PL180556B1 - Elektromagnetyczna antena toroidalna i sposób nadawania sygnalu o czestotliwosci radiowej z elektromagnetycznej anteny toroidalnej PL PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Elektromagnetyczna antena toroidalna zawierajaca powierz- c hnie wielospójna, majaca glówny promien i promien kola tworzacego, przy czym glówny promien jest przynajmniej równie duzy jak promien kola tworzacego, znam ienna tym, ze zawiera uklady izolowanego przewodnika (50, 50', 68, 70) rozciagajace sie wokól pierwszej, zasadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynaj- mniej czesciowo nad powierzchnia wielospójna, z pierwszym spo- sobem nawiniecia spirali od pierwszego wezla (60, 60', 84) do drugiego wezla (62, 62', 86), przy czym uklady izolowanego prze- wodnika (50, 50', 6 8 , 70) rozciagajasie równiez wokól drugiej, za- sadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynajmniej czesciowo nad powierzchnia wielospójna, z drugim sposobem nawiniecia spi- rali od drugiego wezla (62, 62', 86) do pierwszego wezla (60, 60', 84), który jest przeciwny do pierwszego sposobu nawiniecia od pier- wszego wezla (60, 60’ , 84) do drugiego wezla (62, 62', 86), przy czy przeciwnie nawiniete jedna w stosunku do drugiej spiralne drogi przewodzenia tworza pojedyncza nieskonczona droge przewodze- nia wokól i nad powierzchnia wielospójna, nastepnie pierwsza kon- cówka sygnalowa (52, 52', 72) jest elektrycznie polaczonaz jednym z dwóch nastepujacych wezlów: z pierwszym wezlem (60, 84) oraz wezlem (A) miedzy pierwszym a drugim wezlami (60', 62) a druga kocówka sygnalowa (54, 54', 74) jest elektrycznie polaczona z jed- nym z dwóch nastepujacych wezlów: z drugim wezlem (62, 86) przy pierwszej koncówce sygnalowej (52, 72) elektrycznie polaczonej z pierwszym wezlem (60, 84) oraz wezlem (B) miedzy drugim a pier- wszym wezlami (62', 60'), przy pierwszej koncówce sygnalowej (52') elektrycznie polaczonej z wezlem (A) miedzy pierwszym a drugim wezlami (60', 62'). FIG. 48 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektromagnetyczna antena toroidalna i sposób nadawania sygnału o częstotliwości radiowej i elektromagnetycznej anteny toroidalnej.

Wydajność anteny dla częstotliwości rezonansowej jest bezpośrednio zależna od efektywnej długości elektrycznej, która jest odniesiona do szybkości propagacji sygnału przez równanie, w którym wykorzystywana jest prędkość światła c w próżni, długość fali λ i częstotliwość f:

λ = c/f

Jak wiadomo, długość elektryczna anteny po winna być równa jednej długości fali, połowie długości fali (dipol) lub jednej czwartej długości fali z uziemioną płaszczyzną w celu zminimalizowania wszystkich impedancji oprócz rzeczywistej impedancji anteny. Kiedy te warunki nie są spełnione, impedancja anteny zmienia się, tworząc fale stojące w antenie i w doprowadzeniu sygnału do anteny, to jest w linii transmisyjnej, zwiększając stosunek fali stojącej, co powoduje zwiększenie strat energii i zmniejszenie emitowanej energii.

Typowa pionowa antena jednobiegunowa posiada dookólną, pionowo spolaryzowaną charakterystykę i może być stosunkowo mała dla wysokich częstotliwości, takich jak pasmo ultrakrótkofalowe. Jednakże dla niższych częstotliwości wielkość anteny staje się problemem, prowadząc do bardzo długich linii i wież, używanych w pasmach długo- i średniofalowych. Jakość transmisji dalekosiężnej w pasmach o niskiej częstotliwości jest korzystna, ale antena, w szczególności przy konstrukcji kierunkowej, może być zbyt duża, aby miała zwarty, przenośny nadajnik. Nawet dla dużych częstotliwości może być korzystne posiadanie fizycznie mniejszej anteny z taką samą wydajnością i działaniem jak tradycyjna antena jednobiegunowa lub dipolowa.

180 556

Przez lata wypróbowywano różne techniki w celu uzyskania zwartej anteny o charakterystyce kierunkowej, szczególnie o polaryzacji pionowej, która, jak się okazało, jest bardziej efektywna , ponieważ posiada większy zasięg niż antena o polaryzacji poziomej, gdyż w przypadku poziomo spolaryzowanych anten większe są straty falowe w wyniku oddziaływania z ziemią.

