z obr. 1, izolovaný vodičový obvod 50 a dva signálové vývody 52, 54·
V předcházejícím textu použitý výraz vícenásobně spojený povrch znamená : a) libovolný toroidní povrch, jakým je např. výhodně toroidní forma TF. která má velký poloměr menší než malý poloměr nebo rovný malému poloměru, b) ostatní povrchy vytvořené otáčením rovinné uzavřené křivky nebo polygonu majícího množinu rozdílných poloměrů kolem osy ležící v jeho rovině, přičemž velký poloměr těchto ostatních povrchů je větší než maximální hodnota malého poloměru nebo rovný maximální hodnotě malého poloměru, a c) ještě další povrchy podobné povrchům podložky nebo matice, např. šestihranné matice, vytvořené obecně z rovinného materiálu za účelem definování vnitřního obvodu většího než nula a vnějšího obvodu většího než vnitřní obvod, přičemž vnější a vnitřní obvod je buď rovinná uzavřená křivka, a/nebo polygon. Výše uvedené významy uvedeného výrazu nejsou nikterak omezující.
Příkladný izolovaný vodičový obvod 50 probíhá ve vodivé cestě 56 podél toroidní formy TF z obr. 1 a přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 60 (+) k druhému uzlovému bodu 62 (-). Izolovaný vodičový obvod 50 rovněž probíhá v další vodivé cestě 58 podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu od uzlového bodu 62 (-) k druhému uzlovému bodu 60 (+), čímž je vytvořena jedna nekonečná vodivá cesta podél toroidní formy a přes tuto toroidní formu.
-20CZ 287680 B6
Jak to bylo výše uvedeno v souvislosti s obr. 1, vodivé cesty 56, 58 mohou být tvořeny protivinutými šroubovicovými vodivými cestami majícími stejný počet závitů, přičemž smysl stoupání šroubovice pro vodivou cestu 56 je pravotočivý, jak je to znázorněno nepřerušovanou linií, a smysl stoupání šroubovice pro vodivou dráhu 58 je levotočivý, jak je to zobrazeno přerušovanou linií, přičemž tento smysl je opačný k uvedenému pravotočivému smyslu.
Vodivé cesty 56, 58 mohou být uspořádány j iným než šroubovicovým způsobem, např. obecně šroubovicovým způsobem nebo spirálovým způsobem, a ještě spadají do rozsahu vynálezu. Vodivé cesty 56, 58 mohou mít protivinuté poloidní periferní vinutí, která mají opačné smysly vinutí, jak to bylo v přecházejícím textu popsáno v souvislosti s obr. 14, čímž je šroubovice vytvořená z každého ze dvou izolovaných vodičů Wl, W2 rozložena do řady vzájemně spojených poloidních smyček 14.1.
Jak je to zřejmé z obr. 48, vodivé cesty 56, 58 obracejí smysl při uzlových bodech 60, 62. K těmto uzlovým bodům 60, 62 jsou elektricky připojeny signálové vývody 52 resp. 54. Tyto signálové vývody 52, 54 buď dodávají do izolovaného vodičového obvodu 50 vycházející (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 64, nebo přijímají z izolovaného vodičového obvodu 50 vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 64. Např. v případě přenášeného signálu je jediná nekonečná vodivá cesta z izolovaného vodičového obvodu 50 sériově napájena ze signálových vývodů 52, 54.
Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že vodivé cesty 56. 58 mohou být vytvořeny jediným izolovaným vodičem, např. drátovým vodičem nebo tištěným vodičem, který vytváří jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující vodivou cestu 56 probíhající z uzlového bodu 60 k uzlovému bodu 62 a vodivou cestu 58 probíhající z uzlového bodu 62 k uzlovému bodu 60. Je dále pro odborníka v daném oboru zřetelné, že uvedené vodivé cesty 56, 58 mohou být vytvořeny z množiny izolovaných vodičů, např. z jednoho izolovaného vodiče, který vytváří vodivou cestu 56 probíhající z uzlového bodu 60 do uzlového bodu 62 a druhého izolovaného vodiče, který vytváří vodivou cestu 58 probíhající z uzlového bodu 62 zpátky k uzlovému bodu 60.
Na obr. 49 až 51 jsou zobrazeny diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k uzlovým bodům 60, 62 antény 48. Jak to bylo v předcházejícím textu uvedeno v souvislosti s obr. 7 až 12 proudy ve vodivých cestách 56, 58 na obr. 48 jsou fázově posunuty o 180°. Proudové distribuce se v těchto diagramech vztahují k uzlovým bodům 60. 62, přičemž J označuje elektrický proud. M označuje magnetický proud. CW označuje směr hodinových ručiček a CCW označuje směr proti směru hodinových ručiček. Tyto rozbory předpokládají, že nominální provozní frekvence signálu 64 je naladěna na strukturu antény 48 tak, aby elektrický obvod této antény měl délku rovnou jedné polovině vlnové délky, a aby proudová distribuce na uvedené struktuře měla, co se týče velikosti, sinusový průběh, který je aproximován. Protivinuté vodivé cesty 56, 58, z nichž každá má délku přibližně jedné poloviny vedené vlnové délky nominální provozní frekvence, mohou být označeny za prvky nerovnoměrného přenosového vedení se souměrným napájením. Vodivé cesty 56, 58 tvoří uzavřenou smyčku, která bylo stočena do tvaru čísla 8 a potom sama přehnuta zpět za účelem vytvoření soustředného vinutí.
