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:

XN=C/f, kde C je rychlost světla ve vakuu, λ je vlnová délka a f je frekvence.

Jak je 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 minimalizace všech, avšak skutečných impedancí 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 frekvencích, 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 stožáiy 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 rozměiy 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 azimutovým prstencem magnetického proudu. Jedním z obvyklých způsobů vytvoření lineárního magnetického proudu je solenoid elektrického proudu. Jedním ze způsobů vytvoření žádoucího kruhového azimutového prstence magnetického proudu je solenoid elektrického proudu uspořádaný na toroidním povrchu.

-1 CZ 289897 B6

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 z vodičového 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 této souvislosti v patentovém dokumentu US 4,622,558 a 4,751,515, a v evropské patentové přihlášce EP-A-0043591 jsou diskutovány 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 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 dokumentech je obecně popsáno použití tzv. protivinutých toroidních vinutí poskytnutí vertikální polarizace. Tyto protivinuté toroidní vinutí mají neobvyklé provedení, které má pouze dva vývody, jak je to popsáno dokument 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 elektrickým 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.

V přihlášce vynálezu EP-A-0043591 jsou zobrazeny toroidy, u kterých velký poloměr a je zřetelně větší než nula a malý poloměr b není zřetelně větší než velký poloměr a. Avšak v této přihlášce rovnice definující „1“ a „N“ na str. 12 řádek 14 byly rovny nule nebo hodnotě kolem nuly pro nepopsané příklady sférického nebo obecně sférického povrchu, u kterého je velký poloměr a roven nule nebo hodnotě kolem nuly. V tomto případě N - počet závitů je roven nule nebo hodnotě kolem nuly a tudíž anténa nemůže fungovat. Lze konstatovat, že se uvedená přihláška netýká těchto povrchů.

Rovněž lze konstatovat, že se uvedená přihláška ani netýká struktury vícenásobně souvislého povrchu, který má alespoň jeden obecně plochý povrch, který je obecně kolmý k jeho hlavní ose,

-2CZ 289897 B6 a částečně šroubovicových vodivých cest, které jsou obecně v kolmé a radiální relaci vzhledem k hlavní ose za účelem zvýšení přijímané a vysílané energie v radiálních směrech, ani se nezmiňuje o uvedené struktuře a uvedených cestách.

Jednoduchá toroidní anténa, např. toroidní anténa vjednovláknovém provedení, reaguje na jak elektrické tak i magnetické 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 struktura vykazuje některé, avšak ne všechny kvality základní konfigurace s protivinutým vinutím.

Jak je to známé, lineární solenoidová cívka vytváří magnetická pole podél středové osy. Směr 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 paralelné 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 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 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 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 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 současně probíhajícím šířením opačně polarizovaných vln o stejné velikosti podél samostatných vodičů. Podél daného vodiče je šíření proudu s kladným 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 Z_L. Pro I_o = dopadající proudový signál a li = odražený proudový signál (viz obr. 13) je odrazivost p, definována jako:

Poněvadž dopadající a doražené proudy se šíří v opačných směrech, rovnocenný odražený proud, 1/ = -li udává velikost odraženého proudu s ohledem na směr dopadajícího proudu.

-3CZ 289897 B6

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je elektromagnetická anténa pro použití s anténním signálem, přičemž podstata této elektromagnetické antény spočívá v tom, že zahrnuje sférický povrch první izolovaný vodič probíhající v první vodivé cestě kolem sférického povrchu a alespoň částečně přes sférický povrch s alespoň částečně přes sférický povrch s alespoň prvním smyslem vinutí, druhý izolovaný vodič probíhající v druhé vodivé cestě kolem sférického povrchu a alespoň částečně přes sférický povrch s alespoň částečně přes sférický povrch s alespoň druhým smyslem vinutí, který je opačný vzhledem k prvnímu smyslu vinutí, tak, že uvedený první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič jsou vzájemně protivinuté kolem sférického povrchu a alespoň částečně přes sférický povrch, a první signálový vývod a druhý signálový vývod elektricky spojené s prvním izolovaným vodičem a druhým izolovaným vodičem.

Výhodně sférický povrch má poloměr b a uvedená první a druhá vodivá cesta jsou definovány rovnicemi x = bcos(NQ)cos(Q) y = bcos(NQ)sin(Q) z = bsin(NQ), kde Θ je azimutový úhel a TV je počet závitů ve vodivé cestě, přičemž hodnota N má kladné znaménko pro jeden smysl vinutí z množiny zahrnující první a druhý smysl vinutí a záporné znaménko pro druhý smysl vinutí z množiny zahrnující první a druhý smysl vinutí, přičemž x, y jsou souřadnice, které definují polohový vektor.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem sférického povrchu a přes sférický povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem sférického povrchu a přes sférický povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem sférického povrchu a přes sférický povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem sférického povrchu a přes sférický povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového dobu do třetího uzlového bodu a z třetího uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž uvedený druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem sférického povrchu a přes sférický povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu a ze čtvrtého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem sférického povrchu a přes sférický povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s třetím uhlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se čtvrtým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem sférického povrchu a částečně přes sférický povrch s prvním smyslem vinutí z pátého uzlového bodu do sedmého

-4CZ 289897 B6 uzlového bodu a rovněž probíhá ve třetí vodivé cestě kolem sférického povrchu a částečné přes sférický povrch s druhým smyslem vinutí ze sedmého uzlového bodu do pátého uzlového bodu tak, že první a třetí vodivá cesta tvoří nekonečnou vodivou cestu kolem sférického povrchu a přes sférický povrch, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem sférického povrchu a částečně přes sférický povrch s druhým smyslem vinutí ze šestého uzlového bodu do osmého uhlového bodu a rovněž probíhá ve čtvrté vodivé cestě kolem sférického povrchu a částečně přes sférický povrch s prvním smyslem vinutí z osmého uzlového bodu do šestého uzlového bodu tak, že třetí a čtvrtá vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu kolem sférického povrchu a přes sférický povrch, přičemž první vodivá cesta je protivinutá k druhé vodivé cestě a třetí vodivá cesta je protivinutá k čtvrté vodivé cestě, přičemž uvedený první signálový vývod je elektricky spojen s pátým uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se sedmým uzlovým bodem.

Výhodně sférický povrch má dvojici pólů, přičemž se první a druhá vodivá cesta obecně kříží při každém z těchto pólů.

Výhodně sférický povrch má dvojici pólů, přičemž se první a druhá vodivá cesta obecně kříží mimo každý z těchto pólů.

Dalším předmětem je elektromagnetická anténa pro použití s anténním signálem, přičemž podstata této elektromagnetické antény spočívá v tom, že zahrnuje polokulový povrch, první izolovaný vodič probíhající v první vodivé cestě kolem polokulového povrchu a alespoň částečně přes polokulový povrch s alespoň prvním smyslem vinutí, druhý izolovaný vodič probíhající v druhé vodivé cestě kolem polokulového povrchu a alespoň částečně přes polokulový povrch s alespoň druhým smyslem vinutí, který je opačný vzhledem k prvnímu smyslu vinutí, tak, že první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič jsou vzájemně protivinuté kolem polokulového povrchu a alespoň částečně přes polokulový povrch a první signálový vývod je elektricky spojen s prvním izolovaným vodičem a druhý signálový vývod je elektricky spojen druhým izolovaným vodičem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodičové cestě kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch s prvním smyslem vinutí od prvního uzlového bodu do třetího uzlového bodu a od třetího uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu a od čtvrtého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s třetím uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se čtvrtým uzlovým bodem.

-5CZ 289897 B6

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem polokulového povrchu a částečně přes polokulový povrch s prvním smyslem vinutí od pátého uzlového bodu do sedmého uzlového bodu a rovněž probíhá v třetí vodivé cestě kolem polokulového povrchu a částečně přes polokulový povrch s druhým smyslem vinutí od sedmého uzlového bodu do pátého uzlového bodu tak, že první a třetí vodivá cesta tvoří první nekonečnou vodivou cestu kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem polokulového povrchu a částečně přes polokulový povrch s druhým smyslem vinutí od šestého uzlového bodu do osmého uzlového bodu a rovněž probíhá ve čtvrté vodivé cestě kolem polokulového povrchu a částečně přes polokulový povrch s prvním smyslem vinutí z osmého uzlového bodu do šestého uzlového bodu tak, že třetí a čtvrtá vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu kolem polokulového povrchu a přes polokulový povrch, přičemž první vodivá cesta je protivinutá vzhledem k druhé vodivé cestě a třetí vodivá cesta je protivinutá vzhledem ke čtvrté vodivé cestě, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s pátým uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se sedmým uzlovým bodem.