Pod względem kierunkowości stwierdzono, że przy pewnych konfiguracjach anteny możliwe jest zminimalizowanie pola magnetycznego wytwarzanego w antenie o konkretnej polaryzacji, a jednocześnie zwiększenie pola elektrycznego, które jest prostopadłe do pola magnetycznego. Podobnie, możliwe jest zminimalizowanie pola elektrycznego przy jednoczesnym zwiększeniu pola magnetycznego.

Zasada równoważności, która jest znana w fizyce e pół elektromagnetycznych, stwierdza, że dwa źródła wytwarzające takie samo pole wewnątrz danego rejonu są równoważne, i że równoważność może być wykazana między źródłami prądu elektrycznego i odpowiednimi źródłami prądu magnetycznego. Jest to wyjaśnione w rozdziale 3-5 pracy z 1961 roku pod tytułem „Czasowe harmoniczne pola elektromagnetyczne”, której autorem jest R. F. Harrington. W przypadku liniowego dipola, będącego elementem anteny, który przenosi liniowe prądy elektryczne, równoważnym źródłem magnetycznym jest kołowy poziomy pierścień prądu magnetycznego. Solenoid prądu elektrycznego jest jednym z oczywistych sposobów wykonania liniowego prądu magnetycznego. Solenoid prądu elektrycznego umieszczony na toroidalnej powierzchni jest sposobem wykonania potrzebnego kołowego poziomego pierścienia prądu magnetycznego.

Toroidalna spiralna antena zawiera spiralny przewodnik nawinięty na toroidalną formę i oferuje charakterystykę promieniowania energii elektromagnetycznej w rozkładzie, który jest podobny do rozkładu anteny w postaci dipola elektrycznego o osi prostopadłej do płaszczyzny i współśrodkowej z bryłą toroidalną. Efektywna impedancja linii transmisyjnej spiralnego przewodnika spowalnia, w stosunku do szybkości propagacji w próżni, propagację fal od punktu doprowadzenia sygnału do przewodnika wokół konstrukcji spiralnej. Zredukowana prędkość i kołowy prąd w konstrukcji umożliwia konstruowanie anteny toroidalnej o wielkości podobnej lub mniejszej od odpowiedniego dipola rezonansowego (anteny liniowej). Konstrukcja toroidalna ma mały współczynnik kształtu, ponieważ toroidalna konstrukcj a spiralna j est fizycznie mniejsza niż prosta konstrukcja dipola rezonansowego, ale z podobnymi właściwościami promieniowania elektrycznego. Prosta jednofazowa konfiguracja doprowadzania sygnałów daje rozkład promieniowania porównywalny z dipolem dla połowy długości fali, ale przy dużo mniejszych rozmiarach.

W tym kontekście, europejski opis patentowy nr 0043591 i odpowiadające jemu opisy patentowe USA nr nr 4622558 i 4751515 przedstawiają pewne aspekty anten toroidalnych jako techniki wykonywania zwartej anteny przez zastępowanie tradycyjnej anteny liniowej przez autorezonansową konstrukcję, która wytwarza pionowo spolaryzowane promieniowanie, które będzie propagowało z mniejszymi stratami podczas propagacji nad ziemią. Konstrukcja z rezonansem własnym przedstawiona w tych patentach częściowo rozwiązuje problem fizycznie nieporęcznych a elektrycznie mało sprawnych elementów pionowych dla małych częstotliwości.

Przedstawiona na figurze 13 rysunku europejskiego opisu patentowego nr 0043591 antena zawiera dwa spiralne uzwojenia, mające ten sam sposób nawinięcia, oraz dwa pręty BC i B'C' o ustalonych fazach, które działają jako linie fazowe dla zasilania pętli toroidalnej. Z kolei figura 15 tego rysunku przedstawia antenę z dwoma bifilamymi uzwojeniami, każde w typie pokazanym na fig. 13, które nie sąnawinięte przeciwnie, przy czym sąone zasilane w kwadraturze z czterema prętami w punktach zasilania AA', BB'.

Niemiecki opis patentowy nr 3823972 ujawnia źródło promieniowania magnetycznego zawierające solenoid z dwoma uzwojeniami. Z koleijapoński opis patentowy nr 07-146386 przedstawia cewkę spiralną w kształcie tprusu. Poloidąlny składnik prądu wytwarza toroidalne pole magnetyczne a toroidalny składnik prądu wytwarza siłę naprężenia.

