CZ392097A3 - Toroidní anténa - Google Patents

Toroidní anténa Download PDF

Info

Publication number
CZ392097A3
CZ392097A3 CZ973920A CZ392097A CZ392097A3 CZ 392097 A3 CZ392097 A3 CZ 392097A3 CZ 973920 A CZ973920 A CZ 973920A CZ 392097 A CZ392097 A CZ 392097A CZ 392097 A3 CZ392097 A3 CZ 392097A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
node
antenna
helical
insulated conductor
bonded surface
Prior art date
Application number
CZ973920A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ287680B6 (en
Inventor
Voorhies Kurt L. Van
Original Assignee
West Virginia University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23931504&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CZ392097(A3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by West Virginia University filed Critical West Virginia University
Publication of CZ392097A3 publication Critical patent/CZ392097A3/cs
Priority to CZ20003310A priority Critical patent/CZ289371B6/cs
Publication of CZ287680B6 publication Critical patent/CZ287680B6/cs

Links

Classifications

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

Landscapes

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

Description

(57) Anotace:
Anténa /48/ má jeden nebo více izolovaných vodičových obvodů /56, 58/ s vinutími, které jsou protivinuté podél vícenásobně spojeného povrchu /TF/ a přes vícenásobně spojený povrch /TF/, jakým je např. toroidní povrch /TF/. Vícenásobně spojený povrch /TF/ má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr. Izolované vodičové obvody /56, 58/ probíhají v první obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu /TF/ a přes vícenásobně spojený povrch /TF/ s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu /60/ do druhého uzlového bodu /62/, a rovněž probíhají v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu /TF/ a přes vícenásobně spojený povrch /TF/ s druhým smyslem šroubovicového stoupání, který je opačný k prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od druhého uzlového bodu /62/ do prvního uzlového bodu /60/ tak, že první a druhá obecně šroubovicová vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu /TF/ a přes vícenásobně spojený povrch /TF/. První signálový vývod /52/ je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem /60/ a druhý signálový vývod /54/ je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem /62/. Izolované vodičové obvody /56, 58/ mohou tvořit jednu nebo více nekonečných vodivých cest podél vícenásobně spojeného povrchu /TF/ a přes vícenásobně spojený povrch /TF/. Vinutí mohou mít šroubovicovou konfiguraci, poloidní periferní konfiguraci nebo mohou být sestaveny z vodiče se štěrbinami na torldu.
í • ··· • ·· • ··
175608/HK o ·
Toroidní anténa
Oblast techniky
Vynález se týká vysílacích a přijímacích antén, zejména šroubovicových antén.
Dosavadní stav techniky
Účinnost antény při určité frekvenci buzení je přímo úměrná účinné elektrické délce, která závisí na rychlosti šíření signálu dané dobře známou rovnicí:
λ = C/f, kde C je rychlost světla ve vakuu, λ je vlnová délka a f je frekvence.
Jak je to známé, elektrická délka antény by měla být tvořena jednou vlnovou délkou, jednou polovinou vlnové délky (dipól) nebo jednou čtvrtinou vlnové délky se zemní plochou za účelem minimalizace všech, avšak skutečných impendancí antény. V případě, že tyto charakteristiky nejsou splněny, potom impedance antény mění tvořící se stojaté vlny na anténě a anténním napáječi (přenosovém vedení), což způsobuje modifikaci poměru stojatých vln a celkových produkčních energetických ztrát a snižuje množství vyzařované energie.
Typická vertikální prutová anténa (monopol) má všesměrový vertikální polarizovaný diagram, a tato anténa může být při vysokých frekvencí, jakými jsou velmi vysoké frekvence (UHF), poměrně malé rozměry. Avšak při nižších frekvencích se velikost antény stává problematickou, poněvadž při těchto frekvencích jsou žádoucí velmi dlouhá vedení a vysoké stožáry používané v pásmech nízkých frekvencích (LF) a středních frekvencích (MF). Přenosové kvality ve velkém dosahu jsou v pásmech nižší frekvence výhodné, avšak anténa, zejména směrová anténní soustava může být v případě kompaktního přenosného vysílače příliš rozměrná. Dokonce i při vysokých frekvencích může být výhodné, aby anténa měla fyzicky menší rozměry při stejné účinnosti a výkonu jako u konvenčního monopolu a dipólu.
V poslední době byly vyzkoušeny rozdílné techniky za účelem vytvoření kompaktní antény se směrovými charakteristikami, zejména antény s vertikální polarizací, u které bylo zjištěno, že je účinnější (delší dosah) než anténa s horizontální polarizací. Důvodem této skutečnosti je to, že anténa s horizontální polarizací má větší ztráty přízemních vln.
Pokud jde o směrové charakteristiky, bylo zjištěno, že s jistými konfiguracemi antény je možné potlačit magnetické pole produkované v anténě zejména polarizaci a současně zvýšit elektrické pole, které je kolmé k magnetickému poli. Podobně je možné potlačit elektrické pole a současně zvýšit magnetické pole.
V oblasti techniky týkající se elektromagnetických polí je dobře známý princip ekvivalence, který uvádí, že dva zdroje vytvářející stejné pole uvnitř dané oblasti jsou považovány za rovnocenné a že tato rovnocennost se projevuje mezi zdroji elektrického proudu a odpovídajícími zdroji magnetického proudu. To je vysvětleno v části 3-5 dokumentu publikovaném v roce 1961 pod názvem Time Harmonie Electromagnetic Fields od R.F.Harringtona. V případě lineárního dipólového prvku, který nese lineární elektrické proudy, je ekvivalentní magnetický zdroj dán kruhovým azimutálním prstencem magnetického proudu. Jedním z obvyklých způsobů vytvoření lineárního magnetického proudu je solenoid elektrického proudu. Jedním ze způsobů vytvoření žádoucího kruhového azimutálního prstence magnetického proudu je solenoid elektrického proudu uspořádaný na toroidním povrchu.
Toroidní šroubovicová anténa zahrnuje šroubovicový
vodič navinutý na toroidním jádru, přičemž tato anténa má charakteristiky radiační elektromagnetické energie v konfiguraci, která je podobná konfiguraci elektrického dipólu, a její osa je kolmá ke středu toroidního jádra a soustředná se středem toroidního jádra. Efektivní impedance přenosu po vedení šroubovicového vodiče zpomaluje vzhledem k šíření vln ve vzduchoprázdnu šíření vln 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 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 patentových dokumentech je nejprve popsána jednovláknová toroidní šroubovice jako stavební blok pro složitější směrové antény. Tyto antény mohou obsahovat množinu vodivých drah napájených signálem, který je vzhledem k fázi regulován buď vnějšími pasivními obvody nebo díky specifickým samo-rezonančních charakteristikám. V těchto patentových dokumentech je obecně popsáno použití tzv. protivinutých toroidních vinutí pro poskytnutí vertikální polarizace. Tyto protivinuté toroidní vinutí mají neobvyklé provedení, které má pouze dva vývody, jak je to popsáno dokumentu IRE Transaction on Electron Devices, říjen 1956, str. 190, ve stati Modified Contra-Wound Helix Circuits for High-Power Traveling Wave Tubes, Birdsall, C.K., and Everhart, T.E.. V uvedených dokumentech je upozorněno na rozdíl mezi magnetickými a elektrickými poli/proudy a odhadnuto, že stupňovité uspořádání dvou jednovláknových obvodů, které jsou vzájemně protivinuté na toroidní vertikálně polarizované anténě, může být vytvořeno použitím vstupních jednotek se vstupy pro dva signály. Základem struktury je lineární šroubovice, pro kterou byly navrženy konstrukční rovnice firmou Kandoian & Sichak v roce 1953 (viz. patentový dokument US 4,622,558).
V dokumentech zastupující dosavadní stav techniky, např. ve výše uvedených dokumentech, jsou elementární toroidní struktury uváděny jako elementární stavební bloky pro složitější struktury, jakými jsou např. dvoutoroidní struktury orientované pro simulování protivinutých struktur. Např. ve výše uvedených patentových dokumentech je popsán torus (složitý a jednoduchý) , který je určen k tomu, aby měl celistvý počet vedených vlnových délek kolem obvodu vymezeného malou osou torusu.
Jednoduchá toroidní anténa, např. toroidní anténa v jednovláknovém provedení, reaguje na jak elektrické tak i magnetického složky vstupních (přijímaných) nebo výstupních (přenášených) signálů. Naproti tomu toroidní anténa s vícevláknovým provedení (v provedení s množinou vinutí) může mít stejný smysl maximální hodnoty nebo rozdílný smysl maximální hodnoty v oddělených vinutí na samostatných toroidních jádrech, což umožňuje získat směrovou anténu a regulaci polarizace. Jedno provedení šroubovice má strukturu prstence a můstku, přičemž tato struktura vykazuje některé, avšak ne všechny kvality základní konfigurace s protivinutým vinutím.
Jak je to známé, lineární solenoidová cívka vytváří magnetické pole podél středové osy. Směr 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 pole je stejný jako směr palce v případě, že palec probíhá paralelně s osou, kolem které jsou prsty pravé ruky zakřiveny (viz. např. obr. 47). V případě použití tohoto pravidla pro solenoidní cívky navinuté v pravostranném smyslu, tj . ve smyslu 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 a odražených vln a může být charakterizováno jako stojaté vlny na přenosovém vedení (viz. např. obr. 13). V případě souměrného přenosového vedení jsou proudové složky v každém vodiči v libovolném daném bodě podél vedení rovné, co se týče velikosti, avšak mají opačnou polaritu, což je rovnocenné se 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 ZL. Pro Io = dopadající proudový signál a Ix - odražený proudový signál (viz obr. 13) je odrazivost Pí definována jako:
P.· i
Iq
Io
Z, zo ZL —+1 zo
Poněvadž dopadající směrech, rovnocenný odraženého proudu s odražené proudy se šíří v li = -li udává a
odražený proud, Ιι = -Ιχ ohledem na směr dopadajícího proudu Io.
opačných velikost
Podstata vynálezu
Předmětem vynálezu je kompaktní vertikálně polarizovaná anténa, zejména vhodná pro nízkofrekvenční vlny přenášené na velké vzdálenosti, avšak použitelná pro libovolné frekvence, při kterých je žádoucí fyzicky nízký profil nebo nenápadný obal antény.
Předmětem vynálezu je rovněž anténa, která má relativně nízký fyzický profil vzhledem k dosud známým anténám.
Předmětem vynálezu je také anténa o fyzicky nízkém profilu, která má oproti dosud známým anténám širší komunikační pásmo.
Kromě toho je předmětem vynálezu anténa, která je lineárně polarizována a má fyzicky nízký profil podél směru ··