Výhodně polokulový povrch zahrnuje planámí povrch spojený s uvedeným prvním signálovým vývodem a druhým signálovým vývodem.

Výhodně planámí povrch je tvořen zemní plochou.

Dalším předmětem vynálezu je elektromagnetická anténa pro použití s anténním signálem, přičemž podstata této elektromagnetické antény spočívá v tom, že zahrnuje obecně sférický povrch, první izolovaný vodič probíhající v první vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a alespoň částečně přes obecně sférický povrch s alespoň prvním smyslem vinutí, druhý izolovaný vodič probíhající v druhé vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a alespoň částečně přes obecně sférický povrch s alespoň druhým smyslem vinutí, který je opačný vzhledem k prvnímu smyslu vinutí, tak, že první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič jsou vzájemně protivinuté kolem obecně sférického povrchu a alespoň částečně přes obecně sférický povrch, a první signálový vývod a druhý signálový vývod elektricky spojené s prvním izolovaným vodičem a druhým izolovaným vodičem.

Výhodně obecně sférický povrch má trubici podél hlavní osy tohoto obecně sférického povrchu, přičemž první vodivá cesta a druhá vodivá cesta procházejí skrze trubici obecně sférického povrchu a jsou obecně paralelní s hlavní osou obecně sférického povrchu uvnitř trubice.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž uvedený druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první vodivá cesta a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do třetího uzlového bodu a z třetího uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž uvedený druhý

-6CZ 289897 B6 izolovaný vodič probíhá v druhé částečně vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch s druhým smyslem vinutí z druhého uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu a ze čtvrtého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s třetím uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se čtvrtým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a částečně přes obecně sférický povrch s prvním smyslem vinutí z pátého uzlového bodu do sedmého uzlového bodu a rovněž probíhá ve třetí vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a částečně přes obecně sférický povrch s druhým smyslem vinutí ze sedmého uzlového bodu do pátého uzlového bodu tak, že první a třetí vodivá cesta tvoří první nekonečnou vodivou cestu kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a částečně přes obecně sférický povrch s druhým smyslem vinutí ze šestého uzlového bodu do osmého uzlového bodu a rovněž probíhá ve čtvrté vodivé cestě kolem obecně sférického povrchu a částečně přes obecně sférický povrch s prvním smyslem vinutí z osmého uzlového bodu do šestého uzlového bodu tak, že třetí a čtvrtá vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu kolem obecně sférického povrchu a přes obecně sférický povrch, přičemž první vodivá cesta je protivinutá vzhledem k druhé vodivé cestě a třetí vodivá cesta je protivinutá vzhledem ke čtvrté vodivé cestě, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s pátým uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se sedmým uzlovým bodem.

Dalším předmětem vynálezu je elektromagnetická anténa pro použití s anténním signálem, přičemž podstata této elektromagnetické antény spočívá v tom, že zahrnuje vícenásobně souvislý povrch s hlavním poloměrem, který je větší než, nula, a vedlejším poloměrem, který je větší než hlavní poloměr, první izolovaný vodič probíhající v první vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a alespoň částečně přes vícenásobně souvislý povrch s alespoň prvním smyslem vinutí, druhý izolovaný vodič probíhající v druhé vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a alespoň částečně přes vícenásobně souvislý povrch s alespoň druhým smyslem vinutí, který je opačný vzhledem k prvnímu smyslu vinutí, tak, že uvedený první a druhý izolovaný vodič jsou vzájemně protivinuté kolem vícenásobně souvislého povrchu a alespoň částečně přes vícenásobně souvislý povrch, a první signálový vývod a druhý signálový vývod elektricky spojené s prvním izolovaným vodičem a druhým izolovaným vodičem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch s druhým smyslem vinutí od druhého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem a druhý signálový vývod (54) je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch s prvním smyslem vinutí z prvního uzlového bodu do třetího uzlového bodu a od třetího uzlového bodu do druhého uzlového bodu, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes

-7CZ 289897 B6 vícenásobně souvislý povrch s druhým smyslem vinutí od druhého uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu a od čtvrtého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá vodivá cesta tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, přičemž první signálový vývod a druhý signálový vývod jsou elektricky spojeny s třetím uzlovým bodem a čtvrtým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a částečně přes vícenásobně souvislý povrch s prvním smyslem vinutí od pátého uzlového bodu do sedmého uzlového bodu a rovněž probíhá ve třetí vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a částečně přes vícenásobně souvislý povrch s druhým smyslem vinutí od sedmého uzlového bodu do pátého uzlového bodu tak, že první a třetí vodivá cesta tvoří první nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a částečně přes vícenásobně souvislý povrch s druhým smyslem vinutí ze šestého uzlového bodu do osmého uzlového bodu a rovněž probíhá ve čtvrté vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a částečně přes vícenásobně souvislý povrch s prvním smyslem vinutí z osmého uzlového bodu do šestého uzlového bodu tak, že třetí a čtvrtá vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, první vodivá cesta je protivinutá vzhledem k druhé vodivé cestě a třetí vodivá cesta je protivinutá vzhledem ke čtvrté vodivé cestě, přičemž uvedený první signálový vývod je elektricky spojen s pátým uzlovým bodem a druhý signálový vývod je elektricky spojen se sedmým uzlovým bodem.

Výhodně první izolovaný vodič probíhá v první vodivé cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a částečně přes vícenásobně souvislý povrch a tvoří první nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, přičemž první vodivá cesta má první smysl vinutí (např. pravotočivý) a druhý smysl vinutí (např. levotočivý), který je opačný vzhledem k prvnímu smyslu vinutí, přičemž druhý izolovaný vodič probíhá v druhé vodičové cestě kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch a tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu kolem vícenásobně souvislého povrchu a přes vícenásobně souvislý povrch, přičemž druhá vodivá cesta má uvedený první a druhý smysl vinutí, přičemž první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič jsou vzájemně protivinuté v každém z množiny přilehlých povrchových segmentů kolem vícenásobně souvislého povrchu, přičemž každý ze segmentů je definován devátým uzlovým bodem, při kterém jeden izolovaný vodič z množiny zahrnující první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič mění smysl vinutí z prvního smyslu vinutí na druhý smysl vinutí, a desátým uzlovým bodem, při kterém další izolovaný vodič z množiny zahrnující první izolovaný vodič a druhý izolovaný vodič mění smysl vinutí z druhého smyslu vinutí na první smysl vinutí, přičemž první signálový vývod je elektricky spojen z devátými uzlovými body při prvním společném bodě a druhý signálový vývod je elektricky spoje s desátými uzlovými body při druhém společném bodě.

Výhodně vícenásobně souvislý povrch je tvořen toroidní formou mající hlavní osu, přičemž se první společný bod a druhý společný bod nachází podél hlavní osy toroidní formy.