Za účelem lepšího pochopení provedení na obr. 48 až 51, je v následujícím textu uveden příklad.
Příklad
Při nominální provozní frekvenci 30,75 MHz, např. lineární půlvlnná anténa (není zobrazena) by byla přibližně dlouhá 4,877 M za předpokladu, že rychlostní faktor je 1,0. Naproti tomu při příkladné nominální provozní frekvenci 30,75 MHz, elektromagnetická anténa 48, používající toroidní formu TF na obr. 1, by měla následuj ící charakteristiky :
-21 CZ 287680 B6 velký poloměr = a = 28,50 cm malý poloměr = b = 1,32 cm N = 36 závitů drátu o kalibru 16 v každé z vodivých cest 56, 58 počet vodivých cest 56, 58 = 2.
Diagram na obr. 49 zobrazuje distribuci elektrického proudu s polaritou, která se vztahuje ke směru šíření z uzlových bodů 60, 62, z kterých vycházejí signály. Diagram na obr. 50 zobrazuje stejnou distribuci proudu s polaritou vztaženou na společný směr proti směru hodinových ručiček, přičemž z tohoto diagramu je zřejmé, že se polarita proudu mění v závislosti na směru, ke kterému je vztažena. Obr. 51 zobrazuje distribuci odpovídajícího magnetického pole, přičemž na tomto obrázku jsou použity principy výše zobrazené v souvislosti s obr. 1. Obr. 50 ukazuje, že distribuce čistého elektrického proudu na toroidní formě TF na obr. 1 je zrušena, a obr. 51 znázorňuje, že distribuce čistého magnetického proudu je zvýšena.
Tímto způsobem vodivá cesta 56 vede elektrické proudy CCWJ a CWJ a vodivá cesta 58 vede elektrické proudy CCWJ, CWJ. Tyto vodivé cesty 56. 58 a připojené elektrické proudy vytvářejí odpovídající magnetické proudy ve směru hodinových ručiček a proti směru hodinových ručiček, např. magnetické proudy CCWiM. CCW2M vytvořené příslušnými vodivými cestami 56, 58 a příslušnými elektrickými proudy CCWJ. CCWJ. Obr. 50 s distribucí proudu vztaženou ke směru proti směru hodinových ručiček, zobrazuje destruktivní interferenci proudů CCWJ. CCWJ. Podobně obr. 51 s distribucí proudu vztaženou ke směru proti směru hodinových ručiček, konstruktivní interferenci magnetických proudů CCWiM, CCWJ.
Způsob přenášení vysokofrekvenčního signálu, např. signálu 64, pomocí příkladné antény 48 na obr. 48 spočívá v přivedení vysokofrekvenčního signálu 64 k signálovým vývodům 52, 54 za účelem indukování elektrických proudů CCWJ, CWJ. CCWJ. CW2J vysokofrekvenčního signálu 64 mezi uvedenými vývody, vedení elektrických proudů CCWJ. CWJ ve vodivé cestě 56, vedení elektrických proudů CCWJ. CWJ ve vodivé cestě 58 a použití vodivých cest 56, 58 v protivinutém vzájemném vztahu.
Obr. 52 schématicky zobrazuje další provedení elektromagnetické antény 48'. Anténa 48' zahrnuje vícenásobně spojené povrchy, např. toroidní formu TF obr. 1, izolovaný vodičový obvod 50' a dva signálové vývody 52', 54'. Elektromagnetická anténa 48', izolovaný vodičový obvod 50' a signálové vývody 52', 54' jsou obecně stejné jako elektromagnetická anténa 48, izolovaný vodičový obvod 50 resp. signálové vývody 52, 54 na obr. 48.
Příkladný izolovaný vodičový obvod 50' probíhá ve vodivé cestě 56' podél toroidní formy TF na obr. 1 a přes tuto toroidní formu z uzlového bodu 60' (+) do mezilehlého uzlového bodu A a z tohoto mezilehlého uzlového bodu A k dalšímu uzlovému bodu 62' (-). Izolovaný vodičový obvod 50' rovněž probíhá v další vodivé cestě 58' podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu od uzlového bodu 62' (-) k dalšímu mezilehlému uzlovému bodu B a z toho mezilehlého uzlového bodu B do uzlového bodu 60' (+), čímž je podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu vytvořena jediná nekonečná vodivá cesta.
Jak to bylo v předcházejícím textu uvedeno v souvislosti s obr. 14 a 48, vodivé cesty 56', 58' mohou být tvořeny protivinutými šroubovicovými vodivými cestami majícími stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným než čistě šroubovicovým způsobem, např. mohou být uspořádány do protivinuté konfigurace s poloidním obvodovým vinutím, které má opačné smysly vinutí.