polarizace.
Mimoto je předmětem vynálezu anténa, která je obecně všesměrová ve směrech, které jsou kolmé ke směru polarizace.
Dalším předmětem vynálezu je anténa, která má maximální radiační zisk ve směrech kolmých ke směru polarizace a minimální radiační zisk ve směru polarizace.
Ještě dalším předmětem vynálezu je anténa, která má zjednodušenou napájecí konfiguraci, to znamená, že ji lze snadno přizpůsobit vysokofrekvenčnímu kmitočtu výkonného zdroje.
Ještě dalším předmětem vynálezu je anténa, která pracuje pokud možno co v nej širším pásmu s ohledem na nominální provozní frekvenci této antény.
Podle vynálezu toroidní anténa má toroidní povrch a první a druhé vinutí, která zahrnují izolované vodiče, přičemž každý z těchto vodičů probíhá jako jediný uzavřený obvod kolem uvedeného povrchu v segmentové šroubovicové konfiguraci. Toroidní jádro má sudý počet segmentů, např. čtyři segmenty, avšak obvykle více než dva segmenty nebo dva segmenty. Každá část jednoho z nepřetržitých vodičů v rozsahu daného segmentu je protivinutá vzhledem k části stejného vodiče v rozsahu přilehlého segmentu. Přilehlé segmenty stejného vodiče se setkávají v uzlových bodech nebo spojeních (body obrácení vinutí). Každý ze dvou nepřetržitých vodičů je protivinutý vzhledem ke každému druhému vodiči v rámci každého segmentu toroidního jádra. Dvojice uzlových bodů se nachází při hranici mezi každou přilehlou dvojicí segmentů. Ze segmentu na segment je polarita toku proudu z jednopólového zdroje signálu pomocí spojení v uzlovém bodě obrácena vzhledem k vodiči, který je k tomuto uzlovému bodu připojen. Podle vynálezu jsou vodiče při spojeních, která se nacházejí v každém druhém uzlovém bodě, rozděleny a oddělené konce jsou zakončeny přizpůsobenými čistě reaktančními
impedancemi, které poskytují fázový posun příslušných odražených proudových signálů rovný 90°. To zase poskytuje zrušení čistých elektrických proudů a produkci kvazistejnoměrného azimutového magnetického proudu uvnitř struktury vytvářející vertikální elektromagnetické záření.
V rámci vynálezu jsou na rotačním povrchu póloidně uspořádány a kolem tohoto povrchu rovnoměrně rozloženy řady vodivých smyček, takže hlavní osa každé smyčky tvoří tečnu k malé ose tohoto rotačního povrchu. Vzhledem k hlavní ose rotačního povrchu nej střednější konce všech smyček jsou společně spojeny při jednom vývodu a zbývající konce všech smyček jsou společně spojeny při druhém vývodu. K těmto dvěma vývodům je připojen jednopólový zdroj signálu a poněvadž jsou uvedené smyčky elektricky paralelně zapojeny, magnetická pole vytvořená všemi uvedenými smyčkami jsou ve fázi, a tudíž produkují kvazirovnoměrné azimutové magnetické pole, což má za následek vertikálně polarizované všesměrové záření.
V rámci vynálezu je počet smyček zvýšen a vodivé prvky jsou tvořeny vodivými rotačními povrchy, které mohou být buď nepřetržité nebo radiálně štěrbinové. Provozní frekvence je snížena zařazením buď induktivní reaktance v sériovém zapojení nebo kapacitní reaktance v paralelním zapojení vzhledem ke složeným anténním vývodům.
V rámci vynálezu může být kapacitní reaktance přidána přidáním dvojice paralelních vodivých desek, které vzhledem k vodivému rotačnímu povrchu mají formu hlavy kola. Rotační povrch má zářez při spojení s uvedenými deskami, přičemž jedna deska je elektricky spojena s jednou stranou tohoto zářezu a druhá deska je spojena s druhou stranou zářezu. Vodivý rotační povrch může být dále radiálně rozřezán za účelem napodobení řady elementárních smyčkových antén. Šířka pásma struktury může být zvýšena v případě, že poloměr a tvar rotačního povrchu jsou změněny odpovídajícím úhlem pootočení.
•9 99
9 9
9 ·
V rámci vynálezu elektromagnetická anténa ma vícenásobně spojený povrch, který má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr; izolovaný vodičový prostředek vybíhající v první šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovícového stoupání od prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu; izolovaný vodičový prostředek rovněž probíhající v druhé šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání, které je opačné k prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od druhého uzlového bodu k prvnímu uzlovému bodu tak, že první a druhá šroubovicové vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch; a první a druhý signálový vývod elektricky spojené s prvním resp. druhým uzlovým bodem.
V rámci vynálezu elektromagnetická anténa ma vícenásobně spojený povrch, který má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr; izolovaný vodičový prostředek probíhající v první konfiguraci poloidního-periferního vinutí podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem vinutí od prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu; izolovaný vodičový prostředek rovněž probíhající v druhé konfiguraci poloidního-periferního vinutí podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem vinutí, který je opačný k prvnímu smyslu vinutí, od druhého uzlového bodu k prvnímu uzlovému bodu tak, že první a druhá konfigurace poloidního-periferního vinutí jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch; a první a druhý signálový vývod elektricky spojené s prvním resp. druhým uzlovým bodem.
♦ · • · 99 9 9 • · · A A * * 99 99
• · 99 9 9 9 9 9 9
• · • 9 « 9 9 9 9 9 9
• · • · 9 9 9 9 999 9 9
• · • · 99 9 999 9 • 9 9 9 9 9
V rámci vynálezu elektromagnetická anténa má vícenásobně spojený povrch mající velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr; izolovaný vodičový prostředek probíhající v první obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání z prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu a z druhého uzlového bodu do třetího uzlového bodu; izolovaný vodič rovněž probíhající v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání, který je opačný prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od třetího uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu a ze čtvrtého uzlového bodu do prvního uzlového bodu tak, že první a druhá obecně šroubovicové vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch, a první a druhý signálový vývod elektricky spojené s druhým resp. čtvrtým uzlovým bodem.
V rámci vynálezu elektromagnetická anténa má vícenásobně spojený povrch, který má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr; první izolovaný vodičový prostředek probíhající v první obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu do druhého uzlového bodu, a rovněž probíhající v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání, který je opačný k prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od druhého uzlového bodu k prvnímu uzlovému bodu tak, že první a druhá obecně šroubovicové vodivá cesta tvoří první nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a v podstatě přes vícenásobně spojený povrch; druhý izolovaný vodičový
♦ to ·· • to • *
• · « · • to · ··
toto • φ to · • to • ·
• · • · · * · • • · ··
• · • · to · • ♦ ··· • ·
• · • · ·· to to · · • to · • to to ·
prostředek probíhající v třetí obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s druhým smyslem šroubovicového stoupání z třetího uzlového bodu do čtvrtého uzlového bodu, a rovněž probíhající ve čtvrté obecně šroubovicové vodivé cestě podél vícenásobně spojeného povrchu a částečně přes vícenásobně spojený povrch s prvním smyslem šroubovicového stoupání ze čtvrtého uzlového bodu do třetího uzlového bodu tak, že třetí a čtvrtá obecně šroubovicové vodivá cesta tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu podél vícenásobně spojeného povrchu a v podstatě přes vícenásobně spojený povrch, přičemž první a třetí obecně šroubovicové vodivá cesta jsou protivinuté vzhledem k druhé resp. čtvrté obecně šroubovicové cestě; první signálový vývod elektricky spojený k alespoň jednomu z prvního a čtvrtého uzlového bodu; a druhý signálový vývod elektricky spojený k alespoň jednomu z druhého a třetího uzlového bodu, přičemž první a druhý signálový vývod jsou určeny pro vedení anténního signálu elektromagnetické antény.
V rámci vynálezu je poskytnut způsob přenášení vysokofrekvenčního signálu pomocí toroidní antény, který spočívá v přivedení vysokofrekvenčního signálu k prvnímu a druhému signálovému vývodu za účelem indukování elektrických proudů vysokofrekvenčního signálu mezi těmito vývody; vedení prvního elektrického proudu v prvním vodiči podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch, který má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr a první vodič má první smysl šroubovicového stoupání z prvního signálového vývodu do druhého signálového vývodu; vedení druhého elektrického proudu v druhém vodiči podél vícenásobně spojeného povrchu a přes vícenásobně spojený povrch, přičemž tento druhý vodič má druhý smysl šroubovicového stoupání, který je opačný k prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od druhého signálového vývodu do prvního signálového vývodu; a použití prvního a druhého vodiče ve vzájemném protivinutém vztahu.
vynález poskytuje celistvou, vertikálně polarizovanou anténu s větším ziskem pro širší frekvenční spektrum ve srovnání s můstkovou a prstencovou konfigurací. Odborníkovi v daném oboru budou zřejmé další předměty, výhody a znaky vynálezu.
Stručný popis obrázků
Tyto a další předměty vynálezu budou více zřejmé z následujícího podrobného popisu vynálezu, přičemž v tomto popisu budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 schématicky zobrazuje čtyřsegmentovou šroubovicovou anténu podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí z obr. 1, obr. 3 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí v alternativním provedení vynálezu, obr. 4 schématicky zobrazuje dva segmenty (dvě části) šroubovicové antény, která je předmětem vynálezu, obr. 5 zobrazuje dvoubránovou šroubovicovou anténu s proměnnými impedancemi při bodech obrácení smyslu vinutí v alternativním provedení a pro ladění antény podle vynálezu, zobrazuje diagram pole antény zobrazené na obr. 1, obr.
magnetického bodech pro anténu
7, 8, 9 zobrazují diagramy pole vzhledem k místům toroidu zobrazenou na obr. 1, proudového a při uzlových obr. 10, 11 a 12 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidů mezi uzlovými body pro anténu zobrazenou na obr. 4, obr. 13 zobrazuje náhradní obvod pro uzavřené přenosové vedení,který je součástí dosavadního stavu techniky, obr. 14 zobrazuje zvětšený pohled na poloidní vinutí na toroidu podle vynálezu pro umožnění ladění, zlepšené zrušení elektrického pole a zjednodušení konstrukce antény,