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,

-8CZ 289897 B6 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, 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, 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 ladící 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 ladícím 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,

-9CZ 289897 B6 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 ladícím 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 konvenční lineární šroubovici, obr. 44 zobrazuje šroubovici blížící se lineární šroubovici, obr. 45 zobrazuje složený ekvivalent konfigurace zobrazené na obr. 45 za předpokladu, že magnetické poleje rovnoměrné nebo quasirovnoměmé 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 levostranným smyslem vinutí a přidružené magnetické a elektrické pole, obr. 48 schématicky zobrazuje sériově napájenou anténu podle jednoho provedení antény, obr. 49 schématicky zobrazuje další sériově napájenou anténu, obr. 50 schématicky zobrazuje další anténu mající jednu nebo dvě napájecí brány, obr. 51 zobrazuje typický výškový diagram vyzařování pro toroidní provedení antény z obr. 48 až 51, obr. 52 zobrazuje perspektivní pohled na toroidní anténu s parabolickým reflektorem,

-10CZ 289897 B6 obr. 53 zobrazuje vertikální řez toroidní anténu z obr. 52, obr. 54 zobrazuje perspektivní pohled na toroidní anténu s alternativním parabolickým reflektorem.

obr. 55 zobrazuje vertikální řez toroidní anténou z obr. 54, obr. 56 zobrazuje izometrický pohled na válcovou anténu mající protivinuté vodiče s částečně šroubovicovými a částečně radiálně vybíhajícími vodivými cestami, obr. 57 zobrazuje typický výškový diagram vyzařování pro toroidní anténu mající šroubovicové vodivé cesty, obr. 58 zobrazuje typický výškový diagram vyzařování pro anténu 56, obr. 59 zobrazuje perspektivní pohled na obecně sférickou toroidní formu mající obecně kruhový průřez a středové potrubní vedení, obr. 60 zobrazuje typický výškový diagram vyzařování pro toroidní anténu mající šroubovicové vodivé cesty, obr. 61 zobrazuje typický výškový diagram vyzařování pro anténu 59, obr. 62 zobrazuje vertikální průřezový perspektivní pohled na toroidní formu mající malý poloměr větší než velký poloměr, obr. 63 zobrazuje půdorysný pohled na vodič se šroubovicovou vodivou cestou pro toroidní formu na obr. 62.

obr. 64 zobrazuje perspektivní pohled na vodič z obr. 63, obr. 65 zobrazuje perspektivní pohled na protivinuté vodiče se šroubovicovými vodivými cestami pro toroidní formu na obr. 62, obr. 66 zobrazuje perspektivní pohled na jediný sférický vodič pro sférickou formu antény, obr. 67 zobrazuje perspektivní pohled na protivinuté sférické vodiče pro sférickou formu antény, obr. 68 zobrazuje perspektivní pohled na protivinuté hemisférické vodiče pro hemisférickou formu antény, obr. 69 zobrazuje perspektivní pohled na alternativní jediný sférický vodič pro sférickou formu antény, obr. 70 zobrazuje perspektivní pohled na alternativní protivinuté sférické vodiče pro sférickou formu antény, obr. 71 zobrazuje perspektivní pohled na protivinuté sférické vodiče pro sférickou formu antény se sériovými nebo paralelními napájecími body, obr. 72 schématicky zobrazuje čtyřsegmentovou šroubovicovou anténu pro použití s toroidní formou obr. 62.

-11 CZ 289897 B6

Příklady provedení vynálezu

Jak je zřetelné z obr. 1, anténa 10 zahrnuje první izolovaný vodič W1 a druhý izolovaný vodič W2, 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 Sl a S2. Uvnitř každého segmentu jsou uspořádány protivinuté izolované vodiče, to znamená, že smysl prvního izolovaného vodiče W1 může být pravostranný (RH), jak je to zobrazeno nepřerušovanými liniemi, a smysl druhého izolovaného vodiče 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 Sl 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 ac2, dl ad2. 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 Sl 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 vinutím 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 segmentů je snížení celkové velikosti antény.

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 Sl 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

-12CZ 289897 B6 délku a distribuce proudu na této struktuře, co se týče velikosti, má sinusový průběh, který je aproximován. Sroubovicová 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 quasistejnoměmého 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 SI a S2 by měly být vyvážené a 5) impedance částí přenosového vedení spojující signálové vývody SI 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

V_g = rychlostní činitel antény a (normalizované) = a/λ = a b (normalizované) = b/λ = b

L_w = normalizovaná délka vodiče λ_ε = vlnová délka založená na rychlostním činiteli a na λ ve vzduchoprázdnu m = počet segmentů antény

-13CZ 289897 B6

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 V_g a N, normalizováním proměnných vzhledem k vlnové délce λ ve vzduchoprázdnu, a jejich přeskupením za účelem vytvoření funkcí a(V_g) a b(V_g,N). To znamená, že fyzická struktura bude mít odpovídající rezonanční frekvenci a vlnovou délku λ je 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:

V = - ΔΑ - i c λ m λ λ (1)

Fyzické rozměry torusu mohou být normalizovány vzhledem k vlnovým délkám ve vzduchoprázdnu následujícím způsobem:

(2)

Ve stati „Wide-Frequency-Range Tuned Helical Antennas a Circuits“ od A. G. Kandoian a W. Sichak publikované vConvention Record of the I.R.E., 1953 Nationai Convention, Part 2 - Antennas and Communications, str. 42-47 je uveden vzorec, který vypočítává rychlostní 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

(3)

- 14CZ 289897 B6

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:

^Vř

1 + 20	f 2bN Ί	23 (2Ϊ)·5	1 + 160

N \^zsS'

25mV_g J (4)

Z rovnice (1) a (2) vyplývá, že rychlostní faktor a normalizovaný velký poloměr jsou vzájemně přímo úměmé:

ν_β = 2π (5)

Rovnice (4) a (5) mohou výt upraveny za účelem vypočítání normalizovaného velkého a malého průměru torusu na základě V_g a N:

mV á = —í

8π (6) b =

(7)

Základní vlastnost torusu je vyjádřena rovnicí:

á a (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 ’ 1Λ ~.25mv/s (9)

-15CZ 289897 B6

Úpravou této rovníce za účelem vypočítání b a substitucí rovnicí (7) je získána nerovnost:

	I 3	'mVt
4 2.5 160(--N) m J

(10)

Úpravou nerovnosti (10) za účelem oddělení proměnných je získána nerovnost:

(11)

Po úpravě do formy kvadratické rovnice je získán výsledný vztah:

(12)

Rovněž z rovnice (6) a (8):

8π£ m

(13)

Normalizovaná délka šroubovicového vodiče je potom dána rovnicí:

(14)

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

(15)

-16CZ 289897 B6 (16) a tudíž

Pro čtyřsegmentovou anténu, m = 4a (17)

Substitucí rovnice (15) do rovnice (10) je získán rovnice

(18)

Pro minimální délku drátu pro vodič, N_min = 4 a pro čtyřsegmentovou anténu

VN = 1.151 <L g K>

(19)

Obvykle délka drátu pro vodič bude nej menší pro malé rychlostní faktory, takže rovnice (18) může být aproximována následujícím způsobem

(20) substitucí této rovnice do nerovnice (16) je získána nerovnost

(21)

-17CZ 289897 B6

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. N 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. U,.(a,b,N), je tato délka rovna vlnové délce elektromagnetické vlny ve vzduchoprázdnu, jejíž frekvence je dána vztahem:

(22)

V některých případech byla naměřená rezonanční frekvence nejlépe odhadnuta buď z funkce 0,75.f_w(a,b,N), nebo f_w(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 toroidním 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 V_g = 0,454 a pro N = 32 je rezonanční frekvence 166,7 Mhz. Při naměřené provozní frekvenci, V_g = 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 f_w(a,b,2n) = 103,2 Mhz.