Signálové vývody 52', 54' dodávají vystupující (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 64 do izolovaného vodičového obvodu 50' nebo přijímají vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 64 z izolovaného vodičového obvodu. Vodivé cesty 56', 58',
-22CZ 287680 B6 z nichž každá má délku rovnou přibližně jedné polovině vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 64, obracejí smysl při uzlových bodech 60', 62'. Signálové vývody 52', 54' elektricky spojeny s mezilehlými uzlovými body A, B. Uzlové body 60', 62' jsou výhodně protilehlé k mezilehlým uzlovým bodům A, B tak, aby délka vodivých cest 56', 58 ' z příslušných uzlových bodů 60' resp. 62' k příslušným mezilehlým bodům A, B byla stejná jako délka vodivých cest 56’, 58' z příslušných mezilehlých uzlových bodů A, B k příslušným uzlovým bodům 62', 60'.
Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že vodivé cesty 56', 58' mohou být vytvořeny jediným izolovaným vodičem, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující vodivou cestu 56' z uzlového bodu 60' do mezilehlého uzlového bodu A a z tohoto mezilehlého uzlového bodu A do dalšího uzlového bodu 62', a vodivou cestu 58' z uzlového bodu 62' do mezilehlého uzlového bodu B a z tohoto meziuzlového bodu B do dalšího uzlového bodu 60'. Pro odborníka v daném oboru je rovněž zřejmé, že každá z vodivých cest 56', 58' může být vytvořena jedním nebo více izolovanými vodiči, např. jedním izolovaným vodičem z uzlového bodu 60' do mezilehlého uzlového bodu A a z mezilehlého uzlového bodu A do uzlového bodu 62' , nebo jedním izolovaným vodičem z uzlového bodu 60' do mezilehlého uzlového bodu A a druhým izolovaným vodičem z mezilehlého uzlového bodu A do uzlového bodu 62’.
Na obr. 53 až 55 jsou zobrazeny diagramy proudových a magnetických polí, podobné příslušným diagramům na obr. 49 až 51, vzhledem k uzlovým bodům 60', A, B, 62' antény 48' na obr. 52.
Na obr. 56 je schématicky zobrazeno další provedení elektromagnetické antény 66. Tato anténa zahrnuje vícenásobně spojené povrchy, např. toroidní formu TF na obr. 1, první izolovaný vodičový obvod 68, druhý izolovaný vodičový obvod 70 a dva signálové vývody 72, 74.
Izolovaný vodičový obvod 68 zahrnuje dvojici obecně šroubovicových vodivých cest 76, 78 a izolovaný vodičový obvod 70 podobně zahrnuje dvojici obecně šroubovicových vodivých cest 80. 82. Izolovaný vodičový obvod 68 probíhá ve vodivé cestě 76 podél toroidní formy TF na obr. 1 a částečně přes tuto toroidní formu z uzlového bodu 84 do uzlového bodu 86 a rovněž probíhá ve vodivé cestě 78 podél toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 86 do uzlového bodu 84 tak, aby vodivé cesty 76. 78 vytvořily nekonečnou vodivou cestu podél toroidní formy TF a v podstatě přes tuto toroidní formu TF. Izolovaný vodivý obvod 70 probíhá ve vodivé cestě 80 podél uvedené toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 88 do uzlového bodu 90 a rovněž probíhá ve vodivé cestě 82 podél toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 90 do uzlového bodu 88 tak, aby vodivé cesty 80, 82 vytvořily další nekonečnou vodivou cestu podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu TF.
Jak to bylo popsáno v předcházejícím textu v souvislosti s obr. 14 a 48, vodivé cesty 76, 78 a 80, 82 mohou být tvořeny protivinutými šroubovicovými cestami, které mají stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným způsobem než čistě šroubovicovým způsobem, např. mohou mít konfiguraci protivinutých poloidních periferních vinutí, které mají opačný smysl vinutí. Např. smysl stoupání vodivé cesty 76 může být pravotočivý, jak je to zobrazeno plnou linií, smysl stoupání pro vodivou cestu 78 je opačný k pravotočivému smyslu stoupání a je levotočivý, jak je to zobrazeno přerušovanou linií, a smysl stoupání pro vodivé cesty 80 a 82 je levotočivý resp. pravotočivý. Vodivé cesty 76, 78 obracejí smysl při uzlových bodech 84 a 86. Vodivé cesty 80, 82 obracejí smysl při uzlových bodech 88 a 90.
Signálové vývody 72, 74 buď dodávají do izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vystupující (přenášený) vysokofrekvenční signál 92, nebo přijímají z izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vystupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 92. Např. v případě přenášeného signálu, dvojice nekonečných vodivých cest izolovaných vodičových obvodů 68, 70 je paralelně napájena ze signálových vývodů 72, 74. Každá z vodivých cest 76, 78, 80, 82 má délku rovnou
-23 CZ 287680 B6 přibližně jedné čtvrtině vedené vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 92. Jak je to zobrazeno na obr. 56, signálový vývod 72 je elektricky spojen s uzlovým bodem 84 a signálový vývod 74 je elektricky spojen s uzlovým bodem 88.
Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že každý z izolovaných vodičových obvodů 68, 70 může být tvořen jedním nebo více izolovanými vodiči. Např. izolovaný vodičový obvod 68 může mít jediný vodič pro obě vodivé cesty 76, 78 nebo několik elektricky spojených vodičů pro každou z vodivých cest 76, 78.