obr. 15 zobrazuje zjednodušené blokové schéma
čtvrtkvadrantové verze antény podle vynálezu s prvky pro uzpůsobení impedance a fáze,
obr. 16 zobrazuje zvětšený pohled na vinutí antény
podle vynálezu s primární a sekundární cívkou pro uzpůsobení impedance, které spojují vinutí antény,
obr. 17 zobrazuje náhradní obvod pro anténu podle
vynálezu znázorňující prostředek pro ladění antény,
obr. 18 a 19 schématicky zobrazuje toroidní anténu
používající uzavřenou kovovou fólii kolem toroidu pro účely ladění, jak je to znázorněno na obr. 17,
obr. 20 schématicky zobrazuje anténu podle vynálezu
používáj ící uzlové body, ladící kondenzátor zapojený mezi protilehlé
obr. 21 zobrazuje náhradní obvod alternativního
způsobu ladění pro kvadrantovou anténu podle vynálezu, obr. 22 zobrazuje anténu podle foliovým obalem na toroidu znázorněno na za účelem vynálezu s vodivým ladění, jak je to obr.
znázorněné na obr. 21, zobrazuje obr. 24, řez vedený podél linie 23-23 obr. 25 zobrazuje alternativní provedení antény podle obr. 24 perspektivní pohled na anténu podle vynálezu pokrytou fólií,
vynálezu s rotační symetrií,
obr. 26 zobrazuje funkční blokové schéma
vysokofrekvenčního vysílače používáj ícího 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, 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,
·· • · • · ·· 9 • ·· • · 9 99 ·· • · 99 9 9
• · • • * • · 9 • · 99
• · • • • · 9 99 9 9 9
·· 9 9 A* ··· 9 99 • ·
obr. 39 zobrazuje půdorysný pohled na obdélníkovou toroidní anténu podle vynálezu pro rozšíření šířky pásma antény a se štěrbinami pro ladění a napodobení konfigurace poloidní smyčky, obr. 40 zobrazuje řez vedený podél linie 40-40 na obr. 39, obr. 41 zobrazuje půdorysný pohled na alternativní provedení antény znázorněné na obr. 39 mající šest stran se štěrbinami pro ladění a napodobení poloidní konfigurace, obr. 42 zobrazuje řez vedený podél linie 42-42 na obr. 41, obr. 43 zobrazuje známou konvenční lineární šroubovici, obr. 44 zobrazuje známou konvenční šroubovici blížící se lineární šroubovici, obr. 45 zobrazuje složený ekvivalent konfigurace zobrazené na obr. 4 5 za předpokladu, že magnetické pole je rovnoměrné nebo kvazirovnoměrné přes délku šroubovice, obr. 46 zobrazuje protivinutou toroidní šroubovicovou anténu s vnější smyčkou, fázovým posunem a proporcionální regulací, obr. 47 zobrazuje náhradní obvod s pravostranným smyslem vinutí a levostranný smyslem vinutí spadající do dosavadního stavu techniky a přidružené magnetické a elektrické pole, obr. 48 schématicky zobrazuje sériově napájenou anténu podle jednoho provedení antény, obr. 49, 50 a 51 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 48, obr. 52 schématicky zobrazuje sériově napájenou obr. 53, 54 a 55 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 52, obr. 56 schématicky zobrazuje paralelně napájenou anténu podle dalšího provedení vynálezu, obr. 57, 58 a 59 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k místům toroidu při uzlových bodech pro anténu znázorněnou na obr. 56, obr. 60 schématicky zobrazuje paralelně napájenou anténu podle dalšího provedení vynálezu, obr. 61 zobrazuje blokové schéma propojení pro anténu na obr. 6 0 s prvky pro uzpůsobení impedance a fáze podle dalšího provedení vynálezu a obr. 62 zobrazuje reprezentativní výškový diagram vyzařování pro antény z obr. 48, 52 nebo 56.
Jak je zřetelné z obr. 1, anténa 10 zahrnuje elektricky izolované vodiče W1 a W2 (vinutí), které tvoří uzavřené obvody, a které probíhají kolem toroidní formy TF skrze čtyři (n=4) rovnoúhlé segmenty 12,. Tyto vinutí jsou napájeny vysokofrekvenčním elektrickým signálem ze dvou svorek S1 a S2 . Uvnitř každého segmentu je uspořádáno protivinuté vinutí, to znamená, že smysl vinutí W1 může být pravostranný (RH), jak je to zobrazeno nepřerušovanými liniemi, a smysl vinutí W2 může být levostranný (LH), jak je to zobrazeno přerušovanými liniemi. Předpokládá se, že každý vodič má stejný počet šroubovicových závitů kolem toroidního jádra, jak je to určeno z níže uvedené rovnice. Při spojení nebo uzlových bodech 14 se obrací smysl každého vinutí (jak je to zobrazeno v řezu každého vinutí). Uvedené signálové svorky S1 a S2 jsou připojeny ke dvěma uzlovým bodům, přičemž každá dvojice těchto uzlových bodů je nazývána bránou. V
tomto popise každá dvojice uzlových bodů při každé ze čtyř brán je označena al a a2, bl a b2. cl a c2, dl a d2. Na obr.
jsou např. čtyři porty a, b, c a d. Vzhledem k menší ose toroidní formy TF při dané bráně uzlové body mohou být v libovolném úhlovém vztahu jeden k druhému a k torusu, avšak všechny brány na uvedené struktuře budou mít stejný úhlový vztah v případě, že počet závitů v každém segmentu je sudé číslo. Např. obr. 2 zobrazuje protilehlé uzlové body, zatímco obr. 3 zobrazuje překrývající uzlové body. Uzlové body se vzájemně překrývají, avšak od brány ke bráně jsou spojení odpovídajících uzlových bodů se svorkami S1 a S2 obráceny, což poskytuje konfiguraci, ve které protilehlé segmenty mají stejná spojení v paralelním uspořádání, přičemž každé vinutí má stejný smysl. V důsledku toho v každém segmentu jsou proudy ve vinutích opačné, avšak tento směr je obrácen společně se smyslem vinutí od segmentu k segmentu. Je možné počet uvedených segmentů zvýšit nebo snížit, pokud se počet segmentů bude rovnat sudému číslu, avšak je nutné poznamenat, že uzlové body souvisí s efektivní délkou přenosového vedení pro toroidní jádro (je nutné brát na vědomí změnu rychlosti šíření způsobené šroubovicovým vinutí a provozní frekvencí). Změnou polohy uzlových bodů může být regulována polarizace a zaměřenost antény, zejména vnější impedancí 16, jak je to zobrazeno na obr. 5. Bylo zjištěno, že čtyřsegmentová konfigurace vytváří diagram vertikálně polarizovaného všesměrového pole, který má výškový úhel Θ vzhledem k ose antény a množinu elektromagnetických vln El, E2, které vycházejí z antény, jak je to zobrazeno na obr. 6.
Zatímco obr. 1 zobrazuje provedení se čtyřmi segmenty a obr. 4 dva segmenty, je nutné poznamenat, že vynález může být proveden s libovolným sudým počtem segmentů, např. se šesti segmenty. Výhoda zvýšení počtu segmentů spočívá ve zvýšení vyzářeného výkonu a v omezení provozní impedance přívodních brán antény, a tudíž zjednodušení přizpůsobení impedance při vývodech signálů provozní impedanci signálových
• · bran na anténě. Výhodou snížení počtu 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 SI a S2 je přiveden vyvážený signál. Tento signál je nato přiveden k napájecím branám d skrze symetrická přenosová vedení. Jak je to známo z teorie o symetrických přenosových vedení, při daném bodě podél přenosového vedení jsou proudy ve dvou vodičích fázově posunuty o 180°. Po dosažení uzlových bodů, ke kterým je přenosové vedení připojeno, se proudový signál šíří jako postupná vlna v obou směrech z každého uzlového bodu. Rozdělení proudů podél těchto směrů jsou zobrazeny na obr. 7 až 9 pro čtyřsegmentovou anténu a na obr. 10 až 12 pro dvousegmentovou anténu, přičemž tato rozdělení jsou v těchto diagramech vztažena k branám nebo uzlovým bodům, kde J označuje elektrický proud a M označuje magnetický proud. Tato analýza předpokládá, že frekvence signálu je naladěna na strukturu antény, takže, pokud jde o délku, elektrický obvod této struktury má jednu vlnovou délku a distribuce proudu na této struktuře, co se týče velikosti, má sinusový průběh, který je aproximován. Šroubovicová vinutí protivinutá na toroidním jádru struktrury 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 kvazistejnoměrného azimutového proudu.
K vytvoření vynálezu musí být splněno následujících pět podmínek:
1) anténa musí být naladěna na frekvenci signálu, tj . na frekvenci signálu, při které délka elektrického obvodu každého segmentu struktury šroubovicového vinutí na toroidním jádře by měla být jednou čtvrtinou vlnové délky, 2) signály při každém uzlovém bodě by měly mít stejnou amplitudu, 3) signály při každé bráně by měly mít stejnou fázi, 4) signály přivedené ke svorkám S1 a S2 by měly být vyvážené a 5) impedance částí přenosového vedení spojující signálové vývody S1 a S2 se signálovými bránami na struktuře tvořené šroubovicovým vinutím na toroidním jádře by měly být uzpůsobeny příslušným zátěžím při každém konci části přenosového vedení za účelem eliminace odrazů signálů.
V případě výpočtu rozměrů antény jsou v níže uvedených rovnicích použity následující parametry:
a = hlavní osa torusu, b = vedlejší osa torusu,
D = 2 x b = malý průměr torusu
N = počet závitů šroubovicového vodiče obtočeného kolem torusu
η = počet závitu na jednotkové délce
Vg = rychlostní činitel antény a(normalizované) = a/λ = á b(normalizované) = b/λ = b
Lw = normalizovaná délka vodiče λ9 = vlnová délka založená na rychlostním činiteli a na λ ve vzduchoprázdnu m = počet segmentů antény
Toroidní šroubovicová anténa je při rezonanční frekvenci vymezena následujícími čtyřmi fyzikálními proměnnými:
a = velký poloměr torusu b = malý poloměr torusu
N = počet závitů šroubovicového vodiče obtočeného kolem torusu
V = rychlost vedené vlny
Bylo zjištěno, že počet nezávislých proměnných může dva, a to na Vg a k vlnové délce λ ve účelem vytvoření struktura
N, normalizováním za že fyzická frekvenci a být dále omezen na proměnných vzhledem jejich přeskupením b(Vg,N) . To znamená, odpovídající rezonanční vzduchoprázdnu. Pro čtyřsegmentovou vzduchoprázdnu, a funkcí a (Vg) bude mít vlnovou délku λ anténu je ve 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 -1- 2πα = 1L λ = g
s 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 v Convention Record of the I.R.E., 1953 National Convention, Part 2 - Antennas and Communications, str. 42-47 je uveden vzorec, který vypočítává rychlostní faktor pro koaxiální vedení s jednovláknovým lineárním šroubovicovým vnitřním vodičem. V patentovém dokumentu US 4,6222,558 a 4,751,515 byl tento vzorec substitucí geometrických proměnných uzpůsoben pro geometrii šroubovicového vinutí na toroidním jádru do následující podoby:
b NV·5 /2 bV i Πυ (3)
Zatímco tento vzorec je založen na odlišném fyzickém provedení než v této přihlášce popsaný vynález, lze ho použít s menšími empirickými modifikacemi jako přibližný popis vynálezu za účelem jeho úpravy pro získání dané rezonanční frekvence.
Substitucí vzorce (1) a (2) do rovnice (3) a zjednodušením je získána rovnice:
v,1 . ífA AA (4) rovnice (1) a (2) normalizovaný velký poloměr vyplývá, že jsou vzájemně rychlostní faktor a přímoúměrné:
Vg = 2na (5)
Rovnice (4) a (5) mohou být upraveny za účelem vypočítání normalizovaného velkého a malého průměru torusu na základě Vg a N:
(6)
(7) základní vlastnost torusu je vyjádřena rovnicí:
a 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 šroubovícových 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 .25 mV g
(9)
Úpravou této substitucí rovnicí (7) rovnice za účelem vypočítání b a je získána nerovnost:
.2.
160(-N) (10)
Úpravou nerovnosti (10) za účelem oddělení proměnných je získána nerovnost:
N
--=a (11)
Po úpravě do formy kvadratické rovnice je získán výsledný vztah:
(12)
Rovněž z rovnice (6) a (8) :
(13)
Normalizovaná délka šroubovicového vodiče je potom dána rovnicí:
= 2π/(Ν h)2+á2 = 2nb^ N2+(-.)2 b
(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
8π (15) a tudíž
(16)
Pro čtyřsegmentovou anténu, m = 4 a
(17)
rovnice
rovnice rovnice
(18)
Pro minimální délku drátu pro vodič, Nmin = 4 a pro čtyřsegmentovou anténu
VgN = 1.151 <LW (19)
Obvykle délka drátu pro vodič bude nejmenší pro malé rychlostí faktory, takže rovnice (18) může být aproximována následujícím způsobem
V N= s (20) substitucí této rovnice do nerovnice (16) je získána nerovnost
L.
„.8
771 í π3 \0.4 = 0.393 m s (21)
Tudíž pro všechny avšak dvousegmentové antény z rovnic od Kandoiana a Sichaka vyplývá, že celková délka drátu pro vodič bude větší než vlnová délka ve vzduchoprázdnu.
Podle uvedených rovnic je možné konstruovat toroid, který má přenosové charakteristiky půlvlnné lineární antény. Na základě zkušeností s počtem závitů protivinutých toroidních šroubovicových antén konstruovaných podle vynálezu se ukázalo, že se rezonanční frekvence dané struktury liší od rezonanční frekvence vypočtené podle rovnic (2), (6) a (7) a zejména se zdá, že skutečná rezonanční frekvence odpovídá vypočtené rezonanční frekvenci vypočtené z rovnic (2), (6) a (7) v případě, že počet závitů N použitých ve výpočtech je větší o činitel dva nebo tři než skutečný počet závitů pro jeden ze dvou vodičů. V některých případech se zdá, že skutečná provozní frekvence múze být nejlépe uvedena ve vzájemný vztah s délkou drátu pro vodič. Pro danou délku šroubovicového vodiče navinutého na toroidním jádru, tj. Lw(a,b,N), je tato délka rovna vlnové délce elektromagnetické vlny ve vzduchoprázdnu, jejíž frekvence je dána vztahem:
(22)
V některých případech byla naměřená rezonanční frekvence byla nejlépe odhadnuta buď z funkce 0,75.fw (a, b, N) nebo fw(a,b,2n). Např. při frekvenci 106 Mhz by lineární půlvlnná anténa byla dlouhá 1,415 m, přičemž se předpokládá rychlostní
faktor 1,0, zatímco provedení antény s toroidní jádrem podle
vynálezu by mělo následující rozměry:
a = 6,955 cm
b = 1,430 cm
N = 16 otáček kalibru 16
m = 4 segmenty.
Pro toto provedení s toroidním jádrem je podle rovnic
(2), (6) a (7) pro N = 16 rezonanční frekvence 311,5 Mhz a
rychlostní činitel Vg = 0,454 a pro N = 32 je rezonanční
frekvence . 166,7 MHz. Při naměřené provozní frekvenci, Vg = 0,154 za účelem zachování rovnice (4) efektivní hodnota N musí být rovna 51 závitům, což je 3,2 krát větší počet než skutečná hodnota počtu závitů pro každý vodič. V tomto případě je frekvence fw(a,b,2n) = 103,2 MHz.
V modifikovaném provedení vynálezu zobrazeném na obr.5 jsou spojení při dvou branách a a c se stupním signálem přerušena, stejně jako vodiče při odpovídajících uzlových bodech. Zbývající čtyři otevřené brány all-a21, a!2-a22, cll-c21 a c21-c22 jsou potom zakončeny reaktancí Z, jejíž impedance je uzpůsobena vlastní impedanci segmentu přenosového vedení vytvořeného dvojicí šroubovícových vodičů protivinutých na toroidním jádru. Odrazy signálů od koncových reaktancí (viz. obr. 13) představují odrazy signálů, které jsou fázově posunuty o 90° vzhledem k dopadajícím signálům, takže proudová rozdělení na šroubovicových vodičích na toroidním jádře jsou podobná proudovým rozdělením v provedení zobrazeném na obr. 1, tudíž uvedené modifikované provedení poskytuje stejný vyzařovací diagram, avšak má méně přívodních spojeních mezi signálovými vývody a signálovými bránami, což zjednodušuje nastavení a naladění struktury antény.
Vodiče protivinuté na toroidním jádře mohou být uspořádány jiným způsobem než šroubovicovým, který ještě zjednodušuje podstatu vynálezu. Obr. 14 zobrazuje jedno alternativní uspořádání (konfigurace poloidního obvodového vinutí), ve kterém šroubovice tvořená každým ze dvou izolovaných vodičů Wl, W2 je rozložena do série vzájemně spojených poloidních smyček 14.1. Tato vzájemná spojení tvoří kruhové oblouky vzhledem k hlavní ose. Tyto dva oddělené vodiče jsou na všech místech paralelní, což umožňuje přesnější zrušení složek toroidního elektrického proudu a přesnější směrování složek magnetického proudu vytvořeného poloidními smyčkami. Toto provedení je charakterizováno vyšší mezivodičovou kapacitancí, což vede k nižší rezonanční frekvenci uvedené struktury, jak je to experimentálně ověřeno. Rezonanční frekvence tohoto provedení může být upravena nastavením odsazení paralelních vodičů Wl a W2, a nastavením relativního úhlu dvou protivinutých vzhledem jeden k druhému a vzhledem k buď hlavní nebo vedlejší ose torusu.
Signály při každém ze signálových brán Sl, S2 mohou být vzájemně vyváženy, pokud jde o velikost a fázi (např. mohou mít stejnou velikost se stejnoměrným fázovým posunem
·· 9 · « · • · « · to· • · «· • · • · ·· • ♦ • · • · · • · • toto • • t· * ♦ • · • ··· • to • · ·· • ·
·· ·· ·· ··· • toto • · ··
180°) za účelem získání nej lepšího provedení vynálezu. Segmenty přenosového vedení pro přívod signálu měly by být rovněž při obou koncích uzpůsobeny, tj . při signálových koncových společných spojeních a při každé z individuálních signálových brán na protivinuté toroidní šroubovicové struktuře. Nedostatky v protivinutých vinutích, tvaru, do kterého jsou tato vinutí navinuta, nebo jiné faktory mohou způsobit změny impedance při signálových branách. Tyto změny mohou být kompenzovány, např. formou zobrazenou na obr. 15, takže proudy vstupující do struktury antény jsou vyváženy, co se týče velikosti a fáze, což umožňuje nejúplnější zrušení komponent toroidního elektrického proudu, jak to bude popsáno v níže uvedeném textu. V nejednodušší formě v případě, že impedance při signálových vývodech je Zo, typicky 50Ω, a signálová impedance při signálových branách má hodnotu Zxm.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 Zlz 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= ΖθΖ^. 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 nesouměrným 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 šroubovícovými vodiči. Poloidní ladící prvky mohou být tvořeny bud' otevřenými nebo uzavřenými smyčkami, přičemž uzavřené smyčky poskytují dodatečné komponenty induktivního spřažení. Obr. 20 zobrazuje prostředek pro vyvážení signálů na struktuře antény kapacitním spřažením rozdílných uzlových bodů a zejména protilehlých uzlových bodů na stejném vodiči. Kapacitní spřažení používající proměnný kondenzátor může být azimutově nepřetržité použitím kruhové vodivé fólie nebo pletiva, které jsou v rozsahu toroidního jádra paralelní k jeho povrchu, a které jsou nepřetržité nebo jsou rozděleny na části. Provedení zobrazená na obr. 23 a 25 vyplývají z rozsahu provedení z obr. 17 až 21, přičemž celá toroidní šroubovicové struktura HS je obklopena stíněním 22.1, které je v každém místě soustředné. V ideálním případě toroidní šroubovicové struktura HS vytváří výlučně toroidní magnetická pole, která jsou paralelní k uvedenému stínění, takže pro dostatečně tenkou fólii a pro danou vodivost a provozní frekvenci jsou elektromagnetické hraniční podmínky dostačující pro umožnění šíření elektromagnetického, pole mimo uvedenou strukturu. Za účelem vyladění antény může být přidána štěrbina (poloidní) 25.1, jak to bude popsáno v níže uvedeném textu.
Protivinuté toroidní šroubovicová anténní struktura je rezonátor s poměrně vysokou jakostí, který může sloužit jako kombinovaný ladící 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 ladícího prvku připojeného k anténní struktuře bud' 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 SI signálu, zatímco zbývající části každé smyčky nejvíce vzdálené od uvedeného středu jsou společně spojeny při vývodu S2 signálu. V případě, že individuální smyčky jsou vzájemně identické, potom mohou mít libovolný tvar, např. kruhový tvar, jak je to zřejmé z obr. 28, nebo obdélníkový tvar, jak je to zřejmé z obr. 30. Elektrický ekvivalentní obvod pro tuto konfiguraci je zobrazen na obr. 29. Každý z individuálních smyčkových segmentů pracuje jako konvenční smyčková anténa. V kombinované struktuře uvedené individuální smyčky jsou uvedeny do paralelní kombinace, takže výsledné složky magnetického pole takto vytvořené v každé smyčce jsou ve fázi a azimutově směrovány vzhledem k toroidnímu jádru, což vede k azimutově stejnoměrnému prstencovému magnetickému proudu. V porovnání, v protivinuté toroidní šroubovicové anténě jsou pole z toroidních komponent protivinutých • ·
šroubovícových 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. 2 7 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, t j . 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 SI a S2 přiveden do anténní struktury. Paralelně zapojený kondenzátor a strukturální hlava jsou vytvořeny ze dvou vodivých desek PÍ a P2 vyrobených z mědi, hliníku nebo z jiného 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 PÍ a P2 vodivě spojen s paralelními deskami PÍ resp. P2, které jsou zase vodivě spojeny k příslušným stranám toroidní štěrbiny při vnitřní části vodivého toroidního povrchu TS. Proudový signál protéká radiálně ven z vodiče 36.3 skrze desky PÍ a P2 a podél vodivého toroidního povrchu TS. Přidání kapacitní reaktance uskutečněné pomocí vodivých desek PÍ a P2 umožňuje, aby poloidní obvod toroidního povrchu TS byl podstatně menší než obvod, který by byl žádoucí pro stejný stav rezonance realizovaný smyčkovou anténou pracující při stejné frekvenci.
Kapacitní ladící prvek z obr. účelem s indukčními smyčkami na obr. 37, jehož že pro reaktance z obr. 27 za konstrukce může může být kombinován vytvoření provedení být zobrazena za obr. 38 všechny kondenzátorem s
37, předpokladu, kapacitní paralelními uskutečněny uvedeny paralelními kondenzátory a pro drátové induktory, které jsou vzaty z odkazu na publikaci Reference Data for Rádio Engineers, 7th ed. , E.C. Jordán ed. , 1986, Howard W. Sams, str. 6 - 13:
deskami drátovými rovnice pro rovnocenný j sou a všechny smyčkami. kapacitní obvod realizovány indukční reaktance jsou
V následujícím textu jsou reaktanci kondenzátoru s
(23)
a
ΪΟΟ
6.386
(24) kde C = kapacita [pF]