V modifikovaném provedení vynálezu zobrazeném na obr. 5 jsou spojení při dvou branách a a c se vstupním 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 impedance segmentu přenosového vedení vytvořeného dvojicí šroubovicových vodičů protivinutých na toroidním jádru. Odrazy signálů od koncových reaktancí (viz. obr. 13) přestavují 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 první

-18CZ 289897 B6 izolovaným vodičem W1 a druhým izolovaným vodičem 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 prvního izolovaného vodiče W1 a druhého izolovaného vodiče 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 nej lepšího provedení vynálezu. Segmenty přenosového vedení pro přívod signál 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 faktoiy 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 nejjednodušší formě v případě, že impedance při signálových vývodech je Zo, typicky 50 □, a signálová impedance při signálových branách má hodnotu Zi - m.Z₀, 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 Z_b 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 = ZoZ_b 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 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 nej lepším 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 kjeho povrchu, a které jsou nepřetržité nebojsou 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

-19CZ 289897 B6 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 Sl 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 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 ztoroidních 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 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 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 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 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 Sl a S2 přiveden do anténní struktury. Paralelné zapojený kondenzátor a strukturální hlava jsou vytvořeny ze dvou vodivých desek Pl a P2 vyrobených z mědi, hliníku nebo z jiného

-20CZ 289897 B6 neželezného vodiče, a oddělených určitým médiem, např. vzduchem, teflonem, polyethylenem nebo jiným materiálem 36.4 s nízkými dielektrickými ztrátami. Vodič 36.3 s vývody SI a S2 je při středu paralelních desek Pl a P2 vodivě spojen s paralelními deskami Pl 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 Pl a P2 a podél vodivého toroidního povrchu TS. Přidání kapacitní reaktance uskutečněné pomocí vodivých desek Pl 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 reaktanci kondenzátoru s paralelními kondenzátory a pro drátové induktory, které jsou vzaty z odkazu na publikaci Reference Data for Rádio Engineers, 7^lh ed., E. C. Jordán ed., 1986, Howard W. Sams, str. 6 - 13:

C = 0.225 ε (23)

(24) kde C = kapacita [pF]

Ldrát⁼ indukčnost [μΗ]

A = plocha desek [in²] t = odsazení desek [in]

N = počet desek a = střední poloměr drátové smyčky [in] d = drátový průměr [in] ε_Γ = 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

-21 CZ 289897 B6 (d = 0,16 cm (0,063 in.)) s odsazením desek t = 0,358 cm (0,141 in.) je hodnota rezonanční frekvence vypočtená z uvedených rovnic rovna 156,5 MHz.

Pro provedení zboř. 38 je indukční reaktance jednoho závitu toroidních smyček aproximována 5 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 10 rovnicí:

(28) kde Eo je permitivita vakua = 8,854 pF/m.

Dosazením rovnic (27) a (28) do rovnic (25) a (26) se získá rovnice:

38.07

MHz

N a t (29)

Rovnice (29) stanovuje, že výše zobrazená toroidní konfigurace až na kontinuální vodivý povrch 20 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 buď úplným odsazením desek, nebo oddělením relativně úzké prstencové štěrbiny od desky, jak je zřejmé z obr. 38, přičemž tento jemný ladicí 25 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 30 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

-22CZ 289897 B6 je rozložena do řady jednozávitových smyček oddělených přímkovými spojeními. V případě rovnoměrného nebo quasirovnoměmého 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 povrch 49, jakým je např. toroidní forma TF z obr. 1, izolovaný vodičový obvod 50, první signálový vývod 52 a druhý signálový vývod 54, nicméně vynález je použitelný v širokém rozsahu různých druhů povrchu, jakým může být např. vícenásobně souvislý povrch, obecně sférický povrch (jak je zobrazen na obr. 59), sférický povrch (jak je zobrazen na obr. 66), nebo hemisférický povrch (jak je zobrazen na obr. 68).

V předcházejícím textu použitý výraz „vícenásobně souvislý 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 kruhu nebo plochy uzavřené křivkou nebo polygonem mající množinu rozdílných poloměrů kolem osy ležící v její rovině, přičemž velký poloměr těchto ostatních povrchů je větší než nula a malý poloměr těchto ostatních povrchů je menší nebo větší velký poloměr nebo rovný velkému poloměru; 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 plocha uzavřená křivka, a/nebo polygon. Výše uvedené významy uvedeného výrazu nejsou nikterak omezující.

Příkladný izolovaný vodičový obvod 50 probíhá ve vodivé cestě 56 kolem povrchu 49 z obr. 1 a přes tento povrch 49 z prvního uzlového bodu 60 (+) k druhému uzlovému bodu 62(-). Izolovaný vodičový obvod 50 rovněž probíhá v další vodivé cestě 58 kolem toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu od druhého uzlového bodu 62 (-) k prvnímu uzlovému bodu 60 (+), čímž je vytvořena jedna nekonečná vodivá cesta kolem povrchu 49 a přes tento povrch 49.

Jak to bylo výše uvedeno v souvislosti sobr. 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 jinak než šroubovicově, např. obecně šroubovicově, částečně šroubovicově, v poloidně-obvodové konfiguraci, nebo spirálově, aniž by došlo k odchýlení od hlavní myšlenky vynálezu. Vodivé cesty 56, 58 mohou mít protivinuté poloidní periferní vinutí, která mají opačné smysly vinutí, jek to bylo v předcházejícím textu popsáno v souvislosti s obr. 14, čímž je šroubovice vytvořená z prvního izolovaného vodiče W1 a druhého izolovaného vodiče W2 rozložena do řady vzájemně spojených poloidních smyček 14.1.

Jak je to zřejmé z obr. 48, první vodivá cesta 56 a druhá vodivá cesta 58 obracejí smysl při prvním uzlovém bodě 60 resp. druhém uzlovém bodě 62. K prvnímu uzlovému bodu 60 a druhému uzlovému bodu 62 je elektricky připojen první signálový vývod 52 resp. druhý signálový vývod 54. První signálový vývod 52 a druhý signálový vývod 54 buď dodávají do

-23 CZ 289897 B6 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 z prvního signálového vývodu 52 a druhého signálového vývodu 54.

Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že první vodivá cesta 56 a druhá vodivá cesta 58 mohou být vytvořeny jediným izolovaným vodičem, např. drátovým vodičem nebo tištěným vodičem, kteiý vytváří jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující první vodivou cestu 56 probíhající z prvního uzlového bodu 60 k druhému uzlovému bodu 62 a druhou vodivou cestu 58 probíhající z druhého uzlového bodu 62 k prvnímu uzlovému bodu 60. Je dále pro odborníka v daném oboru zřetelné, že první vodivá cesta 56 a druhá vodivá cesta 58 mohou být vytvořeny z množiny izolovaných vodičů, např. z jednoho izolovaného vodiče, který vytváří první vodivou cestu 56 probíhající z prvního uzlového bodu 60 do druhého uzlového bodu 62 a druhého izolovaného vodiče, který vytváří druhou vodivou cestu 58 probíhající z druhého uzlového bodu 62 zpátky k prvnímu uzlovému bodu 60.

Nominální provozní frekvence signálu 64 je naladěna na strukturu antény 48 tak, aby elektrický obvod této struktury byl jednou polovinou vlnové délky, pokud jde o velikost, a proudová distribuce na této struktuře byla sinusová, pokud jde o velikost, která má přibližnou hodnotu. Protivinuté vodivé cesty 56, 58, z nichž každá má délku přibližně rovnou jedné polovině vedené vlnové délky nominální provozní frekvence, mohou být považovány za prvky nehomogenního přenosového vedení s nesouměmý napájením. Tyto cesty 56, 58 tvoří uzavřenou smyčku, která např. v případě toroidního povrchu, jakým je např. toroidní forma TF na obr. 1, může být stočena do tvaru číslice 8, a potom sama o sobě přeložena za účelem vytvoření soustředného vinutí.

Obr. 49 schématicky zobrazuje další elektromagnetickou anténu 482. Anténa 48' zahrnuje povrch, jakým je např. povrch 49 na obr. 48, izolovaný vodičový obvod 50', první signálový vývod 52' a druhý signálový vývod 542. Elektromagnetická anténa 48'. izolovaný vodičový obvod 50', první signálový vývod 52' a druhý signálový vývod 54' jsou obecně stejné jako elektromagnetická anténa 48, izolovaný vodičový obvod 50, první signálový vývod 52 resp. druhý signálový vývod 54 na obr. 48.

Příkladný izolovaný vodičový obvod 50' probíhá v první vodivé cestě 56' kolem povrchu 49 a přes povrch 49 z prvního uzlového bodu 60' (+) do třetího uzlového bodu A a z třetího uzlového bodu A k druhému uzlovému bodu 62' (-). Izolovaný vodičový obvod 50' rovněž probíhá v druhé vodivé cestě 58' kolem povrchu 49 a přes povrch 49 z druhého uzlového bodu 62' (-) ke čtvrtému uzlovému bodu B a z čtvrtého uzlového bodu B do prvního uzlového bodu 60' (+), čímž se vytvoří jediná nekonečná vodivá cesta kolem povrchu 49 a přes povrch 49.