Wymienione powyżej patenty omawiają toroidalne uzwojenie spiralne wykonane jednym przewodem jako blok konstrukcyjny bardziej skomplikowanych anten kierunkowych. Anteny te mogą zawierać liczne drogi przewodzenia, do których doprowadzone są sygnały, których

180 556 względna faza jest regulowana albo przez zewnętrzne układy pasyjne, albo przez specyficzne charakterystyki rezonansu własnego. W ogólnym sensie, patenty omawiają użycie tak zwanych przeciwnie nawiniętych toroidalnych uzwojeń w celu uzyskania pionowej polaryzacji. Przeciwnie nawinięte uzwojenia toroidalne omawiane w tych patentach mająniezwykłąkonstrukcję, posiadającą tylko dwie końcówki, jak opisano w pracy pt. „Zmodyfikowane przeciwnie nawinięte obwody spiralne dla lamp z falą bieżącą o dużej mocy”, której autorami są C.K.Burdsall i T.E.Everhart, opublikowanej w „IRE Transactions on Electron Devices”, październik 1956r, str. 190. Przedstawione opisy patentowe wskazują na różnice między polami/prądami magnetycznym i elektrycznym i sugerują, że fizycznie nałożone jeden na drugi dwa układy jednoprzewodowe, które są nawinięte przeciwnie jeden względem drugiego na toroidzie anteny o pionowej polaryzacji może być wykonane stosując dwukońcówkowe wejście sygnału. Podstawą dla tej konstrukcji jest liniowa spirala, dla której równania konstrukcyjne zostały przedstawione w artykule A.G. Kandoiana i W. Sichaka pt. „Strojone w szerokim zakresie częstotliwości spiralne anteny i obwody” z archiwum I.R.E., 1953 National Convention, Część 2 - Anteny i łączność, strony 42-47, o czym wspomniano w opisie patentowym USA nr 4622558.

Dotychczasowy stan techniki, jak wspomniane powyżej patenty, traktuje elementarne konstrukcje toroidalne jako bloki konstrukcyjne bardziej skomplikowanych struktur, takich jak dwie struktury toroidalne, zorientowane na symulację struktur nawiniętych przeciwnie. Na przykład, wymieniony powyżej patent omawia torus (skomplikowany lub prosty), który powinien mieć całkowitą liczbę długości fal wokół obwodu koła zdefiniowanego przez podrzędną oś torusa.

Prosta antena toroidalna z konstrukcją jednoprzewodową reaguje zarówno na składowe pola elektrycznego jak i magnetycznego nadchodzących (odbieranych) lub wychodzących (nadawanych) sygnałów. Z drugiej strony, wieloprzewodowa (wielouzwojeniowa) konstrukcja może mieć takie same skoki uzwojeń lub różne skoki uzwojeń w oddzielnych toroidach, umożliwiając uzyskanie kierunkowości anteny i kontroli nad polaryzacją. Jedna z form spirali ma postać pierścienia i mostku, która posiada pewne, ale nie wszystkie zalety podstawowej konfiguracji nawiniętego przeciwnie uzwojenia.

Jak wiadomo, liniowa cewka solenoidowa tworzy liniowe pole magnetyczne wzdłuż swojej osi centralnej. Kierunek pola magnetycznego jest zgodny z „regułą prawej dłoni”, gdzie palce prawej dłoni są zagięte w stronę dłoni i wskazują kierunek przepływu prądu elektrycznego w solenoidzie, zaś kierunek pola magnetycznego jest taki sam jak wskazywany przez kciuk, skierowany równolegle do osi, wokół której zagięte są palce (patrz np. fig. 47). Kiedy reguła ta jest zastosowana do cewki solenoidu nawiniętej prawostronnie, jak w gwincie śruby prawostronnej, zarówno prąd elektryczny jak i powstałe pole magnetyczne są skierowane w tym samym kierunku, ale cewka lewostronna ma prąd elektryczny i powstałe pole magnetyczne skierowane w przeciwnych kierunkach. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę solenoidu jest czasem nazywane prądem magnetycznym. Łącząc prawostronną! lewostronną cewkę na wspólnej osi w celu utworzenia cewki z przeciwnie nawiniętym uzwojeniem i doprowadzając do poszczególnych elementów cewki przeciwnie skierowane prądy, uzyskać można efektywne zmniejszenie do zera prądu elektrycznego netto, podczas gdy pole magnetyczne netto jest dwa razy większe niż pojedynczej cewki.