LdrSt = indukčnost [μΗ]
A = plocha desek [in2] t = odsazení desek [in]
N = počet desek a = střední poloměr drátové smyčky [in] d = drátový průměr [in] εΓ = relativní dielektrická konstanta
Rezonanční frekvence ekvivalentního paralelního obvodu za předpokladu celkového počtu N drátů je potom dána rovnicemi:
W£ (25)
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 vodících drátech (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 z obr. 38 je indukční reaktance jednoho závitu toroidních smyček aproximována vzorcem:
μ<12
2α (27) kde μ0 je permeabilita vakua = 400 π nH/m, a a b je velký resp. malý poloměr toroidního jádra. Kapacitní reaktance kondenzátoru s paralelními deskami vytvořeného jako hlava torusu je dána rovnicí:
(28) kde £oje permitivita vakua = 8,854 pF/m.
Dosazením rovnic (27) a (28) do rovnic (25) a (26) se získá rovnice:
38.07
MHz b\a-bÝzr a t (29)
Rovnice (29) stanovuje, že výše zobrazená toroidní konfigurace až na kontinuální vodivý povrch bude mít stejnou rezonanční frekvenci 156,5 MHz v případě, že odsazení desek je zvýšeno na 1,01 cm.
Provedení na obr. 36, 3 7 a 3 8 může být naladěno bud' úplným odsazením desek nebo oddělením relativně úzké prstencové štěrbiny od desky, jak je zřejmé z obr. 38, přičemž tento jemný ladící prostředek je azimutově symetrický za účelem zachování symetrie signálů, které se šíří radiálně ven ze středu struktury.
Obr. 3 9 a 41 zobrazují prostředek pro zvýšení šířky pásma uvedené anténní struktury. Poněvadž se signály šíří ven v radiálním směru, šířka pásma je zvýšena poskytnutím rozdílných diferenciálních obvodů v rozdílných radiálních • · · směrech. Změna v geometrii je provedena azimutově symetricky tak, aby se minimalizovala geometrická odchylka od azimutového magnetického pole. Obr. 39 a 41 zobrazují geometrie, které jsou snadno vytvořeny z komerčně dostupných trubic, zatímco obr. 25 (nebo 24) zobrazuje geometrii se sinusovou změnou poloměru, která by snížila geometrickou odchylku od magnetického pole.
Dosud známé šroubovicové antény se používají pro dálkové snímání geotechnických znaků a pro navigaci podle těchto znaků. Pro tyto aplikace jsou používány relativně nízké frekvence vyžadující velké konstrukce pro dobrý výkon. Lineární šroubovicová anténa je zobrazena na obr. 43. Tato anténa může být uzpůsobena, jak je to zřejmé z obr. 44, přičemž ideální šroubovice je rozložena do řady jednozávitových smyček oddělených přímkovými spojeními. V případě rovnoměrného nebo kvazirovnoměrného magnetického pole v rozsahu délky uvedené struktury by smyčkové prvky mohly být odděleny od složených lineárních prvků za účelem vytvoření struktury zobrazené na obr. 45. Velikost této struktury může být dále snížena nahrazením lineárních prvků v tomto textu uvedenými toroidními šroubovicovými nebo toroidními poloidními anténními strukturami, jak je zobrazeno na obr. 46. Hlavní výhodou této konfigurace je to, že celá struktura je kompaktnější než odpovídající lineární šroubovice, což je výhodné pro mobilní aplikace, jakými jsou např. použití v letadlech, lodích a vozidlech, a pro nenápadné aplikace. Druhou výhodou této konfigurace a konfigurace zobrazené na obr. 45 je to, že signálové složky magnetického a elektrického pole jsou rozloženy, což umožňuje jejich následné zpracování, a znovu sloučeny způsobem odlišným od způsobu inherentním k lineární šroubovici, avšak způsobem, který může poskytovat další informaci.
Na obr. 48 je schématicky zobrazena elektromagnetická anténa 48. Tato anténa 48 zahrnuje vícenásobně spojený povrch, jakým je např. toroidní forma TF z obr. 1, izolovaný vodičový obvod 50 a dva signálové vývody 52., 54 .
V předcházejícím textu použitý výraz vícenásobně spojený povrch znamená: a) libovolný toroidní povrch, jakým je např. výhodně toroidní forma TF, která má velký poloměr menší než malý poloměr nebo rovný malému poloměru, b) ostatní • povrchy vytvořené otáčením rovinné uzavřené křivky nebo polygonu majícího množinu rozdílných poloměrů kolem osy ležící v jeho rovině, přičemž velký poloměr těchto ostatních povrchů je větší než maximální hodnota malého poloměru nebo rovný maximální hodnotě malého poloměru, a c) ještě další povrchy podobné povrchům podložky nebo matice, např. šestihranné matice, vytvořené obecně z rovinného materiálu za účelem definování vnitřního obvodu většího než nula a vnějšího obvodu většího než vnitřní obvod, přičemž vnější a vnitřní obvod je buď rovinná uzavřená křivka a/nebo polygon. Výše uvedené významy uvedeného výrazu nejsou nikterak omezuj ící.
Příkladný izolovaný vodičový obvod 50 probíhá ve vodivé cestě 56 podél toroidní formy TF z obr. 1 a přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 60 (+) k druhému uzlovému bodu 62 (-) . Izolovaný vodičový obvod 50 rovněž probíhá v další vodivé cestě 58 podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu od uzlového bodu 62 (-) k druhému uzlovému
- bodu 60 ( + ) , čímž je vytvořena jedna nekonečná vodivá cesta podél toroidní formy a přes tuto toroidní formu.
Jak to bylo výše uvedeno v souvislosti s obr, 1, vodivé cesty 56, 58 mohou být tvořeny protivinutými šroubovícovými 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.
·· 00 00 • •0000
0 000 0
0 0 0 0 0 0 • 0 00 ·· •0 ♦ · • 00 •00 • 0 · ·· • ··
Vodivé cesty 56., 58 mohou být uspořádány jiným než šroubovicovým způsobem, např. obecně šroubovicovým nebo spirálovým způsobem, a ještě spadají do vynálezu. Vodivé cesty 56., 58 mohou mít protivinuté periferní vinutí, která mají opačné smysly vinutí, bylo v přecházejícím textu popsáno v souvislosti s obr. čímž je šroubovice vytvořená z každého ze dvou izolovaných vodičů Wl, W2 rozložena do řady vzájemně spojených poloidních smyček 14.1.
způsobem rozsahu poloidní jak to 14,
Jak je to obracejí smysl při bodům .60., 62 jsou .
zřejmé z obr. 48, vodivé cesty 56., 58 uzlových bodech 60, 62. K těmto uzlovým elektricky připojeny signálové vývody 52. resp. 54.. Tyto signálové vývody 52, izolovaného vodičového vysokofrekvenční izolovaného vysokofrekvenční přenášeného izolovaného signálových obvodu 50 elektrický signál vodičového obvodu 50 elektrický signál signálu je jediná vodičového obvodu vývodů 52, 54 .
buď vycházej ící nebo vstupuj ící
64. Např.
nekonečná vodivá sériově napájena ze dodáváj í do (přenášený) přijímají z (přij ímaný) v případě cesta z
Pro v daném oboru je zřejmé, že vodivé vytvořeny jediným izolovaným vodičem, nebo tištěným vodičem, který vytváří bodu 60 k uzlovému bodu 62 a vodivou uzlového bodu 62 k uzlovému bodu 60.
daném oboru zřetelné, že uvedené být vytvořeny z množiny izolovaných izolovaného vodiče, který vytváří odborníka cesty .56, 58 mohou být např. drátovým vodičem jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující vodivou cestu 56. probíhající z uzlového cestu 58 probíhající z Je dále pro odborníka vodivé cesty 56., 58 mohou vodičů, např. z jednoho vodivou cestu 56 probíhající z uzlového bodu 60 do uzlového bodu 62 a druhého izolovaného vodiče, cestu 58 probíhající z uzlového bodu bodu 60.
který vytváří vodivou zpátky k uzlovému
Na obr. 49 až 51 jsou zobrazeny diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k uzlovým bodům 60, 62 antény 48. Jak to bylo v předcházejícím textu uvedeno v souvislosti s obr. 7 až 12 proudy ve vodivých cestách 56, 58 na obr. 48 jsou fázově posunuty o 180°. Proudové distribuce se v těchto diagramech vztahují k uzlovým bodům 60 , 62., přičemž J označuje elektrický proud, M označuje magnetický proud, CW označuje směr hodinových ručiček a CCW označuje směr proti směru hodinových ručiček. Tyto rozbory předpokládají, že nominální provozní frekvence signálu 64 je naladěna na strukturu antény 48 tak, aby elektrický obvod této antény měl délku rovnou jedné polovině vlnové délky, a aby proudová distribuce na uvedené struktuře měla, co se týče velikosti, sinusový průběh, který je aproximován. Protivinuté vodivé cesty 56, 58., z nichž každá má délku přibližně jedné poloviny vedené vlnové délky nominální provozní frekvence, mohou být označeny za prvky nerovnoměrného přenosového vedení se souměrným napájením. Vodivé cesty 56., 58 tvoří uzavřenou smyčku, která bylo stočena do tvaru čísla 8 a potom sama přehnuta zpět za účelem vytvoření soustředného vinutí.
Za účelem lepšího pochopení provedení na obr. 48 až 51, je v následujícím textu uveden příklad.
Příklad
Při nominální provozní frekvenci 30,75 MHz, např. lineární púlvlnná anténa (není zobrazena) by byla přibližně dlouhá 4,877 M za předpokladu, že rychlostní faktor je 1,0. Naproti tomu při příkladné nominální provozní frekvenci 30,75 MHz, elektromagnetická anténa 48., používající toroidní formu TF na obr. 1, by měla následující charakteristiky:
velký poloměr = a = 28,50 cm malý poloměr = b = 1,32 cm
N = 36 závitů drátu o kalibru 16 v každé z vodivých cest 56, 58 počet vodivých cest 56, 58 = 2 .
Diagram na obr. 49 zobrazuje distribuci elektrického proudu s polaritou, která se vztahuje ke směru šíření z uzlových bodů 60, 62, z kterých vycházejí signály. Diagram na obr.50 zobrazuje stejnou distribuci proudu s polaritou vztaženou na společný směr proti směru hodinových ručiček, přičemž z tohoto diagramu je zřejmé, že se polarita proudu mění v závislosti na směru, ke kterému je vztažena. Obr. 51 zobrazuje distribuci odpovídajícího magnetického pole, přičemž na tomto obrázku jsou použity principy výše zobrazené v souvislosti s obr. 1. Obr. 50 ukazuje, že distribuce čistého elektrického proudu na toroidní formě TF na obr. 1 je zrušena, a obr. 51 znázorňuje, že distribuce čistého magnetického proudu je zvýšena.
Tímto způsobem vodivá cesta 56 vede elektrické proudy CCW-,J a CW-^J a vodivá cesta 58 vede elektrické proudy CCW,J, CW,J. Tyto vodivé cesty 56., 58 a připojené elektrické proudy vytvářejí odpovídající magnetické proudy ve směru hodinových ručiček a proti směru hodinových ručiček, např. magnetické proudy CCW-,Μ, CCW,M vytvořené příslušnými vodivými cestami 56, 58 a příslušnými elektrickými proudy CCW, J, CCW,J. Obr. 50 s distribucí proudu vztaženou ke směru proti směru hodinových ručiček, zobrazuje destruktivní interferenci proudů CCWiJ, CCWoJ. Podobně obr. 51 s distribucí proudu vztaženou ke směru proti směru hodinových ručiček, konstruktivní interferenci magnetických proudů CCW,Μ, CCW,J.
Způsob přenášení vysokofrekvenčního signálu, např. signálu 64, pomocí příkladné antény 48 na obr. 48 spočívá v přivedení vysokofrekvenčního signálu 64 k signálovým vývodům 52, 54 za účelem indukování elektrických proudů CCW-, J, CW-, J, CCW, J, CW,J vysokofrekvenčního signálu 64 mezi uvedenými vývody, vedení elektrických proudů CCW, J, CW-, J ve vodivé cestě 56., vedení elektrických proudů CCW,J, CW,J ve vodivé cestě 58 a použití vodivých cest 56., 58 v protivinutém vzájemném vztahu.