Jak to bylo výše uvedeno v souvislosti s obr. 14 a 48, první vodivá cesta 56' a druhá vodivá cesta 58' mohou být tvořeny protivinutými šroubovicovými vodivými cestami majícími stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným způsobem než čistě šroubovicové, tzn. mohou být uspořádány např. obecně šroubovicové, částečně šroubovicové nebo spirálově, nebo protivinutým způsobem s poloidně periferními vinutími s opačnými smysly vinutí.

První signálový vývod 52' a druhý signálový vývod 54' buď přivádějí do izolovaného vodičového obvodu 50' vystupující (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 64, nebo přijímá z izolovaného vodičového obvodu 50' vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 64. První vodivá cesta 56' a druhá vodivá cesta 58', které mají délku rovnou přibližně jedné polovině vedené vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 64, obracejí smysl při prvním uzlovém bodu 60' a druhém uzlovém bodu 622. První signálový vývod 52' a druhý signálový vývod 54' jsou elektricky spojeny s třetím uzlovým bodem A resp. čtvrtým uzlovým bodem B. První uzlový bod 60' a druhý uzlový bod 62' jsou výhodně protilehlé k třetímu uzlovému bodu A resp. čtvrtému uzlovému bodu B tak, aby délka první vodivé cesty 56' a druhé

-24CZ 289897 B6 vodivé cesty 58' z prvního uzlového bodu 60' resp. druhého uzlového bodu 62' do třetího uzlového bodu A resp. čtvrtého uzlového bodu B byla stejná jako délka první vodivé cesty 562 resp. druhé vodivé cesty 58' z třetího uzlového bodu A resp. čtvrtého uzlového bodu B do druhého uzlového bodu 62' resp. prvního uzlového bodu 601.

Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že první vodivá cesta 56' a druhá vodivá cesta 58' mohou být tvořeny jediným izolovaným vodičem, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující první vodivou cestu 56' z prvního uzlového bodu 60' do třetího uzlového bodu A a třetího uzlového bodu A do druhého uzlového bodu 62' a druhou vodivou cestu 58' z druhého uzlového bodu 62' do čtvrtého uzlového bodu Baze čtvrtého uzlového bodu B do prvního uzlového bodu 601. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že první vodivá cesta 56' a druhá vodivá cesta 58' mohou být tvořeny jediným izolovaným vodičem nebo více izolovanými vodiči, to znamená, že může být tvořena např. jedním izolovaným vodičem z prvního uzlového bodu 60' do třetího uzlového bodu A a z třetího uzlového bodu A do druhého uzlového bodu 62': nebo jedním izolovaným vodičem z prvního uzlového bodu 60' do třetího uzlového bodu A a dalším izolovaným vodičem z třetího uzlového bodu A do druhého uzlového bodu 621.

Obr. 50 schématicky zobrazuje další elektromagnetickou anténu 66. Anténa 66 zahrnuje povrch, např. povrch 49 z obr. 48, první izolovaný vodičový obvod 68, druhý izolovaný vodičový obvod 70, třetí signálový vývod 72 a čtvrtý signálový vývod 74.

První izolovaný vodičový obvod 68 zahrnuje první vodivou cestu 76 a druhou vodivou cestu 78, přičemž druhý izolovaný vodičový obvod 70 zahrnuje třetí vodivou cestu 80 čtvrtou vodivou cestu 82. První izolovaný vodičový obvod 68 probíhá v první vodivé cestě 76 kolem povrchu 49 a částečně přes povrch 49 ze sedmého uzlového bodu 86 a rovněž probíhá v druhé vodivě cestě 78 kolem povrchu 49 a částečně přes povrch 49 ze sedmého uzlového bodu 86 do pátého uzlového bodu 84 tak, že první vodivá cesta 76 a druhá vodivá cesta 78 tvoří nekonečnou vodivou cestu kolem povrchu 49 a přes povrch 49. Druhý izolovaný vodičový obvod 70 probíhá v třetí vodivé cestě 80 kolem povrchu 49 a částečně přes povrch 49 ze šestého uzlového bodu 88 do osmého uzlového bodu 90 a rovněž probíhá ve čtvrté vodivé cestě 82 kolem povrchu 49 a částečně přes povrch 49 z osmého uzlového bodu 90 do šestého uzlového bodu 88 tak, že třetí vodivá cesta 80 a čtvrtá vodivá cesta 82 tvoří další nekonečnou vodivou cestu kolem povrchu 49 a přes povrch 49.

Jak to bylo výše uvedeno v souvislosti s obr. 14 a 48, první vodivá cesta 76, druhá vodivá cesta 78. třetí vodivá cesta 80 a čtvrtá vodivá cesta 82 mohou být tvořeny protivinutými šroubovicovými vodivým cestami majícími stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným způsobem než čistě šroubovicově, tzn. mohou být uspořádány např. obecně šroubovicově, částečně šroubovicově nebo spirálově, nebo protivinutým způsobem spoloidně periferními vinutími s opačným smysly vinutí. Např. smysl stoupání první vodivé cesty 76 může být pravotočivý, jak je to zobrazeno plnou linií, smysl stoupání druhé vodivé cesty 78 je levotočivý, jak je to zobrazen přerušovanou linií, přičemž tento smysl je opačný k pravotočivému smyslu, a smysl stoupání třetí vodivé cesty 80 a čtvrté vodivé cesty 82 je levotočivý resp. pravotočivý. První vodivá cesta 76 a druhá vodivá cesta 78 obracejí smysl při pátém uzlovém bodě 84 resp. sedmém uzlovém bodě 86. Třetí vodivá cesta 80 a čtvrtá vodivá cesta 82 obracejí smysl při šestém uzlovém bodě 88 resp. osmém uzlovém bodě 90.

Třetí signálový vývod 72 a čtvrtý signálový vývod 74 buď přivádějí do prvního izolovaného vodičového obvodu 68 resp. druhého izolovaného vodičového obvodu 70 výstupní (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 92, nebo přijímají z prvního izolovaného vodičového obvodu 68 resp. druhého izolovaného vodičového obvodu 70 vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 92. Např. v případě přenášeného signálu nekonečná vodivá cesta prvního izolovaného vodičového obvodu 68 a druhého izolovaného vodičového obvodu 70 je sériově napájena ze třetího signálového vývodu 72 resp. čtvrtého signálového vývodu 74, ačkoliv vynález je použitelný i s paralelním napájením při jak pátém uzlovém bodě 84 resp. šestém

-25CZ 289897 B6 uzlovém bodě 88, tak i při osmém uzlovém bodě 90 resp. sedmém uzlovém bodě 86. První vodivá cesta 76, druhá vodivá cesta 78, třetí vodivá cesta 80 a čtvrtá vodivá cesta 82 mají délku přibližně rovnou jedné čtvrtině vlnové délky vedené vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 92. Jak je to zřejmé z obr. 50, třetí signálový vývod 72 je elektricky spojen s pátým uzlovým bodem 84 a čtvrtý signálový vývod 74 je elektricky spojen se šestým uzlovým vývodem 88.

Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že jak první izolovaný vodičový obvod 68, tak i druhý izolovaný vodičový obvod 70 může být tvořen jedním vodičem nebo více vodiči. Např. první izolovaný vodičový obvod 68 může mít jediný vodič pro jak první vodivou cestu 76 a druhou vodivou cestu 78; jediný vodič pro jak první vodivou cestu 76 tak i druhou vodivou cestu 78; nebo množinu elektricky propojených vodičů pro jak první vodivou cestu 76 tak i druhou vodivou cestu 78.

Obr. 51 zobrazuje reprezentativní výškový diagram vyzařování pro elektromagnetické antény 48, 48, 66 zobrazených na obr. 48, 49, 50. Tyto antény jsou lineárně (např. vertikálně) polarizované a mají fyzicky nízký profil podél směru polarizace, což souvisí s malým průměrem povrchu 49 z obr. 48, 49, 50. Mimoto tyto antény jsou obecně všesměrové ve směrech, které jsou kolmě ke směru polarizace, přičemž maximum radiačního ziskuje dosaženo ve směrech kolmých ke směru polarizace a minima radiačního zisku je dosaženo ve směru polarizace. Protivinuté vodivé cesty, jakými jsou např. první vodivá cesta 56 a druhá vodivá cesta 58 zobrazené na obr. 48 poskytují destruktivní interferenci, která ruší rezultující elektrická pole a konstruktivní interferenci, která zesiluje rezultující magnetická pole.