Wiadomo również, że zrównoważona linia transmisji elektrycznej, do której doprowadzone są sygnały z sinusoidalnego źródła prądu przemiennego i zakończona impedancją obciążenia propaguje fale prądów od źródła do obciążenia. Fale odbijająsię od obciążenia i propagująz powrotem do źródła, zaś rozkład prądu netto w linii transmisyjnej jest wyliczany z sumy składowych fali padającej i odbitej i może być scharakteryzowany jako fala stojąca w linii transmisyjnej (patrz np. fig. 13). W zrównoważonej linii transmisyjnej składowe prądu w każdym przewodniku w dowolnym punkcie wzdłuż linii sąrówne co do wartości, ale przeciwne pod względem polaryzacji, która jest równoważna z jednoczesną propagacją przeciwnie spolaryzowanych, ale posiadających jednakową amplitudę fal wzdłuż oddzielnych przewodników. Wzdłuż danego przewodnika propagacja dodatniego prądu w jednym kierunku jest równoważna z propagacją ujemnego prądu w przeciwnym kierunku. Względna faza fał padającej i odbitej zależy od impe

180 556 dancji obciążenia Z_L. Dla prądu padającego I_o i prądu odbitego ty, zgodnie z fig. 13 współczynnik odbicia ą jest zdefiniowany następująco:

_n=A₌zk₌h_ ’· ’· A₊₁

Z,

Ponieważ prądy padający i odbity podążają w przeciwnych kierunkach, równoważny prąd odbity, I/ - -ty daje wartość odbitego prądu w stosunku do kierunku prądu padającego I_o.

Istota elektromagnetycznej anteny toroidalnej, według wynalazku zawierającej powierzchnię wielospójną, mającą główny promień i promień koła tworzącego, przy czym główny promień jest przynajmniej równie duży jak promień koła tworzącego, jest to, że zawiera układy izolowanego przewodnika rozciągające się wokół pierwszej, zasadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynajmniej częściowo nad powierzchnią wielospójną, z pierwszym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła do drugiego węzła, przy czym układy izolowanego przewodnika rozciągająsię również wokół drugiej, zasadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynajmniej częściowo nad powierzchnią wielospójną, z drugim sposobem nawinięcia spirali od drugiego węzła do pierwszego węzła, który jest przeciwny do pierwszego sposobu nawinięcia od pierwszego węzła do drugiego węzła, przy czym przeciwnie nawinięte jedna w stosunku do drugiej spiralne drogi przewodzenia tworzą pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójną, następnie pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączoną z jednym z dwóch następujących węzłów: z pierwszym węzłem oraz węzłem między pierwszym a drugim węzłami, a druga końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączoną z jednym z dwóch następujących węzłów: z drugim węzłem przy pierwszej końcówce sygnałowej elektrycznie połączonej z pierwszym węzłem oraz węzłem między drugim a pierwszym węzłami, przy pierwszej końcówce sygnałowej elektrycznie połączonej z węzłem między pierwszym a drugim węzłami pierwszym a drugim.

Korzystnie powierzchnia wielospójną jest powierzchnią toroidu.

Korzystnie układ izolowanego przewodnika zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia.

Korzystnie układ izolowanego przewodnika zawiera pierwszy izolowany przewodnik, który rozciąga się od pierwszego węzła do drugiego węzła i drugi izolowany przewodnik, który rozciąga się od drugiego węzła do pierwszego węzła, przy czym pierwsza i druga końcówki sygnałowe są elektrycznie połączone z pierwszym i drugim węzłami.

Korzystnie każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia, przy czym układ izolowanego przewodnika zawiera pierwszy element przewodzący pierwszego prądu elektrycznego wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia i drugi element przewodzący drugiego prądu elektrycznego wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia oraz pierwsze obwody wytwarzania pierwszego prądu magnetycznego z pierwszego prądu elektrycznego w pierwszej spiralnej drodze przewodzenia i drugie obwody wytwarzania drugiego prądu magnetycznego z drugiego prądu elektrycznego wzdłuż ogólnie spiralnej drogi przewodzenia.

Korzystnie pierwsze i drugie obwody wytwarzania zawierają obwody dostarczania konstruktywnej interferencji pierwszego i drugiego prądów magnetycznych do wytwarzania nadawanego sygnału z anteny.

Korzystnie pierwszy i drugi elementy przewodzące zawierają obwody dostarczające destruktywnej interferencji pierwszego i drugiego prądów elektrycznych.