Obr. 52 schématicky zobrazuje další provedení elektromagnetické antény 48 ' . Anténa 48 ' zahrnuje vícenásobně spojené povrchy, např. toroidní formu TF obr. 1, izolovaný vodičový obvod 50' a dva signálové vývody 52.', 54'. Elektromagnetická anténa 48.', izolovaný vodičový obvod 50' a signálové vývody 52', 54' jsou obecně stejné jako elektromagnetická anténa 48., izolovaný vodičový obvod 50 resp. signálové vývody 52., 54 na obr. 48.
Příkladný izolovaný vodičový obvod 50.' probíhá ve vodivé cestě 56.' podél toroidní formy TF na obr. 1 a přes tuto toroidní formu z uzlového bodu 60.' ( + ) do mezilehlého uzlového bodu A a z tohoto mezilehlého uzlového bodu A k dalšímu uzlovému bodu 62' (-) . Izolovovaný vodičový obvod 50' rovněž probíhá v další vodivé cestě 58' podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu od uzlového bodu 62 ' (-) k dalšímu mezilehlému uzlovému bodu B a z tohoto mezilehlého uzlového bodu B do uzlového bodu 60' ( + ) , čímž je podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu vytvořena jediná nekonečná vodivá cesta.
Jak to bylo v předcházejícím textu uvedeno v souvislosti s obr. 14 a 48, vodivé cesty 56.', 58 ' mohou být tvořeny protivinutými šroubovícovými vodivými cestami majícími stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným než čistě šroubovicovým způsobem, např. mohou být uspořádány do protivinuté konfigurace s poloidním obvodovým vinutím, které má opačné smysly vinutí.
Signálové vývody 52', 54' dodávají vystupující (přenášený) vysokofrekvenční elektrický signál 64 do izolovaného vodičového obvodu 50 ' nebo přijímají vstupující (přijímaný) vysokofrekvenční elektrický signál 64 z izolovaného vodičového obvodu. Vodivé cesty 56', 58 '. z nichž každá má délku rovnou přibližně jedné polovině vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 64., obracejí smysl při uzlových bodech 60/, 62 ' . Signálové vývody 52/, 54' elektricky spojeny s mezilehlými uzlovými body A, B. Uzlové body 60 ' ,62 ' jsou výhodně protilehlé k mezilehlým uzlovým bodům A, B tak, aby délka vodivých cest 56/, 58/ z příslušných uzlových bodů 60 resp. 62 ' k příslušným mezilehlým bodům A, B byla stejná jako délka vodivých cest 56/, 58/ z příslušných mezilehlých uzlových bodů A, B k příslušným uzlovým bodům 62 ' , 60 ' .
Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že vodivé cesty 56/, 58/ mohou být vytvořeny jediným izolovaným vodičem, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu zahrnující vodivou cestu 56/ z uzlového bodu 60 ' do mezilehlého uzlového bodu A a z tohoto mezilehlého uzlového bodu A do dalšího uzlového bodu 62 ', a vodivou cestu 58/ z uzlového bodu 62 ' do mezilehlého uzlového bodu B a z tohoto meziuzlového bodu B do dalšího uzlového bodu 60' . Pro odborníka v daném oboru je rovněž zřejmé, že každá z vodivých cest 56/, 58/ může být vytvořena jedním nebo více izolovanými vodiči, např. jedním izolovaným vodičem z uzlového bodu 60' do mezilehlého uzlového bodu A a z mezilehlého uzlového bodu A do uzlového bodu 62 ', nebo jedním izolovaným vodičem z uzlového bodu 60 ' do mezilehlého uzlového bodu A a druhým izolovaným vodičem z mezilehlého uzlového bodu A do uzlového bodu 62/.
Na obr. 53 až 55 jsou zobrazeny diagramy proudových a magnetických polí, podobné příslušným diagramům na obr. 49 až 51, vzhledem k uzlovým bodům 60 ' . A, B, 62' antény 48 'na obr. 52 .
Na obr. 56 je schématicky zobrazeno další provedení elektromagnetické antény 66. Tato anténa zahrnuje vícenásobně spojené povrchy, např. toroidní formu TF na obr. 1, první izolovaný vodičový obvod 68 , druhý izolovaný vodičový obvod ·· ·· ·« • · · · ·· • · ·· · · • · * · · ·· • · · » ·· ·· ·<» ·« a dva signálové vývody 72, 74.
Izolovaný vodičový obvod 68 zahrnuje dvojici obecně šroubovicových vodivých cest 76, 78 a izolovaný vodičový obvod 70 podobně zahrnuje dvojici obecně šroubovicových vodivých cest .80., 82.. Izolovaný vodičový obvod 68 probíhá ve vodivé cestě 76 podél toroidní formy TF na obr. 1 a částečně přes tuto toroidní formu z uzlového bodu 84 do uzlového bodu 86 a rovněž probíhá ve vodivé cestě 78 podél toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 86. do uzlového bodu 84 tak, aby vodivé cesty 76, 78 vytvořily nekonečnou vodivou cestu podél toroidní formy TF a v podstatě přes tuto toroidní formu TF. Izolovaný vodivý obvod 70 probíhá ve vodivé cestě 80 podél uvedené toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 88 do uzlového bodu 90 a rovněž probíhá ve vodivé cestě 82 podél toroidní formy TF a částečně přes tuto toroidní formu TF z uzlového bodu 90 do uzlového bodu 88 tak, aby vodivé cesty 80, 82 vytvořily další nekonečnou vodivou cestu podél toroidní formy TF a přes tuto toroidní formu TF.
Jak to bylo popsáno v předcházejícím textu v souvislosti s obr. 14 a 48, vodivé cesty 76., 78 a 8.0, 82 mohou být tvořeny protivinutými šroubovícovými cestami, které mají stejný počet závitů nebo mohou být uspořádány jiným způsobem než čistě šroubovicovým způsobem, např. mohou mít konfiguraci protivinutých poloidních periferních vinutí, které mají opačný smysl vinutí. Např. smysl stoupání vodivé cesty 76 může být pravotočivý, jak je to zobrazeno plnou linií, smysl stoupání pro vodivou cestu 78 je opačný k pravotočivému smyslu stoupání a je levotočivý, jak je to zobrazeno přerušovanou linií, a smysl stoupání pro vodivé cesty 80 a 82 je levotočivý resp. pravotočivý. Vodivé cesty 76, 78 obracejí smysl při uzlových bodech 84 a 86. Vodivé cesty 80., 82 obracejí smysl při uzlových bodech 88 a 90.
Signálové vývody 72., 74 bud' dodávají do izolovaných • · vodičových obvodů 68, vystupující (přenášený) izolovaných (přij ímaný) vysokofrekvenční signál 92 nebo přij ímaj í vodičových obvodů 68, vystupující
přenášeného signálu, dvojice nekonečných vodivých cest izolovaných vodičových obvodů 68, 70 je paralelně napájena ze signálových vývodů 72, 74. Každá z vodivých cest 76, 78, 80, má délku rovnou přibližně jedné čtvrtině vedené vlnové délky nominální provozní frekvence signálu 92.. Jak je to zobrazeno na obr. 56, signálový vývod 72 je elektricky spojen s uzlovým bodem 84 a signálový vývod 74 je elektricky spojen s uzlovým bodem 88.
Pro odborníka v daném oboru je zřejmé, že každý z izolovaných vodičových obvodů 68., 70 může být tvořen jedním nebo více izolovanými vodiči. Např. izolovaný vodičový obvod 68 může mít jediný vodič pro obě vodivé cesty 76, 78 nebo několik elektricky spojených vodičů pro každou z vodivých cest 76., 78.
Obr. 57 až 59 zobrazují diagramy proudového a magnetického pole vzhledem k uzlovým bodům 84, 86., 88., 90 antény 66 na obr. 56, přičemž tyto diagramy jsou podobné příslušným diagramům z obr. 49 - 51. Diagram na obr. 58 zobrazuje stejnou distribuci elektrického proudu v případě, že je vztažena na společný směr proti směru hodinových ručiček a diagram na obr. 59 zobrazuje distribuci odpovídajícího magnetického proudu.
je schématicky zobrazeno další provedení antény 66.'. S výjimkou níže uvedeného je anténa 66 ' obecně anténa 66 na obr. 56.
Na obr.
elektromagnetické elektromagnetická elektromagnetická anténa 66 ' zahrnuje signálové stejné jako příslušné signálové signálové vývody 98, spojen s uzlovým bodem 90 a signálový vývod 100 je elektricky stejná jako Elektromagnetická 96, které jsou 74 na obr. 56 a 98 je elektricky vývody 94, vývody 72,
100. Signálový vývod spojen s uzlovým bodem 86.
Jak je to zřejmé z obr. 60, signálových vývodů 94, 96., 98, izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vysokofrekvenční elektrický signál izolovaných vodičových obvodů 68, 70 vysokofrekvenční elektrický signál spojen paralelně s dvojicemi vývodů.
Jak je to zřejmé z obr. z dvojic 94, 96 a 98, posunutý vynálezu, vyvážení odborníkovy v daném oboru.
dvojice 94 , 96 a 98., 100
100 buď dodáváj í do vystupující (přenášený) nebo přijímají z vstupující (přijímaný)
94, který je elektricky 94, 96 a .98., 100 signálových
61, mezi signálem 94 a jedním 60 nebo oběma dvojicemi 94, a fázově podstaty a jejich známé a 98, 100 na obr.
100 může být alternativně použit impedanční obvod. Aniž by došlo k odchýlení od pro uzpůsobení impedance, fáze a amplitudy mohou být použity i jiné prostředky
Na obr. 62 je zobrazen reprezentativní výškový diagram vyzáření elektromagnetických antén 48., 48 ' z obr. 48, 52 resp. 56. Tyto antény jsou lineárně (např. vertikálně) polarizovány a mají fyzicky nízký profil podél směru polarizace, což souvisí s malým průměrem toroidní formy TF na obr. 1. Kromě toho tyto antény jsou obecně všesměrové ve směrech, které jsou kolmé ke směru polarizace, přičemž maximum vyzařovacího zisku je ve směrech kolmých ke směru polarizace a minimum vyzařovacího zisku je ve směru polarizace.
Oproti dosud známým anténám elektromagnetické antény 48, 48', 66 na obr. 48, 52 resp. 56 snižují při rezonanci velký průměr toroidního povrchu. Délka elektrického obvodu vedlejší toroidní osy je 1/2 λ. Vzhledem k tomu je tato délka nižší o faktor 2 než délka elektrického obvodu u dosud známých antén, které mají minimální délku elektrického obvodu rovnou λ. Rychlost šíření vln podél protivinutých vodičových
obvodů 50 , 50 ' ,68, 70 je přibližně třikrát nižší než rychlost odvozená z rovnic od Kandoiana & Sichaka. V důsledku toho velký průměr toroidního povrchu je menší o faktor přibližně 4 až 6. Kromě toho může být s příslušnou elektromagnetickou anténou 48, 48 ', 66 použita pouze jediná napájecí brána signálových vývodů 52., 54., 52.', 54 ', 72, 74., což zjednodušuje uzpůsobení vstupní impedance těchto antén k impedanci přenosového vedení pro příslušné signály 64, 64., 92.. Mimoto základní rezonance každé z elektromagnetických antén 48., 48' poskytuje relativně velkou šířku pásma (např. přibližně 10 až 20% základní rezonance) ve srovnání s odpovídající první harmonickou rezonancí za účelem dosažení pokud možno co největší šířky pásma při určené nominální provozní frekvence. Rovněž výkon příkladné elektromagnetické antény 48 je srovnatelný s výkonem vertikální půlvlné dipólové antény a poskytuje větší specifické komunikační rozmezí (např. větší než přibližně 61 km) přes moře než rozmezí (např. přibližně 19 km) srovnatelného čtvrtvlnového uzemněného monopolu nebo srovnatelné prutové antény.
Kromě výše uvedených provedeních vynálezu jsou pro odborníka v daném oboru zřejmá další modifikace vynálezu, aniž by došlo odchýlení od podstaty vynálezu.