Jak je to zřetelné z obr. 52 a 53, elektromagnetická anténa 94 zahrnuje toroidní anténu 96, jakou je např. jedna z antén 10, 48, 48'. 66 zobrazených na obr. 1, 48, 49 resp. 50; a parabolický reflektor 98, např. satelitní nesymetrický parabolický reflektor, který usměrňuje anténní signály 100, 102 vzhledem k toroidnímu povrchu 103 antény 96 pro příjem nebo vysílání anténních signálů 100, 102, přičemž je samozřejmé, že vynález je obecněji použitelný s vícenásobně souvislými povrchy a různými typy reflektorů. Uvedený parabolický reflektor 98 má obecně parabolický tvar s vrcholem 104, otvor 106, a centrální osu 108 mezi vrcholem 104 a otvorem 106.

Uvedený toroidní povrch 103 se nachází obecně mezi vrcholem 104 a otvorem 106 parabolického reflektoru. Hlavní osa toroidního povrchu 103 se nalézá podél středové osy 108 parabolického reflektoru 98, přičemž střed toroidního povrchu 103 je umístěn do ohniskového bodu 110 parabolického reflektoru 98.

Elektromagnetická anténa 94 propůjčuje příkladné toroidní anténě 96 směrový charakter. Parabolický reflektor 98 směruje žádoucí elektromagnetické signály 100, 102 do částí 111 diagramu 112 pole antény 96 s vysokým ziskem. Ostatní nežádoucí signály 114. 116 se buď střetávají s částmi 118. 119 diagramu 112 pole antény 96 s nízkým ziskem, nebo jsou parabolickým reflektorem 98, např. při bodě 120, odchýleny.

Jak je to zřejmé z obr. 54 a 55, elektromagnetická anténa 94' zahrnuje toroidní anténu 96 z obr. 52 až 53 a parabolický reflektor 98'. který usměrňuje anténní signály 100, 102 stejným způsobem, jaký byl výše popsán v souvislosti s obr. 53. Parabolický reflektor 98' má otvor 122 a obecně parabolický tvar 124 (zobrazený na uvedením obrázku čerchovanou linií), který definuje vrchol 104 při přibližně středu otvoru 122. Parabolický reflektor 98' má další otvor 106, který je větší než otvor 122. Mezi uvedenými otvoiy 106. 122 parabolického reflektoru 98' je obecně uspořádán toroidní povrch 103. S výjimkou otvoru 122 je parabolický reflektor 981 obecně podobný parabolickému reflektoru 98 zobrazenému na obr. 52-53.

Obecně příkladný parabolický reflektor 98', a zejména otvor 122 tohoto reflektoru využívá diagram 112 pole antény 96. Část 119 s nízkým ziskem při spodku (vzhledem k obr. 55) antény

-26CZ 289897 B6 nepodstatným dílem přispívá k přenosu nebo příjmu anténních signálů 100, 102. V důsledku toho absence povrchu parabolického reflektoru 98' při otvoru 122 tohoto reflektoru má nepodstatný vliv na přenos nebo příjem anténních signálů 100, 102. Nežádoucí signál 126 (přicházející ze spodku obr. 55) procházející otvorem 122 se pouze střetává s částí 119 antény 96 s nízkým ziskem. Nepřítomnost povrchu parabolického reflektoru 98' při otvoru 122 velmi zlepšuje aerodynamické vlastnosti elektromagnetické antény 94' v případě její instalace v místech s vysokou sílou větru, tzn. např. v případě jejího umístění na motorovém vozidle nebo lodi, čímž se sníží tah větru, a tudíž se omezí potřebná hmotnost a strukturální pevnost parabolického reflektoru 98', která je žádoucí ktomu, aby tento reflektor by odolný vůči působení uvedeného větru.

Jak je to zřetelné z obr. 56, elektromagnetická anténa 128 zahrnuje povrch, např. obecně válcový povrch 130 mající otvor 132, vrchní povrch 134 a dolní povrch 136, přestože vynález je použitelný s jinými vícenásobně celistvými povrchy, jakým je např. obecně toroidní povrch mající obecně plochý vrchní povrch 134 a/nebo dolní povrch 136. Tato anténa 128 zahrnuje první izolovaný vodičový obvod 138, který probíhá v částečně šroubovicové vodivé cestě kolem povrchu 130 s alespoň prvním smyslem šroubovicového stoupání (např. pravostranným smyslem vinutí). Anténa 128 rovněž zahrnuje druhý izolovaný vodičový obvod 140, který probíhá v další částečně šroubovicové cestě kolem povrchu 130 a částečně přes povrch 130 s alespoň druhým smyslem šroubovicového stoupání (např. levostranným smyslem) tak, že izolované vodičové obvody 138, 140 jsou vzájemně proti vinuté kolem povrchu 130 a alespoň částečně přes povrch 130.

Hlavní osa 142 elektromagnetické antény 128 je obecně kolmá k vrchnímu povrchu 134 a spodnímu povrchu 136. Izolované vodičové prostředky 138, 140 probíhají obecně v radiálních směrech vzhledem k hlavní ose 142 radiálními částmi 144 resp. 146 na vrchním povrchu 134. Izolované vodičové obvody 138, 140 rovněž probíhají obecně v radiálních směrech vzhledem k hlavní ose 142, jak je to zobrazeno radiálními částmi 148 resp. 150 (zobrazenými na obrázku přerušovanou linií) na spodním povrchu 136. Kromě toho izolované vodičové obvody 138, 140 jsou obecně šroubovicové orientované, jak je to zobrazeno obecně šroubovicovými částmi 156 resp. 158 uvnitř otvoru 132 obecně válcového prostoru 130. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že příkladný obecně válcový povrch 130 a izolované vodičové obvody 138, 140 s radiálními částmi 144, 146, 148, 150 a obecně šroubovicovými částmi 152, 154, 156, 158 mohou být použity s anténami 10,48, 48', 66 zobrazenými na obr. 1,48,49 resp. 50.

Obr. 57 zobrazuje reprezentativní výškový diagram vyzařování pro antény 10, 48, 48'. 66 na obr. 1, 48, 49 resp. 50 používající toroidní povrch se šroubovicovými vodivými cestami. Rovněž jak je to zřejmé z obr. 58, příkladná elektromagnetická anténa 128 na obr. 56 vyzáří nebo přijímá více energie v radiálním směru, a tudíž méně energie je vyzářeno nebo přijmuto ve vertikálním směru. V důsledku toho v tomto provedení diagram vyzařování na vrchní a spodní části antény 128 je dále omezen ve srovnání s anténami majícími šroubovicové vodivé cesty a diagram vyzařování v radiálním směru má zlepšenou charakteristiku. Mimoto příkladné izolované vodičové obvody 138, 140, které používají lineární vodičové části 144. 146, 148, 150 snižují relativní velikost hlavní velký poloměr antény 128.

Jak je to zřejmé z obr. 59, elektromagnetická anténa 160 zahrnuje obecně sférický povrch 162 s obecně kruhovým průřezem 164 (jak je to zobrazeno několika rovnoběžkami) a trubici 166 (zobrazený přerušovanou linií) podél hlavní osy 168 obecně sférického povrchu 162. Anténa 160 dále zahrnuje první izolovaný vodič 170, který probíhá v první částečně šroubovicové vodivé cestě 172 kolem obecně sférického povrchu 162 a alespoň částečně přes obecně sférický povrch 162 s alespoň prvním smyslem šroubovicového stoupání (např. pravostranným smyslem). Anténa 160 rovněž zahrnuje druhý izolovaný vodič 174, který probíhá v druhé částečně šroubovicové vodivé cestě 176 kolem obecně sférického povrchu 162 a alespoň částečně pře obecně sférický povrch 162 s alespoň druhým smyslem šroubovicového stoupání (např. levostranným smyslem) tak, že první izolovaný vodič 170 a druhý izolovaný vodič 174 jsou vzájemně protivinuté kolem

-27CZ 289897 B6 obecně sférického povrchu 162 a alespoň částečně přes obecně sférický povrch 162. Částečně šroubovicové vodivé cesty 172, 173 prochází skrze trubici 166 a jsou obecně paralelní k hlavní ose 168 uvnitř trubice 166, jak je to zobrazeno obecně paralelními lineárními částmi 178, 180 cest 172 resp. 176. Kromě toho uvedené cesty 172, 176 mají obecně šroubovicové části 182,184. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že obecně sférický povrch 162, první izolovaný vodič 170 a druhý izolovaný vodič 174 s obecně lineárními částmi 178, 180 a obecně šroubovicovými částmi 182, 184 mohou být použity s anténami 10, 48, 48', 66 zobrazenými na obr. 1, 48, 49 resp. 50.