Obr. 57 až 59 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k uzlovým bodům 84, 86, 88, 90 antény 66 na obr. 56, přičemž tyto diagramy jsou podobné příslušným diagramům z obr. 49-51. Diagram na obr. 58 zobrazuje stejnou distribuci elektrického proudu v případě, že je vztažena na společný směr proti směru hodinových ručiček a diagram na obr. 59 zobrazuje distribuci odpovídajícího magnetického proudu.
Na obr. 60 je schématicky zobrazeno další provedení elektromagnetické antény 66'. S výjimkou níže uvedeného je elektromagnetická anténa 66' obecně stejná jako elektromagnetická anténa 66 na obr. 56. Elektromagnetická anténa 66' zahrnuje signálové vývody 94, 96, které jsou stejné jako příslušné signálové vývody 72, 74 na obr. 56 a signálové vývody 98, 100. Signálový vývod 98 je elektricky spojen s uzlovým bodem 90 a signálový vývod 100 je elektricky spojen s uzlovým bodem 86.
Jak je to zřejmé z obr. 60, dvojice 94, 96 a 98, 100 signálových vývodů 94, 96, 98, 100 buď dodávají do izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vystupující (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 94, nebo přijímají z izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 94, který je elektricky spojen paralelně s dvojicemi 94,96 a 98, 100 signálových vývodů.
Jak je to zřejmé z obr. 61, mezi signálem 94 a jedním z dvojic 94, 96 a 98, 100 na obr. 60 nebo oběma dvojicemi 94, 96 a 98, 100 může být alternativně použit impedanční a fázově posunutý obvod. Aniž by došlo k odchýlení od podstaty vynálezu, pro uzpůsobení impedance, fáze a amplitudy a jejich vyvážení mohou být použity i jiné prostředky známé odborníkovy vdaném oboru.
Na obr. 62 je zobrazen reprezentativní výškový diagram vyzáření elektromagnetických antén 48, 48' z obr. 48, 52 resp. 56. Tyto antény jsou lineárně (např. vertikálně) polarizovány a mají fyzicky nízký profil podél směru polarizace, což souvisí s malým průměrem toroidní formy TF na obr. 1. Kromě toho tyto antény jsou obecně všesměrové ve směrech, které jsou kolmé ke směru polarizace, přičemž maximum vyzařovacího zisku je ve směrech kolmých ke směru polarizace a minimum vyzařovacího ziskuje ve směru polarizace.
Oproti dosud známým anténám elektromagnetické antény 48, 48', 66 na obr. 48, 52 resp. 56 snižují při rezonanci velký průměr toroidního povrchu. Délka elektrického obvodu vedlejší toroidní osy je 1/2 λ. Vzhledem k tomu je tato délka nižší o faktor 2 než délka elektrického obvodu u dosud známých antén, které mají minimální délku elektrického obvodu rovnou λ. Rychlost šíření vln podél protivinutých vodičových obvodů 50, 50', 68, 70 je přibližně třikrát nižší než rychlost odvozená z rovnic od Kandoiana & Sichaka. V důsledku toho velký průměr toroidního povrchu je menší o faktor přibližně 4 až 6. Kromě toho může být s příslušnou elektromagnetickou anténou 48. 48'. 66 použita pouze jediná napájecí brána signálových vývodů 52, 54, 52', 54', 72. 74, což zjednodušuje uzpůsobení vstupní impedance těchto antén k impedanci přenosového vedení pro příslušné signály 64. 64. 92. Mimoto základní rezonance každé z elektromagnetických antén 48, 48' poskytuje relativně velkou šířku pásma (např. přibližně 10 až 20% základní rezonance) ve srovnání s odpovídající první harmonickou
-24CZ 287680 B6 rezonancí za účelem dosažení pokud možno co největší šířky pásma při určené nominální provozní frekvence. Rovněž výkon příkladné elektromagnetické antény 48 je srovnatelný s výkonem vertikální půlvlnné dipólové antény a poskytuje větší specifické komunikační rozmezí (např. větší než přibližně 61 km) přes moře než rozmezí (např. přibližně 19 km) srovnatelného čtvrtvlnového uzemněného monopolu nebo srovnatelné prutové antény.
Kromě výše uvedených provedeních vynálezu jsou pro odborníka v daném oboru zřejmá další modifikace vynálezu, aniž by došlo odchýlení od podstaty vynálezu.

Claims (26)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Elektromagnetická anténa, vyznačená tím, že má vícenásobně spojený povrch a velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr, přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje izolovaný vodičový obvod (50, 50') probíhající v první obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z prvního uzlového bodu (60, 60') do druhého uzlového bodu (62, 62'), přičemž izolovaný vodičový obvod (50, 50') rovněž probíhá v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z druhého uzlového bodu (62, 62') do prvního uzlového bodu (60, 60'), přičemž první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu a přes uvedený vícenásobně spojený povrch, přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje první signálový vývod (52, 52') elektricky spojený s buď prvním uzlovým bodem (60), nebo prvním mezilehlým uzlovým bodem (A) uspořádaným mezi prvním uzlovým bodem (60') a druhým uzlovým bodem (62'), přičemž elektromagnetická anténa dále zahrnuje druhý signálový vývod (54, 54') elektricky spojený s buď druhým uzlovým bodem (62) v případě, že první signálový vývod (52) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (60), nebo druhým mezilehlým uzlovým bodem (B) uspořádaným mezi druhým uzlovým bodem (62') a prvním uzlovým bodem (60) v případě, že první signálový vývod (52') je elektricky spojen s prvním mezilehlým uzlovým bodem (A) uspořádaným mezi prvním uzlovým bodem (60') a druhým uzlovým bodem (62').