Claims (33)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Elektromagnetická anténa (48,48' , 66,66') , vyznačená t í m, že zahrnuje vícenásobně spojený povrch (TF) mající velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň tak velký jako malý poloměr, izolovaný vodičový prostředek (50,50 ' , 68,70) probíhající v prvé obecně šroubovicové vodivé cestě podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z prvého uzlového bodu (60, 60',84) do druhého uzlového bodu (62,62',86), uvedený izolovaný vodičový prostředek (50,50',68,70) rovněž probíhající v druhé obecně šroubovicové vodivé cestě podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a alespoň částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s alespoň jedním smyslem šroubovicového stoupání z prvého uzlového bodu (60,60',84) do druhého uzlového bodu (62,62',86), z druhého uzlového bodu (62,62',86) do prvého uzlového bodu (60,60',84) tak, že první a druhá obecně šroubovicové vodivá cesta jsou vzájemně protivinuté a tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF), první signálový vývod (52,52',72), který je elektricky spojen buď s prvním uzlovým bodem (60,84) nebo uzlovým bodem (A), který se nachází mezi prvním uzlovým bodem (60') a druhým uzlovým bodem (62') a druhý signálový vývod (54,54',74), který je elektricky spojen buď s druhým uzlovým bodem (62,86), přičemž první signálový vývod (52,72) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (60,64), nebo uzlovým bodem (Β) , který se nachází mezi druhým uzlovým bodem (62') a prvním uzlovým bodem (60'), přičemž první signálový vývod (52') je elektricky spojen s uzlovým bodem (A), který se nachází mezi prvním uzlovým bodem (60') a druhým uzlovým bodem (62').
    Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, vy značená tím, že uvedeným vícenásobně spojeným povrchem (TF) je toroidní povrch (TF).
  2. 3. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, v y značená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  3. 4. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, v y značená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje první izolovaný vodič (56) , který probíhá z prvního uzlového bodu (60) do druhého uzlového bodu (62) , a druhý izolovaný vodič (58), který probíhá z druhého Uzlového bodu (62) do prvního uzlového bodu (60), přičemž první signálový vývod (52) a druhý signálový vývod (54) jsou elektricky spojeny s prvním uzlovým bodem (60) resp. druhým uzlovým bodem (62).
  4. 5. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, vy- zná č e n á tím, že každá z první a druhé obecně šroubovicové vodivé cesty je šroubovicovou vodivou cestou, přičemž uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje první vodičový prostředek (56) pro vedení prvního elektrického proudu (CCW1J,CW1J) v první šroubovicové vodivé cestě, druhý vodičový prostředek (58) pro vedení druhého elektrického proudu (CCW2J,CW2J) v druhé šroubovicové vodivé cestě, první produkční prostředek pro produkci prvního magnetického proudu (CCWXM) z prvního elektrického proudu (CCWXJ, CWXJ) v první šroubovicové vodivé cestě a druhý produkční prostředek pro produkci druhého magnetického proudu (CCW2M) z druhého elektrického proudu (CCW2J, CW2J) v obecně šroubovicové vodivé cestě.
  5. 6. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 5, vyznačená tím, že první a druhý produkční prostředek zahrnují prostředek pro poskytnutí konstruktivní interference prvního a druhého magnetického proudu (CCWXM, CCW2M) za účelem produkce přenášeného signálu z elektromagnetické antény (48) .
  6. 7. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 6, vyznačená tím, že první a druhý vodivý prostředek (56,58) zahrnují prostředek pro poskytnutí destruktivní interference prvního a druhého elektrického proudu (CCWXJ,CWXJ,CCW2J,CW2J) .
  7. 8. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, v y značená tím, že uvedené signálové vývody (52,54) vedou signál (64) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž každá z první a druhé obecně šroubovicové vodivé cesty je šroubovicovou vodivou cestou a délka uvedeného izolovaného vodičového prostředku (50) v každé šroubovicové vodivé cestě je přibližně jednou polovinou vedené vlnové délky uvedené nominální provozní frekvence.
  8. 9. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 1, v y značená tím, že první obecně šroubovicové vodivá cesta používá první konfiguraci poloidního-periferního vinutí (Wl) a druhá obecně šroubovicové vodivá cesta používá druhou konfiguraci poloidního-periferního vinutí (W2).
  9. 10. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 9, v y značená tím, že uvedeným vícenásobně spojeným povrchem je toroidní povrch (TF).
  10. 11. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 9, vyznačená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  11. 12. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 9, v y značená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje první izolovaný vodič (56), který probíhá z prvního uzlového bodu (60) do druhého uzlového bodu (62) , a druhý izolovaný vodič (58), který probíhá z druhého uzlového bodu (62) do prvního uzlového bodu (60).
  12. 13. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 9, v y značená tím, že uvedené signálové vývody (52,54) vedou signál (64) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka uvedeného izolovaného vodičového prostředku (50) v každé z konfigurací poloidního-periferního vinutí (W1,W2) je přibližně rovna jedné polovině vedené vlnové délky uvedené nominální provozní frekvence.
  13. 14. Elektromagnetická anténa (48') podle nároku lz vy- zná č e n á tím, že každá z prvé a druhé obecně šroubovicové vodivé cesty je tvořena šroubovicovou cestou a uvedený izolovaný vodičový prostředek (50') probíhá v první šroubovicové vodivé cestě podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu (60') do třetího uzlového bodu (A) a z třetího uzlového bodu (A) do druhého uzlového bodu (62'), přičemž uvedený izolovaný vodičový prostředek (50') rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s druhým smyslem šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu (62') do čtvrtého uzlového bodu (B) a od čtvrtého uzlového bodu (B) do prvního uzlového bodu (60'), přičemž uvedený první a druhý signálový vývod (52',54') jsou elektricky spojeny s třetím uzlovým bodem resp. čtvrtým uzlovým bodem (B).
  14. 15. Elektromagnetická anténa (48') podle nároku 14, vyznačená tím, že uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) je toroidním povrchem (TF).
  15. 16. Elektromagnetická anténa (48') podle nároku 14, vyznačená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50') zahrnuje jediný izolovaný vodič, který tvoří jedinou nekonečnou vodivou cestu.
  16. 17. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 14, vyznačená tím, že uvedený izolovaný vodičový prostředek (50) zahrnuje první izolovaný vodič (56), který probíhá od prvního uzlového bodu (60) do třetího uzlového bodu (A) a z třetího uzlového bodu (A) do druhého uzlového bodu (62), a druhý izolovaný vodič (58), který probíhá z druhého uzlového bodu (62) do čtvrtého uzlového bodu (B) a ze čtvrtého uzlového bodu (B) do prvého uzlového bodu (60).
  17. 18. Elektromagnetická anténa (48) podle nároku 14, vyznačená tím, že první uzlový bod (60) a druhý uzlový bod (62) jsou obecně protilehlé k třetímu uzlovému bodu (A) resp. čtvrtému uzlovému bodu (B).
  18. 19.
    v y (52,54) provozní vodičového
    Elektromagnetická a č e n á t vedou signál frekvenci, px prostředku anténa (48) podle nároku 14, že uvedené signálové vývody antény, který má nominální délka uvedeného izolovaného v každé ze šroubovicových vodivých cest je rovna přibližně jedné polovině vedené vlnové délky uvedené nominální provozní frekvence.
  19. 20. Elektromagnetická anténa (66,66) podle nároku 1, vyznačená tím, že každá z první a druhé obecně šroubovicové vodivé cesty je tvořena šroubovicovou vodivou cestou a uvedený izolovaný vodičový prostředek (68,70) zahrnuje první izolovaný vodičový prostředek (68) a druhý izolovaný vodičový prostředek (70), přičemž uvedený první izolovaný vodičový prostředek (68) probíhá v první šroubovicové vodivé cestě (76) podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s prvním smyslem šroubovicového stoupání od prvního uzlového bodu (84) do druhého uzlového bodu (86) a rovněž probíhá v druhé šroubovicové vodivé cestě (78) podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s druhým smyslem šroubovicového stoupání od druhého uzlového bodu (86) do třetího uzlového bodu (84) tak, že první šroubovicová vodivá cesta (76) a druhá šroubovicová vodivá cesta (78) tvoří první nekonečně vodivou cestu podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a v podstatě přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF), přičemž uvedený druhý izolovaný vodičový prostředek (70) probíhá v třetí šroubovicové vodivé cestě (80) podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s druhým smyslem šroubovicového stoupání od třetího uzlového bodu (88) do čtvrtého uzlového bodu (90) , a rovněž probíhá ve čtvrté šroubovicové vodivé cestě (82) podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF) a částečně přes uvedený vícenásobně spojený povrch (TF) s prvním smyslem šroubovicového stoupání od čtvrtého uzlového bodu (90) do třetího uzlového bodu (88) tak, že třetí šroubovicová vodivá cesta (80) a čtvrtá šroubovicová vodivá cesta (82) tvoří druhou nekonečnou vodivou cestu podél uvedeného vícenásobně spojeného povrchu (TF), přičemž první signálový vývod (72,94) je elektricky spojen s buď prvním uzlovým bodem (84) nebo prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90), a druhý signálový vývod (74,96) je elektricky spojen s buď třetím uzlovým bodem (88), přičemž první signálový vývod (72) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84), nebo druhým uzlovým bodem (86) a třetím uzlovým bodem (88), přičemž první signálový vývod (94) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90).
  20. 21. Elektromagnetická anténa (66,66') podle nároku 20, vyznačená tím, že uvedeným vícenásobně spojeným povrchem (TF) je toroidní povrch.
  21. 22. Elektromagnetická anténa (66,66') podle nároku 20, vyznačená tím, že uvedený první izolovaný vodičový prostředek (68) a druhý izolovaný vodičový prostředek (70) zahrnují první izolovaný vodič (76) resp. druhý izolovaný vodič (78), které tvoří první nekonečnou vodivou cestu resp. druhou nekonečnou vodivou cestu.
  22. 23. Elektromagnetická anténa (66,66') podle nároku 20, vyznačená tím, že uvedený první izolovaný vodičový prostředek (68,70) zahrnuje první izolovaný vodič (76), který probíhá z prvého uzlového bodu (84) do druhého uzlového bodu (86) , a druhý izolovaný vodič (78), který probíhá z druhého uzlového bodu (86) do třetího uzlového bodu (84), přičemž uvedený druhý izolovaný vodičový prostředek (70) zahrnuje třetí izolovaný vodič (80), který probíhá z třetího uzlového bodu (88) do čtvrtého uzlového bodu (90), a čtvrtý izolovaný vodič (82) , který probíhá od čtvrtého uzlového bodu (90) do třetího uzlového bodu (88).
  23. 24. Elektromagnetická anténa (66,66') podle nároku 20, vyznačená tím, že uvedené signálové vývody (72,74) vedou signál (92) antény, který má nominální provozní frekvenci, přičemž délka každého z uvedeného prvního izolovaného vodičového prostředku (68) a druhého izolovaného vodičového prostředku (70) v každé ze šroubovicových vodivých cest (76,78,80,82) je přibližně rovna jedné čtvrtině vedené vlnové délky uvedené nominální provozní frekvence.
  24. 25.
    Elektromagnetická anténa (66,66') podle nároku 20, ·· ♦ · ·· • · · ♦ 9 9
    9 9 99 9 9
    9 9 9 9 9 9 9
    9 9 9 9 9 9
    99 9999
    9 9999
    99 9 9 99
    9 9 999
    9 9 999 99
    9 9 99
    999 9999 vyznačená tím, že uvedený první signálový vývod (72) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84), přičemž uvedený druhý signálový vývod (74) je elektricky spojen s třetím uzlovým bodem (88).
  25. 26. Elektromagnetická anténa (66') podle nároku 20, vyznačená tím, že uvedený první signálový vývod (64) je elektricky spojen s prvním uzlovým bodem (84) a čtvrtým uzlovým bodem (90) , přičemž uvedený druhý signálový vývod (96) je elektricky spojen s druhým uzlovým bodem (86) a třetím uzlovým bodem (88).
  26. 27. Způsob přenášení vysokofrekvenčního signálu toroidní anténou (48,10) vyznačený tím, že spočívá v přivedení uvedeného vysokofrekvenčního signálu k prvnímu signálovému vývodu (52) a druhému signálovému vývodu (54) za účelem indukování elektrických proudů uvedeného vysokofrekvenčního signálu mezi těmito vývody, vedení prvního elektrického proudu (CCW1J, CWXJ) v prvním vodiči (56) podél vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes vícenásobně spojený povrch (TF), který má velký poloměr a malý poloměr, přičemž velký poloměr je alespoň stejně tak velký jako malý poloměr, a první vodič (56) má první smysl šroubovicového stoupání od prvního signálového vývodu (52) do druhého signálového vývodu (54), vedení druhého elektrického proudu (CCW2J, CW2J) v druhém vodiči (58) podél vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes vícenásobně spojený povrch (TF), přičemž druhý vodič (58) má druhý smysl šroubovicového stoupání, který je opačný k prvnímu smyslu šroubovicového stoupání, od druhého signálového vývodu (54) do prvního signálového vývodu (52) a použití prvního vodiče (56) vzájemném protivinutém vztahu.
    (58) v ·· ·· ·· • · · · ·· • · 9· ·· • · · · · ·· • 99999 • 9999
    99 9 9 99
    9 9 999
    9 9 99999
    9 9 99 a druhého vodiče
  27. 28. Způsob podle nároku 27, vyznačený tím, že spočívá ve vytvoření jediné nekonečné vodivé cesty pomocí prvního vodiče (56) a druhého vodiče (58) podél vícenásobně spojeného povrchu (TF) a přes vícenásobně vodivý povrch (TF).
  28. 29. Způsob podle nároku 28, vyznačený tím, že spočívá v použití nominální provozní frekvence uvedeného vysokofrekvenčního signálu, použití délky každého z prvního vodiče (56) a druhého vodiče (58) přibližně rovné jedné polovině vedené vlnové délky uvedené nominální provozní frekvence.
  29. 30. Způsob podle nároku 27, vyznačený tím, že spočívá v produkci prvního magnetického proudu (CCWXM) z prvého elektrického proudu (CCW1J,CW1J) v prvém vodiči, produkci druhého magnetického proudu (CCW2M) z druhého elektrického proudu (CCW2J, CW2J) v druhém vodiči (58) a poskytnutí konstruktivní interference v prvním magnetickém proudu (CCWXM) a druhém magnetickém proudu (CCW2M) za účelem produkce přenášeného signálu z uvedené toroidní antény (48).
  30. 31.
    Způsob podle nároku 30, vyznačený tím, že i
    spočívá v poskytnutí destruktivní elektrického proudu (CCW^CV^J) a proudu (CCW2j , CW2J) .
    interference prvního druhého elektrického
  31. 32. Způsob podle nároku 27, vyznačený tím, že spočívá v použití oscilátoru (26.1) pro přivedení dalšího signálu na první signálový vývod (52) a druhý signálový vývod (54) a použití zpětné vazby (napěúové zpětné vazby) od toroidní antény (10) pro oscilační naladění a zesílení.
  32. 33. Elektromagnetická anténa, vyznačená tím, že zahrnuje toroid (TF), množinu vodivých smyček (27.1) probíhající podél toroidu (TF), přičemž rovina procházející každou z uvedených smyček (27.1) se kříží s toroidem (TF), a vývody (S1,S2) pro nesení signálu, přičemž každá jedna z uvedených smyček (27.1) je elektricky zapojena do paralelní kombinace vzhledem ke každé z ostatních uvedených smyček (27.1) a je spojena s uvedenými vývody (S1,S2) pro nesení signálu.
  33. 34. Elektromagnetická anténa podle nároku 33, vyznačená tím, že uvedený toroid (TF) je pokryt vodivým materiálem a uvedené smyčky (27,1) zahrnují odsazené štěrbiny ve vodivém materiálu.
CZ19973920A 1995-06-07 1996-06-06 Electromagnetic antenna CZ287680B6 (en)