Obr. 60 zobrazuje reprezentativní výškový diagram vyzáření pro antény 10,48, 48', 66 na obr. 1, 48, 49, 50 používající toroidní povrch se šroubovicovými vodivými cestami. Jak je to zřejmé z obr. 61, příkladná elektromagnetická anténa 160 na obr. 59 vysílá a přijímá více energie ve vertikálním směru. V důsledku toho v tomto provedení diagram vyzařování na vrchní a spodní části antény 160 má lepší charakter ve srovnání s anténami mající šroubovicové vodivé cesty. Tímto způsobem toto provedení vytváří diagram vyzařování s poněkud více symetrickým charakterem.

Obr. 62 zobrazuje vertikální průřezový perspektivní pohled na vícenásobně souvislý povrch 186. ve které je malý poloměr větší než velký poloměr této toroidní formy, přestože vynález je použitelný s libovolným vícenásobně souvislým povrchem majícím velký poloměr, která je větší než nula a malý poloměr, který je větší než velký poloměr. Rovněž jak je to zřejmé z obr. 63 a 64 příslušné půdorysné a perspektivní pohledy znázorňují cestu prvního izolovaného vodiče 188 majícího čtyři závity 190, 192, 194, 196, ačkoliv vynález je použitelný s izolovanými vodičovými obvody majícími libovolný počet závitů. V případě použití příkladného provedení vícenásobně souvislého povrchu 186 první izolovaný vodič 188 probíhá v obecně šroubovicové vodivé dráze kolem povrchu 197 vícenásobně souvislého povrchu 186 a alespoň částečně přes tento povrch 197, a to níže popsaným způsobem, s alespoň prvním smyslem šroubovicového stoupání (např. pravotočivým smyslem). Jak je to rovněž zřejmé z obr. 65, druhý izolovaný vodič 198 mající čtyři závity 200, 202, 204, 206 může být rovněž použit s vícenásobně souvislým povrchem 186. Druhý izolovaný vodič 198 probíhá v obecně šroubovicové vodivé cestě kolem povrchu 197 vícenásobně souvislého povrchu 186 a alespoň částečně přes tento povrch 197 s alespoň druhým smyslem šroubovicového stoupání (např. levostranným smyslem) tak, že první izolovaný vodič 188 a druhý izolovaný vodič 198 jsou vzájemně protivinuté kolem povrchu 192 vícenásobně souvislého povrchu 186 a alespoň částečně přes tento povrch 197.

Povrch 197 vícenásobně souvislého povrchu 186 může být proveden, např. jako sítový povrch mající množinu otvorů 208 uvnitř tohoto povrchu pro stanovení cest prvního izolovaného vodiče 188 a druhého izolovaného vodiče 198 skrze tyto otvory. V tomto případě středová část 210 vícenásobně souvislého povrchu 186 je přístupná pro cesty částí 211 (nejlépe zobrazeny na obr. 63) prvního izolovaného vodiče 188 a druhého izolovaného vodiče 198 uvnitř uvedené středové části, přičemž jsou možná i jiná provedení, např. sestavení vícenásobně souvislého povrchu 186 s množinou koláčových plátků, které tvoří středovou část 210, a které poskytují usměrňovači kanálky pro první izolovaný vodič 188 a druhý izolovaný vodič 198; nebo vyvrtání vhodných usměrňovačích otvorů do celistvé toroidní formy.

Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že toroidní forma 186 a první izolovaný vodič 188 a druhý izolovaný vodič 198 mohou být použity s anténami 10, 48, 48', 66 zobrazenými na obr. 1, 48, 49 resp. 50. První izolovaný vodič 188 a druhý izolovaný vodič 198 procházejí skrze dva společné body 212, 214 na vícenásobně souvislém povrchu 186 při příslušné části 216 a části 218 (zobrazených na obr. 65) prvního izolovaného vodiče 188 resp. druhého izolovaného vodiče 198.

Jak je to schématicky zobrazeno na obr. 72, anténa 219. která je podobná anténě 10 zobrazené na obr. 1, zahrnuje uzlové body al, b2, cl, d2, které se sbíhají (s malými hodnotami velkého poloměru) při vývodu 220, a uzlové body a2, bl. c2, dl. které se podobně sbíhají při vývodu 222.

-28CZ 289897 B6 přičemž pro účely zobrazení jsou mezi uzlovými body al, b2, cl, d2 a a2, bl, c2, dl zobrazeny linie. V tomto případě anténa 19 má jedinou bránu při vývodech 220, 222 nebo alternativně může být nezávisle napájena při každém ze segmentů 12. Vývody 220 a 222 jsou zase elektricky spojeny s uzlovými body al, b2, cl, d2 resp. a2, bl, c2, dl, které se sbíhají (s menšími hodnotami velkých poloměrů) při v podstatě společných uzlových bodech 212, 214 podél hlavní osy 224 toroidní formy 186. Uzlové body 212, 214 jsou spojeny s částí 216 a částí 218 (zobrazenými na obr. 65) prvního izolovaného obvodu 188 a druhého izolovaného obvodu 198.

Trojrozměrný toroidní povrch, jakým je např. toroidní forma TF na obr. 1, může být zastoupen následujícími rovnicemi:

x = acos (Θ) + bcos (φ) cos (Θ)	(30)
y = asin (Θ) + bcos (φ) sin (Θ)	(31)
z = sin (φ)	(32)

kde a: velký poloměr b: malý poloměr φ: poloidní úhel (0 až 2π)

Θ: azimutový úhel (0 až 2π)

Šroubovice existující na toroidní formě TF na obr. 1 je definována rovnicí:

φ = ΝΘ (33) kde

N: počet závitů ve šroubovici

N > 0: pravostranné vinutí

N < 0: levostranné vinutí

Rovnice definující šroubovici jsou:

x = acos (Θ) + bcos (N Θ) cos (Θ) (34) y = asin (Θ) + bcos (N Θ) sin (Θ) (35) z = bsin (N Θ) (36)

Za předpokladu, že hodnota Nje buď záporná, nebo kladná, rovnice 34 až 36 dostatečně popisují obě protivinutá vinutí.

Obr. 66 a 67 zobrazují protivinutý první izolovaný vodič 226 a druhý izolovaný vodič 228 pro sférickou formu antény 230 mající sférický povrch 232. Ačkoliv je výhodný sférický povrch, vynález je použitelný s obecně sférickými povrchy. První izolovaný vodič 226 probíhá v první vodivé cestě kolem sférického povrchu 232 a alespoň částečně přes sférický povrch 232 s alespoň

-29CZ 289897 B6 s prvním smyslem (např. pravostranným smyslem). Druhý izolovaný vodič 228 probíhá v druhé vodivé cestě kolem sférického povrchu 232 a alespoň částečně přes sférický povrch 232 s alespoň druhým smyslem vinutí (např. levostranným smyslem) tak, že první izolovaný vodič 226 a druhý izolovaný vodič 228 jsou vzájemně protivinuté kolem sférického povrchu 232 a alespoň částečně přes sférický povrch 232.