Korzystnie końcówki sygnałowe są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogąprzewodzenia a długość układu izolowanego przewodnika

180 556 wzdłuż każdej ze spiralnych dróg przewodzenia jest równa około połowie przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.

Korzystnie pierwsza zasadniczo spiralna droga przewodzenia ma pierwszy poloidalnoperyferyjny rozkład uzwojenia, zaś druga zasadniczo spiralna droga przewodzenia ma drugi poloidalno-peryferyjny rozkład uzwojenia.

Korzystnie powierzchnia wielospójnajest powierzchniątoroidu a układ izolowanego przewodnika zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia.

Korzystnie układ izolowanego przewodnika zawiera pierwszy izolowany przewodnik, który rozciąga się od pierwszego węzła do drugiego węzła i drugi izolowany przewodnik, który rozciąga się od drugiego węzła do pierwszego węzła.

Korzystnie końcówki sygnałowe są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość układu izolowanego przewodnika w każdym z poloidalno-peryferyjny ch rozkładów uzwojenia jest równa około połowie przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.

Korzystnie każda z pierwszej i drugiej zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia, przy czym układ izolowanego przewodnika rozciąga się wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójnąz pierwszym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła do trzeciego węzła i od trzeciego węzła do drugiego węzła, przy czym układ izolowanego przewodnika rozciąga się również wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójnąz drugim sposobem nawinięcia spirali od drugiego do czwartego węzła i od czwartego węzła do pierwszego węzła, zaś pierwsza i druga końcówki sygnałowe są elektrycznie dołączone do trzeciego i czwartego węzłów.

Korzystnie powierzchnia wielospójnajest powierzchniątoroidu a układ izolowanego przewodnika zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia.

Korzystnie układ izolowanego przewodnika zawiera pierwszy izolowany przewodnik, który rozciąga się od pierwszego węzła do trzeciego węzła i od trzeciego węzła do drugiego węzła oraz drugi izolowany przewodnik, który rozciąga się od drugiego węzła do czwartego węzła i od czwartego węzła do pierwszego węzła.

Korzystnie pierwszy i drugi węzły są umieszczone zasadniczo diametralnie w stosunku do trzeciego i czwartego węzłów.

Korzystnie końcówki sygnałowe są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość układu izolowanego przewodnika wzdłuż każdej ze spiralnych dróg przewodzenia jest równa około połowie długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.

Korzystnie każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia a układy izolowanego przewodnika zawierają pierwszy układ izolowanego przewodnika i drugi układ izolowanego przewodnika, przy czym pierwszy układ izolowanego przewodnika rozciąga się wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójną z pierwszym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła do drugiego węzła, a także rozciąga się wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójną z drugim sposobem nawinięcia od drugiego węzła do pierwszego węzła, przy czym pierwsza i druga spiralne drogi przewodzenia pierwsza i druga tworząpierwszą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad powierzchnią wielospójną, zaś drugi układ izolowanego przewodnika rozciąga się wzdłuż trzeciej spiralnej drogi przewodzenia wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójnąz drugim sposobem nawinięcia spirali od trzeciego węzła do czwartego węzła, a także rozciąga się wzdłuż czwartej spiralnej drogi przewodzenia wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójnąz pierwszym sposobem nawinięcia od czwartego węzła do trzeciego węzła, przy czym spiralne drogi przewodzenia trzecia i czwarta tworzą drugą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad powierzchnią wielospójną, następnie pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona

180 556 z jednym z dwóch następujących węzłów pierwszym węzłem oraz z pierwszym i drugim węzłami, zaś druga końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z jednym z dwóch następujących węzłów trzecim węzłem, kiedy pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem oraz drugim i trzecim węzłami, kiedy pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z pierwszym i czwartym węzłami.

Korzystnie powierzchnia wiełospójna jest powierzchnią toroidu a układy izolowanego przewodnika zawierają izolowane pierwszy i drugi przewodniki, które tworzą pierwszą i drugą nieskończone drogi przewodzenia.

Korzystnie pierwszy układ izolowanego przewodnika zawiera pierwszy izolowany przewodnik, który rozciąga się od pierwszego węzła do drugiego węzła i drugi izolowany przewodnik, który rozciąga się od drugiego węzła do pierwszego węzła a drugi układ izolowanego przewodnika zawiera trzeci izolowany przewodnik, który rozciąga się od trzeciego węzła do czwartego węzła i czwarty izolowany przewodnik, który rozciąga się od czwartego węzła do trzeciego węzła.