  2. 2. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že uvedený vícenásobně spojený povrch je tvořen toroidním povrchem.
  3. 3. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že izolovaný vodičový obvod (50) zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  4. 4. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že uvedený izolovaný vodičový obvod (50) zahrnuje první izolovaný vodič, který probíhá z prvního uzlového bodu (60) do druhého Uzlového bodu (62), a druhý izolovaný vodič, který probíhá z druhého uzlového bodu (62) do prvního uzlového bodu (60), přičemž první signálový vývod (52) a druhý signálový vývod (54) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (60) resp. druhým uzlovým bodem (62).
  5. 5. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou (56) resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou (58), přičemž izolovaný vodičový obvod (50) zahrnuje první izolovaný vodič pro vedení prvního elektrického
    -25 CZ 287680 B6 proudu (CCWJ, CWJ) v první šroubovicové vodivé cestě (56) a vytvoření prvního magnetického proudu (CCWiM) z prvního elektrického proudu (CCWJ, CWJ) v první šroubovicové vodivé cestě (56), přičemž izolovaný vodičový obvod (50) dále zahrnuje druhý izolovaný vodič pro vedení druhého elektrického proudu (CCW2J, CW2J) v druhé šroubovicové vodivé cestě (58) a pro vytvoření druhého magnetického proudu (CCW2M) z druhého elektrického proudu (CCWJ, CW2J) v druhé šroubovicové vodivé cestě (58).
  6. 6. Elektromagnetická anténa podle nároku 5, vyznačená tím, že první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič je tvořen prvním resp. druhým izolovaným vodičem pro vytvoření konstruktivní interference prvního a druhého magnetického proudu (CCWiM, CCW2M) a pro získání přenášeného signálu z elektromagnetické antény.
  7. 7. Elektromagnetická anténa podle nároku 6, vyznačená tím, že první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič je tvořen první resp. druhým izolovaným vodičem pro vytvoření destruktivní interference prvního a druhého elektrického proudu (CCWJ, CWJ, CCWJ, CW2J).
  8. 8. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že první signálový vývod (52) a druhý signálový vývod (54) jsou určeny k vyvedení signálu (64) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou (56) resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou (58), přičemž délka izolovaného vodičového obvodu (50) v první šroubovicové vodivé cestě (56) a druhé šroubovicové vodivé cestě (58) tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
  9. 9. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že první obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena prvním poloidním-perifemím vinutím (Wl) a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena druhým poloidním-perifemím vinutím (W2).
  10. 10. Elektromagnetická anténa podle nároku 9, vyznačená tí m , že vícenásobně spojený povrch j e tvořen toroidním povrchem.
  11. 11. Elektromagnetická anténa podle nároku 9, vyznačená tím, že izolovaný vodičový obvod (50) zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  12. 12. Elektromagnetická anténa podle nároku 9, vyznačená tím, že izolovaný vodičový obvod (50) zahrnuje první izolovaný vodič probíhající z prvního uzlového bodu (60) do druhého uzlového bodu (62) a druhý izolovaný vodič, probíhající z druhého uzlového bodu (62) do prvního uzlového bodu (60).
  13. 13. Elektromagnetická anténa podle nároku 9, vyznačená tím, že první signálový vývod (52) a druhý signálový vývod (54) jsou určeny k vyvedení signálu (64) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka uvedeného izolovaného vodičového obvodu (50) v prvním poloidním-perifemím vinutí (Wl) a druhém poloidním-perifemím vinutí (W2) tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
  14. 14. Elektromagnetická anténa podle nároku 1, vyznačená tím, že první obecně šroubovicová vodivá cesta a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou (56') resp. druhou šroubovicovou vodivou cestou (58'), přičemž izolovaný vodičový obvod (50') probíhá v první šroubovicové vodivé cestě (56') podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu (60') do prvního mezilehlého uzlového bodu (A) a z prvního mezilehlého uzlového bodu (A) do druhého uzlového bodu (62'), přičemž izolovaný vodičový obvod (50') rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě (58') podél
    -26CZ 287680 B6 vícenásobně spojeného povrchu a přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem Šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu (62') do druhého mezilehlého uzlového bodu (B) a od druhého mezilehlého uzlového bodu (B) do prvního uzlového bodu (60'), přičemž uvedený první signálový vývod (52') a druhý signálový vývod (54') je elektricky spojen s prvním mezilehlým uzlovým bodem (A) resp. druhým mezilehlým uzlovým bodem (B).
  15. 15. Elektromagnetická anténa podle nároku 14, vyznačená tím, že vícenásobně spojený povrch je toroidním povrchem.