Priority Applications (1)

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

Applications Claiming Priority (1)

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

Publications (2)

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

Family

ID=23931504

Family Applications (2)

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

Family Applications After (1)

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

Country Status (17)

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

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6028558A (en) * 1992-12-15 2000-02-22 Van Voorhies; Kurt L. Toroidal antenna
US6320550B1 (en) * 1998-04-06 2001-11-20 Vortekx, Inc. Contrawound helical antenna
US6285341B1 (en) * 1998-08-04 2001-09-04 Vistar Telecommunications Inc. Low profile mobile satellite antenna
US6300920B1 (en) * 2000-08-10 2001-10-09 West Virginia University Electromagnetic antenna
US6437751B1 (en) * 2000-08-15 2002-08-20 West Virginia University Contrawound antenna
EP1217685B1 (en) * 2000-12-12 2005-10-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ring resonator and antenna
KR100746742B1 (ko) * 2001-02-03 2007-08-06 삼성전자주식회사 리더 코일 안테나 및 이를 이용한 비접촉 카드 인증 시스템
JP2003218625A (ja) * 2002-01-04 2003-07-31 Dafang Electronic Co Ltd ループアンテナシステム及びワイヤレス伝送装置
US6593900B1 (en) 2002-03-04 2003-07-15 West Virginia University Flexible printed circuit board antenna
US6995558B2 (en) * 2002-03-29 2006-02-07 Wavbank, Inc. System and method for characterizing a sample by low-frequency spectra
US6724188B2 (en) * 2002-03-29 2004-04-20 Wavbank, Inc. Apparatus and method for measuring molecular electromagnetic signals with a squid device and stochastic resonance to measure low-threshold signals
BR0305669A (pt) 2002-04-19 2004-10-19 Wavbank Inc Detecção de amostra com base em componentes espectrais de baixa frequência
US6646621B1 (en) 2002-04-25 2003-11-11 Harris Corporation Spiral wound, series fed, array antenna
FR2839207B1 (fr) * 2002-04-29 2004-07-16 Chelton Antennas Antenne accordable passive a large bande
US6839038B2 (en) * 2002-06-17 2005-01-04 Lockheed Martin Corporation Dual-band directional/omnidirectional antenna
US6720935B2 (en) 2002-07-12 2004-04-13 The Mitre Corporation Single and dual-band patch/helix antenna arrays
US20070231872A1 (en) * 2004-07-27 2007-10-04 Nativis, Inc. System and Method for Collecting, Storing, Processing, Transmitting and Presenting Very Low Amplitude Signals
US7391369B2 (en) * 2005-11-29 2008-06-24 Megapulse, Inc. Method of and apparatus for eliminating quadrature-generated signals in magnetic cross-loop antennas
KR100798495B1 (ko) * 2006-04-13 2008-01-28 소우다이안테나 컴퍼니, 리미티드 안테나
KR100983258B1 (ko) * 2008-05-19 2010-09-24 주식회사 스펙트럼통신기술 이중 루프 안테나
KR101031968B1 (ko) * 2009-04-16 2011-04-29 박종연 롤 형 접착 크리너
US8390516B2 (en) * 2009-11-23 2013-03-05 Harris Corporation Planar communications antenna having an epicyclic structure and isotropic radiation, and associated methods
FR2961353B1 (fr) * 2010-06-15 2013-07-26 Commissariat Energie Atomique Antenne pour milieu humide
FR2961354B1 (fr) 2010-06-15 2012-06-01 Commissariat Energie Atomique Antenne haute frequence
US8749333B2 (en) * 2012-04-26 2014-06-10 Lifewave, Inc. System configuration using a double helix conductor
EP2968967A4 (en) 2013-03-15 2016-08-17 Nativis Inc CONTROL AND FLEXIBLE COILS FOR THERAPY ADMINISTRATION, SUCH AS CANCER THERAPY
WO2015109205A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 Raytheon Company High efficiency polarized ulf/vlf/rf transciever antenna
US9500446B2 (en) * 2014-10-15 2016-11-22 Raytheon Company Multisegmented toroidal magnetic field projector
RU2601527C2 (ru) * 2014-12-15 2016-11-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Монопольная антенна с замкнутым сердечником для мобильного применения
US10431377B2 (en) * 2015-03-26 2019-10-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. High efficiency magnetic component
CN105653920A (zh) * 2015-09-18 2016-06-08 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 一种天线调谐方法、装置及移动设备
WO2018138868A1 (ja) * 2017-01-27 2018-08-02 三菱電機株式会社 電磁界プローブ
RU185396U1 (ru) * 2017-02-22 2018-12-04 Общество с ограниченной ответственностью Нефтяная научно-производственная компания "ЭХО" Приемно-передающее устройство для скважинного оборудования
CN110636881B (zh) 2017-05-17 2023-09-01 美敦力公司 用于可植入医疗装置的天线
US11183774B2 (en) 2019-05-31 2021-11-23 The Mitre Corporation High frequency system using a circular array
CN112290191B (zh) * 2020-11-21 2025-07-15 西安热工研究院有限公司 一种适用于叶片动应力/动频率测试的天线环装置
CN116799523B (zh) * 2022-03-18 2024-06-25 荣耀终端有限公司 一种mimo天线系统
US12060148B2 (en) 2022-08-16 2024-08-13 Honeywell International Inc. Ground resonance detection and warning system and method
CN117712670B (zh) * 2023-12-11 2024-07-16 中国人民解放军海军工程大学 一种磁电天线的串并联堆叠阵列的等效电路模型建立方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3284801A (en) * 1964-01-15 1966-11-08 John J Bryant Large loop antenna
US3646562A (en) * 1970-06-03 1972-02-29 Us Navy Helical coil coupled to a live tree to provide a radiating antenna
US3671970A (en) * 1970-08-31 1972-06-20 Boeing Co Switched rhombic automatic direction finding antenna system and apparatus
US3721989A (en) * 1971-06-30 1973-03-20 Northrop Corp Cross loop antenna
AU548541B2 (en) * 1980-07-09 1985-12-19 James F. Corum Toroidal helix antenna
US4751515A (en) * 1980-07-09 1988-06-14 Corum James F Electromagnetic structure and method
US4622558A (en) * 1980-07-09 1986-11-11 Corum Janes F Toroidal antenna
US4999642A (en) * 1988-03-01 1991-03-12 Wells Donald H Transmission line coupling device with closed impedance matching loop
DE3823972A1 (de) * 1988-07-15 1990-01-18 Walter Dr Rer Nat Suedbeck Magnetischer strahler mit einer spule aus bifilaren windungen
US5159332A (en) * 1989-06-05 1992-10-27 Walton Charles A Proximity identification system with flux concentration in operating region
US5257033A (en) * 1991-04-16 1993-10-26 Design Tech International, Inc. Transmitter with a reduction of power of signals transmitted at harmonics
US6028558A (en) * 1992-12-15 2000-02-22 Van Voorhies; Kurt L. Toroidal antenna
US5442369A (en) * 1992-12-15 1995-08-15 West Virginia University Toroidal antenna
JP3208468B2 (ja) * 1993-11-22 2001-09-10 隆一 嶋田 強磁界発生用電磁力平衡コイル
US5734353A (en) * 1995-08-14 1998-03-31 Vortekx P.C. Contrawound toroidal helical antenna

Also Published As

Publication number Publication date
AU6090496A (en) 1996-12-30
CZ289371B6 (cs) 2002-01-16
KR100416631B1 (ko) 2004-06-04
PL180556B1 (pl) 2001-02-28
JPH11506886A (ja) 1999-06-15
US6204821B1 (en) 2001-03-20
EP0830711B1 (en) 2002-11-27
MX9709916A (es) 1998-08-30
DE69625060D1 (de) 2003-01-09
WO1996041398A1 (en) 1996-12-19
JP3913779B2 (ja) 2007-05-09
CA2223244A1 (en) 1996-12-19
AU699283B2 (en) 1998-11-26
NZ310166A (en) 2000-01-28
PL323869A1 (en) 1998-04-27
BR9609058A (pt) 1999-12-14
US6028558A (en) 2000-02-22
IL122470A0 (en) 1998-06-15
CZ287680B6 (en) 2001-01-17
CN1190496A (zh) 1998-08-12
KR19990022703A (ko) 1999-03-25
CA2223244C (en) 2006-02-14
HUP9900859A2 (hu) 1999-07-28
EP0830711A1 (en) 1998-03-25
HUP9900859A3 (en) 1999-11-29
RU2170996C2 (ru) 2001-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ392097A3 (cs) Toroidní anténa
RU2159486C2 (ru) Электромагнитная антенна (варианты)
US5442369A (en) Toroidal antenna
US5734353A (en) Contrawound toroidal helical antenna
US4751515A (en) Electromagnetic structure and method
US6239760B1 (en) Contrawound toroidal helical antenna
US4622558A (en) Toroidal antenna
JP6449237B2 (ja) 非相反伝送線路装置
Koohkan et al. Designing a compact helical slot antenna for multiple circularly polarized OAM modes
US11095038B2 (en) Polarization control plate
WO2016161464A1 (en) Communication system using schumann resonance frequencies
MXPA97009707A (en) Open roll antenna
CN120453725A (zh) 一种谐振型人工超材料结构及微带天线
Prigoda Structural synthesis of spiral antennas
GB2403599A (en) Antenna combining electric and magnetic fields

Legal Events

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

Effective date: 20020606