Pro sférické provedení rovnice popisující protivinutá vinutí jsou upraveny zavedením předpokladu, že velký poloměr a je roven nule, jak je to znázorněno v následujících rovnicích:

x - bcos (N Θ) cos (Θ) (37) y = bcos (N Θ) sin (Θ) (38) z = bsin (N Θ) (39)

Sférická forma poskytuje výhodu více sférického diagramu vyzařování, ačkoliv vynález je použitelný s obecně sférickými provedeními, ve kterých je velký poloměr větší než nula. Uvedený diagram vyzařování se přibližuje diagramu vyzařování ideálního izotropního zářiče nebo bodového zdroje, který vyzařuje energii stejnou měrou ve všech směrech. První izolovaný vodič 226 a druhý izolovaný vodič 228 protivinutý vzhledem k prvnímu izolovanému vodiči 226 ruší elektrická pole a magnetický smyčkový proud ponechávají o přibližně nulovém poloměru. Odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že sférický povrch 232, první izolovaný vodič 226 a druhý izolovaný vodič 228 mohou být použity s anténami 10.48, 48'. 66 na obr. 1, 48, 49 resp. 50, přičemž např. polární body 223A, 233B na obr. 67 umožňují změny mezi smysly vinutí (např. změny mezi levostranným a pravostranným smyslem vinutí) tam, kde se cesty prvního izolovaného vodiče 226 a protivinutého druhého izolovaného vodiče 228 obecně opakovaně kříží.

Obr. 68 zobrazuje první izolovaný vodič 234 a protivinutý druhý izolovaný vodič 236 pro polokulovitou formu antény 238 mající polokulovitý povrch 240 na planámím povrchu 242. Pro polokulovité provedení jsou rovnice popisující protivinutá vinutí definovány výše uvedenými rovnicemi (37) až (39), ve kterých z je větší než nula nebo rovné nule. První izolovaný vodič 234 probíhá v první vodivé cestě kolem polokulovitého povrchu 240 a alespoň částečně přes polokulovitý povrch 240 s alespoň prvním smyslem vinutí (např. pravostranným smyslem) a druhý izolovaný vodič 236 probíhá v druhé vodivé cestě kolem polokulovitého povrchu 240 a alespoň částečně přes polokulovitý povrch 240 alespoň druhým smyslem vinutí (např. levostranným smyslem vinutí) tak, že první izolovaný vodič 234 a druhý izolovaný vodič 236 jsou vzájemně protivinuté kolem polokulovitého povrchu 240 a alespoň částečně přes polokulovitý povrch 240.

Za účelem srozumitelnějšího popisu protivinuté vodiče a spojení těchto vodičů, planámí povrch 242 zahrnuje levou část 244 a pravou část 246. Přibližně ve středu planámího povrchu 242 se nachází třetí uzlový bod A a čtvrtý uzlový bod B. přičemž třetí uzlový bod A je odsazen pro účely jasnějšího vyobrazení. Množina přívodů 248 je spojena s třetím uzlovým bodem A a množina přívodů 250 je spojena se čtvrtým uzlovým bodem B. Přívody 248. 250 jsou výhodně stíněny a mají stejnou elektrickou impedanci.

Planámí povrch 242 je výhodně zemní plochou, která elektricky odráží každé z vinutí a vytváří jejich zrcadlový obraz. Tímto způsobem v případě, že anténa 238 s polokulovitou formou je umístěna na spodek letadla nebo vršek vozidla, potom se v určité vzdálenosti diagram vyzařování této antény přibližuje diagramu vyzařování sférické antény.

Na pravé části 246 planámího povrchu 242 je přívod 248 a přívod 250 spojen s prvním izolovaným vodičem 234 resp. druhým izolovaným vodičem 236. Na levé části 244 planámího

-30CZ 289897 B6 povrchu 242 je přívod 248 a přívod 250 spojen s prvním izolovaným vodičem 234 resp. druhým izolovaným vodičem 236. Příkladná polokulovitá anténa 238 je použitelná pro stimulaci nebo detekci zemních proudů, využívanou např. v geofyzikálních průzkumech, přičemž tato anténa vysílá nebo přijímá energii stejnou měrou ve všech směrech nad planárním povrchem 242 zobrazenou na obr. 68.

Obr. 69 a 70 zobrazuje alternativní první izolovaný vodič 226' a protivinutý druhý izolovaný vodič 228' pro sférický povrch 232 na obr. 67. V tomto sférickém provedení se první izolovaný vodič 226' a druhý izolovaný vodič 228' opakovaně nekříží při pólech, jak to bylo popsáno ve spojení s obr. 67. Anténa 230' je vytvořena, např. otáčením sférického povrchu 232, přičemž je použit první izolovaný vodič 226' a druhý izolovaný vodič 228'.

Za účelem operace na polohovacím vektoru (x, Y, z) definovaném rovnicemi (37) až (39) je matematicky zavedena transformační matice. Použitím stejného transformačního operátoru pro první izolovaný vodič 226' a druhý izolovaný vodič 228' transformace zachovává protivinutou symetrii původně obsaženou v toroidním provedení rovnic (34) až (36).

Rovnice 40 znázorňuje obecnou formu transformovaných rovnic. Transformační matice je obecně funkcí jak φ tak i Θ.

[X] Y Z τ_Η(θ.φ) τ₁₂(θ,φ) τ₂ι(θ.φ) τ^ίθ.φ) τ₃₁(θ.φ) ΐ₃₂(θ.φ) τ_Ι3(θ.φ) τ₂₃(θ,φ) τ₃₃(θ.φ) (40) kde (X, Υ, Z): transformované souřadnice (χ, y, z): netransformované souřadnice τ_η: obecná funkce φ a Θ.

Transformační matice rovnice 40 je definována jako libovolná matice, která zachovává protivinutou symetrii vinutí. Např. geometrie prvního izolovaného vodiče 226 a druhého izolovaného vodiče 228' může být deformována jejich vytažením nebo otáčením, přičemž vynález je použitelný pro libovolná vinutí poskytující destruktivní interferenci za účelem rušení výsledných elektrických polí a konstruktivní interferenci za účelem zesílení výsledných magnetických polí. Za účelem lepšího pochopení uvedené transformace je v následujícím textu uveden příklad.

Příklad:

	c°s[|)	0
X]		W μ-
Y =	0	ι 0 y
z]		0 Η?1

(41)

-31 CZ 289897 B6

V tomto příkladě je sférický povrch 232 otočen v rovině XY jako funkce Θ, přičemž vynález je použitelný pro široký rozsah transformací spojených s toroidními povrchy, vícenásobně souvislými povrchy, obecně sférickými povrchy a sférickými povrchy.

Obr. 71 zobrazuje anténu 254 mající jednu nebo dvě napájecí brány. Izolovaný vodičový obvod 256 probíhá ve vodivé cestě 258 kolem sférického povrchu 232 a částečně přes sférický povrch 232 z uzlového bodu 260 (+) k uzlovému bodu 262 (-). Po změně smyslu vinutí při uzlovém bodě 262 (-) izolovaný vodičový obvod 256 probíhá ve vodivé cestě 274 kolem sférického povrchu 232 a částečně přes sférický povrch 232 z uzlového bodu 262 do uzlového bodu 260 (+) tak, že vodivé cesty 258, 274 tvoří nekonečnou vodivou cestu kolem povrchu 232 a přes sférický povrch 232. Izolovaný vodičový obvod 266 (zobrazený přerušovanou linií) probíhá ve vodivé cestě 268 kolem sférického povrchu 232 a částečně přes sférický povrch 232 z uzlového bodu 270 (-) do uzlového bodu 272 (+). Po změně smyslu vinutí při uzlovém bodě 272 (+) izolovaný vodičový obvod 266 probíhá ve vodivé cestě 264 kolem sférického povrchu 232 a částečně přes sférický povrch 232 z uzlového bodu 272 (+) do uzlového bodu 270 (-) tak, že vodivé cesty 268, 264 tvoří další nekonečnou vodivou cestu kolem povrchu 232 a přes povrch 232.

Tato příkladná anténa 254 poskytuje přenos a příjem anténních signálů. Např. v případě přenášeného signálu jsou dvojice nekonečných vodivých cest izolovaných vodivých obvodů 256. 266 sériově napájeny z uzlových bodů 272, 262, přičemž vynález je použitelný s paralelním napájením při jak uzlových bodech 272, 262, tak i uzlových bodech 260, 270.

Kromě výše popsaných modifikací vynálezu jsou pro odborníka v daném oboru zřejmé další modifikace vynálezu, které se neodchylují od hlavní myšlenky a rozsahu vynálezu.

PATENTOVÉ NÁROKY