  16. 16. Elektromagnetická anténa podle nároku 14, vyznačená tím, že izolovaný vodičový obvod (50') zahrnuje jediný izolovaný vodič ,který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  17. 17. Elektromagnetická anténa podle nároku 14, v y z n a č e n á t í m ,že izolovaný vodičový obvod (50‘) zahrnuje první izolovaný vodič probíhající od prvního uzlového bodu (60') do prvního mezilehlého uzlového bodu (A) a z prvního mezilehlého uzlového bodu (A) do druhého uzlového bodu (62'), a druhý izolovaný vodič probíhající z druhého uzlového bodu (62') do druhého mezilehlého uzlového bodu (B) a z druhého mezilehlého uzlového bodu (B) do prvního uzlového bodu (60').
  18. 18. Elektromagnetická anténa podle nároku 14, vyznačená tím, že první uzlový bod (60') a druhý uzlový bod (62') jsou obecně protilehlé k prvnímu mezilehlému uzlovému bodu (A) a druhému mezilehlému uzlovému bodu (B).
  19. 19. Elektromagnetická anténa podle nároku 14, vyznačená tím, že první signálový vývod (52') a druhý signálový vývod (54') jsou určeny k vyvedení signálu (64) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka izolovaného vodičového obvodu (50') v první šroubovicové vodivé cestě (56') a druhé šroubovicové vodivé cestě (58') tvoří přibližně jednu polovinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
  20. 20. Elektromagnetická anténa podle nároku 1,vyznačená tím, že první a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta je tvořena první šroubovicovou vodivou cestou (76), druhou šroubovicovou vodivou cestou (78), třetí šroubovicovou vodivou cestou (80) a čtvrtou šroubovicovou vodivou cestou (82), přičemž izolovaný vodičový obvod zahrnuje první izolovaný vodičový obvod (68) a druhý izolovaný vodičový obvod (70), přičemž první izolovaný vodičový obvod (68) probíhá v první šroubovicové vodivé cestě (76) podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu (84) do druhého uzlového bodu (86) a rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě (78) podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu (86) do třetího uzlového bodu (84), přičemž první šroubovicová vodivá cesta (76) a druhá šroubovicová vodivá cesta (78) tvoří první nekonečně vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a v podstatě přes uvedený vícenásobně spojený povrch, přičemž druhý izolovaný vodičový obvod (70) probíhá v třetí šroubovicové vodivé cestě (80) podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání od třetího uzlového bodu (88) do čtvrtého uzlového bodu (90), a rovněž probíhá ve čtvrté šroubovicové vodivé cestě (82) podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od čtvrtého uzlového bodu (90) do třetího uzlového bodu (88), přičemž třetí šroubovicová vodivá cesta (80) a čtvrtá šroubovicová vodivá cesta (82) tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu, přičemž první signálový vývod (72, 94) je elektricky spojen s buď prvním uzlovým bodem (84) nebo prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90), a druhý signálový vývod (74, 96) je elektricky spojen s buď třetím uzlovým bodem (88) v případě, že první signálový vývod (72) je elektricky
    -27CZ 287680 B6 spojen s prvním uzlovým bodem (84), nebo druhým uzlovým bodem (86) a třetím uzlovým bodem (88) v případě, že první signálový vývod (94) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90)
  21. 21. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, vyznačená tím, že vícenásobně spojený povrch je tvořen toroidním povrchem.
  22. 22. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, vyznačená tím, že první izolovaný vodičový obvod (68) a druhý izolovaný vodičový obvod (70) zahrnuje první izolovaný vodič resp. druhý izolovaný vodič, který tvoří první nekonečnou vodivou cestu resp. druhou nekonečnou vodivou cestu.
  23. 23. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, vyznačená tím, že první izolovaný vodičový obvod (68) zahrnuje první izolovaný vodič, který probíhá z prvého uzlového bodu (84) do druhého uzlového bodu (86), a druhý izolovaný vodič (78), který probíhá z druhého uzlového bodu (86) do třetího uzlového bodu (84), přičemž druhý izolovaný vodičový obvod (70) zahrnuje třetí izolovaný vodič, který probíhá z třetího uzlového bodu (88) do čtvrtého uzlového bodu (90), a čtvrtý izolovaný vodič, který probíhá od čtvrtého uzlového bodu (90) do třetího uzlového bodu (88).
  24. 24. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, vyznačená tím, že první signálový vývod (72) a druhý signálový vývod (74) jsou určeny k vyvedení signálu (92) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka jak prvního izolovaného vodičového obvodu (68) tak i druhého izolovaného vodičového obvodu (70) v první šroubovicové vodivé cestě (76) a druhé šroubovicové vodivé cestě (78) resp. třetí šroubovicové vodivé cestě (80) a čtvrté šroubovicové vodivé cestě (82) tvoří přibližně jednu čtvrtinu vedené vlnové délky nominální provozní frekvence.
  25. 25. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, vyznačená tím, že první signálový vývod (72) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84), přičemž druhý signálový vývod (74) je elektricky spojen s třetím uzlovým bodem (88).
  26. 26. Elektromagnetická anténa podle nároku 20, v y z n a č e n á t í m , že první signálový vývod (94) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90), přičemž druhý signálový vývod (96) je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem (86) a třetím uzlovým bodem (88).
CZ19973920A 1995-06-07 1996-06-06 Electromagnetic antenna CZ287680B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20003310A CZ289371B6 (cs) 1995-06-07 2000-09-11 Elektromagnetická anténa

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/486,340 US6028558A (en) 1992-12-15 1995-06-07 Toroidal antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ392097A3 CZ392097A3 (cs) 1998-04-15
CZ287680B6 true CZ287680B6 (en) 2001-01-17

Family

ID=23931504

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ19973920A CZ287680B6 (en) 1995-06-07 1996-06-06 Electromagnetic antenna
CZ20003310A CZ289371B6 (cs) 1995-06-07 2000-09-11 Elektromagnetická anténa

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20003310A CZ289371B6 (cs) 1995-06-07 2000-09-11 Elektromagnetická anténa

Country Status (17)

Country Link
US (2) US6028558A (cs)
EP (1) EP0830711B1 (cs)
JP (1) JP3913779B2 (cs)
KR (1) KR100416631B1 (cs)
CN (1) CN1190496A (cs)
AU (1) AU699283B2 (cs)
BR (1) BR9609058A (cs)
CA (1) CA2223244C (cs)
CZ (2) CZ287680B6 (cs)
DE (1) DE69625060D1 (cs)
HU (1) HUP9900859A3 (cs)
IL (1) IL122470A0 (cs)
MX (1) MX9709916A (cs)
NZ (1) NZ310166A (cs)
PL (1) PL180556B1 (cs)
RU (1) RU2170996C2 (cs)
WO (1) WO1996041398A1 (cs)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6028558A (en) * 1992-12-15 2000-02-22 Van Voorhies; Kurt L. Toroidal antenna
US6320550B1 (en) * 1998-04-06 2001-11-20 Vortekx, Inc. Contrawound helical antenna
US6285341B1 (en) * 1998-08-04 2001-09-04 Vistar Telecommunications Inc. Low profile mobile satellite antenna
US6300920B1 (en) * 2000-08-10 2001-10-09 West Virginia University Electromagnetic antenna
US6437751B1 (en) 2000-08-15 2002-08-20 West Virginia University Contrawound antenna
DE60113788T2 (de) * 2000-12-12 2006-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Ringresonator und Antenne
KR100746742B1 (ko) * 2001-02-03 2007-08-06 삼성전자주식회사 리더 코일 안테나 및 이를 이용한 비접촉 카드 인증 시스템
JP2003218625A (ja) * 2002-01-04 2003-07-31 Dafang Electronic Co Ltd ループアンテナシステム及びワイヤレス伝送装置
US6593900B1 (en) 2002-03-04 2003-07-15 West Virginia University Flexible printed circuit board antenna
US6995558B2 (en) * 2002-03-29 2006-02-07 Wavbank, Inc. System and method for characterizing a sample by low-frequency spectra
US6724188B2 (en) * 2002-03-29 2004-04-20 Wavbank, Inc. Apparatus and method for measuring molecular electromagnetic signals with a squid device and stochastic resonance to measure low-threshold signals
CA2460794C (en) 2002-04-19 2005-02-08 Bennett M. Butters System and method for sample detection based on low-frequency spectral components
US6646621B1 (en) 2002-04-25 2003-11-11 Harris Corporation Spiral wound, series fed, array antenna
FR2839207B1 (fr) * 2002-04-29 2004-07-16 Chelton Antennas Antenne accordable passive a large bande
US6839038B2 (en) * 2002-06-17 2005-01-04 Lockheed Martin Corporation Dual-band directional/omnidirectional antenna
US6720935B2 (en) 2002-07-12 2004-04-13 The Mitre Corporation Single and dual-band patch/helix antenna arrays
EP1792179A2 (en) * 2004-07-27 2007-06-06 Nativis, Inc. System and method for producing chemical or biochemical signals
US7391369B2 (en) * 2005-11-29 2008-06-24 Megapulse, Inc. Method of and apparatus for eliminating quadrature-generated signals in magnetic cross-loop antennas
KR100798495B1 (ko) * 2006-04-13 2008-01-28 소우다이안테나 컴퍼니, 리미티드 안테나
KR100983258B1 (ko) * 2008-05-19 2010-09-24 주식회사 스펙트럼통신기술 이중 루프 안테나
KR101031968B1 (ko) * 2009-04-16 2011-04-29 박종연 롤 형 접착 크리너
US8390516B2 (en) * 2009-11-23 2013-03-05 Harris Corporation Planar communications antenna having an epicyclic structure and isotropic radiation, and associated methods
FR2961353B1 (fr) * 2010-06-15 2013-07-26 Commissariat Energie Atomique Antenne pour milieu humide
FR2961354B1 (fr) 2010-06-15 2012-06-01 Commissariat Energie Atomique Antenne haute frequence
US8749333B2 (en) * 2012-04-26 2014-06-10 Lifewave, Inc. System configuration using a double helix conductor
JP6654132B2 (ja) 2013-03-15 2020-02-26 ネイティヴィス、インコーポレイテッド ガン治療などの治療を施すためのコントローラ及び可撓性コイル
WO2015109205A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 Raytheon Company High efficiency polarized ulf/vlf/rf transciever antenna
US9500446B2 (en) 2014-10-15 2016-11-22 Raytheon Company Multisegmented toroidal magnetic field projector
RU2601527C2 (ru) * 2014-12-15 2016-11-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Монопольная антенна с замкнутым сердечником для мобильного применения
US10431377B2 (en) * 2015-03-26 2019-10-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. High efficiency magnetic component
CN105653920A (zh) * 2015-09-18 2016-06-08 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 一种天线调谐方法、装置及移动设备
US11092635B2 (en) * 2017-01-27 2021-08-17 Mitsubishi Electric Corporation Electromagnetic field probe
RU185396U1 (ru) * 2017-02-22 2018-12-04 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" Приемно-передающее устройство для скважинного оборудования
US10737099B2 (en) 2017-05-17 2020-08-11 Medtronic, Inc. Antenna for implantable medical devices
US11183774B2 (en) * 2019-05-31 2021-11-23 The Mitre Corporation High frequency system using a circular array
CN112290191B (zh) * 2020-11-21 2025-07-15 西安热工研究院有限公司 一种适用于叶片动应力/动频率测试的天线环装置
US12060148B2 (en) 2022-08-16 2024-08-13 Honeywell International Inc. Ground resonance detection and warning system and method
CN117712670B (zh) * 2023-12-11 2024-07-16 中国人民解放军海军工程大学 一种磁电天线的串并联堆叠阵列的等效电路模型建立方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3284801A (en) * 1964-01-15 1966-11-08 John J Bryant Large loop antenna
US3646562A (en) * 1970-06-03 1972-02-29 Us Navy Helical coil coupled to a live tree to provide a radiating antenna
US3671970A (en) * 1970-08-31 1972-06-20 Boeing Co Switched rhombic automatic direction finding antenna system and apparatus
US3721989A (en) * 1971-06-30 1973-03-20 Northrop Corp Cross loop antenna
US4751515A (en) * 1980-07-09 1988-06-14 Corum James F Electromagnetic structure and method
CA1186049A (en) * 1980-07-09 1985-04-23 James F. Corum Antenna having a closed standing wave path
US4622558A (en) * 1980-07-09 1986-11-11 Corum Janes F Toroidal antenna
US4999642A (en) * 1988-03-01 1991-03-12 Wells Donald H Transmission line coupling device with closed impedance matching loop
DE3823972A1 (de) * 1988-07-15 1990-01-18 Walter Dr Rer Nat Suedbeck Magnetischer strahler mit einer spule aus bifilaren windungen
US5159332A (en) * 1989-06-05 1992-10-27 Walton Charles A Proximity identification system with flux concentration in operating region
US5257033A (en) * 1991-04-16 1993-10-26 Design Tech International, Inc. Transmitter with a reduction of power of signals transmitted at harmonics
US6028558A (en) * 1992-12-15 2000-02-22 Van Voorhies; Kurt L. Toroidal antenna
US5442369A (en) * 1992-12-15 1995-08-15 West Virginia University Toroidal antenna
JP3208468B2 (ja) * 1993-11-22 2001-09-10 隆一 嶋田 強磁界発生用電磁力平衡コイル
US5734353A (en) * 1995-08-14 1998-03-31 Vortekx P.C. Contrawound toroidal helical antenna

Also Published As

Publication number Publication date
CN1190496A (zh) 1998-08-12
CA2223244C (en) 2006-02-14
JP3913779B2 (ja) 2007-05-09
AU6090496A (en) 1996-12-30
EP0830711A1 (en) 1998-03-25
EP0830711B1 (en) 2002-11-27
HUP9900859A3 (en) 1999-11-29
BR9609058A (pt) 1999-12-14
MX9709916A (es) 1998-08-30
NZ310166A (en) 2000-01-28
PL323869A1 (en) 1998-04-27
DE69625060D1 (de) 2003-01-09
RU2170996C2 (ru) 2001-07-20
JPH11506886A (ja) 1999-06-15
PL180556B1 (pl) 2001-02-28
US6028558A (en) 2000-02-22
CA2223244A1 (en) 1996-12-19
KR19990022703A (ko) 1999-03-25
KR100416631B1 (ko) 2004-06-04
WO1996041398A1 (en) 1996-12-19
CZ392097A3 (cs) 1998-04-15
HUP9900859A2 (hu) 1999-07-28
US6204821B1 (en) 2001-03-20
IL122470A0 (en) 1998-06-15
AU699283B2 (en) 1998-11-26
CZ289371B6 (cs) 2002-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ287680B6 (en) Electromagnetic antenna
CA2223296C (en) Contrawound antenna
US5442369A (en) Toroidal antenna
US5734353A (en) Contrawound toroidal helical antenna
US6239760B1 (en) Contrawound toroidal helical antenna
US6300920B1 (en) Electromagnetic antenna
JP6449237B2 (ja) 非相反伝送線路装置
US6567057B1 (en) Hi-Z (photonic band gap isolated) wire
US20220407359A1 (en) Electrical resonators
WO2016161464A1 (en) Communication system using schumann resonance frequencies
MXPA97009707A (en) Open roll antenna
Petrov Sub-wavelength Microwave Helical Resonators

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20020606