Korzystnie końcówki sygnałowe są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość każdego pierwszego i drugiego z układów izolowanego przewodników każdej ze spiralnych dróg przewodzenia jest równa około jednej czwartej przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.

Korzystnie pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem a druga końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z trzecim węzłem.

Korzystnie pierwsza końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem i czwartym węzłem a druga końcówka sygnałowa jest elektrycznie połączona z drugim węzłem i trzecim węzłem.

Istotą sposobu nadawania sygnału o częstotliwości radiowej według wynalazku z elektromagnetycznej anteny toroidalnej, w której wykorzystuje się powierzchnię wielospójnąmającą główny promień i promień koła tworzącego, przy czym główny promień jest przynajmniej równie duży co promień koła tworzącego, w którym doprowadza się sygnał o częstotliwości radiowej do pierwszej i drugiej kocówek sygnałowych, dla zaindukowania między nimi prądów elektrycznych sygnału o częstotliwości radiowej, jest to, że przesyła się pierwszy sygnał elektryczny w pierwszym przewodniku wokół i nad powierzchnią wielospójną, przy czym w pierwszym przewodniku stosuje się pierwszy sposób nawinięcia spirali od pierwszej końcówki sygnałowej do drugiej końcówki sygnałowej, oraz przesyła się drugi sygnał elektryczny w drugim przewodniku wokół i nad powierzchnią wielospójną przy czym w drugim przewodniku stosuje się drugi sposób nawinięcia spirali, który jest przeciwny do pierwszego sposobu nawinięcia spirali, od drugiej końcówki sygnałowej do pierwszej końcówki sygnałowej, po czym nadaje się sygnał o częstotliwości radiowej z pierwszego i drugiego przewodników nawiniętych przeciwnie jeden w stosunku do drugiego.

Korzystnie tworzy się pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia z pierwszym i drugim przewodnikami wokół i nad powierzchnią wielospójną.

Korzystnie przy stosowaniu nominalnej częstotliwości roboczej sygnału o częstotliwości radiowej, stosuje się długości każdego pierwszego i drugiego przewodników równe połowie długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.

Korzystnie wytwarza się pierwszy prąd magnetyczny z pierwszego prądu elektrycznego w pierwszym przewodniku (56), wytwarza się drugi prąd magnetyczny z drugiego prądu elektrycznego w drugim przewodniku i wprowadza się konstruktywną interferencję pierwszego i drugiego prądów magnetycznych wytwarzając nadawany sygnał anteny.

Korzystnie wprowadza się destrukcyjną interferencję pierwszego i drugiego prądów elektrycznych.

Korzystnie do pierwszej i drugiej końcówek sygnałowych doprowadza się inny sygnał z generatora oraz wprowadza się sprzężenie zwrotne z anteny dla strojenia i wzmocnienia we wzmacniaczu sygnału z generatora.

180 556

Istotą odmiany elektromagnetycznej anteny toroidalnej według wynalazku mającej kształt toroidu oraz końcówki przenoszące sygnał, jest to, że zawiera liczne pętle przewodzące rozciągające się wokół toroidu, przy czym każda pętla leży na płaszczyźnie przecinającej toroid oraz jest elektrycznie połączona równolegle w stosunku do każdej innej z pętli przewodzących i do przenoszących sygnał końcówek.

Korzystnie toroid jest pokryty materiałem przewodzącym, zaś pętle przewodzące zawierają oddalone jedna od drugiej szczeliny w materiale przewodzącym.

Zaletą według wynalazku jest to, że zapewnia ono uzyskanie zwartej, spolaryzowanej pionowo anteny, szczególnie dostosowanej do małych częstotliwości i dużego zasięgu, ale użytecznej dla dowolnej częstotliwości, w zastosowaniach, w których pożądane są małe rozmiary fizyczne lub dyskretna obudowa anteny.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowo czterosegmentowej anteny spiralnej według wynalazku, fig. 2 - powiększony widok uzwojeń z fig. 1, fig. 3 - powiększony widok uzwojeń w alternatywnym przykładzie wykonania wynalazku, fig. 4 - schemat ideowy dwusegmentowej (dwuczęściowej) anteny spiralnej, w której zastosowano rozwiązanie według wynalazek, fig. 5 - schemat ideowy dwuwejściowej anteny spiralnej ze zmiennąimpedancjąw punktach zwrotnych uzwojenia w innym przykładzie wykonania w celu strojenia anteny według wynalazku, fig. 6 - rozkład charakterystyki anteny pokazanej na fig. 1, fig. 7, 8 i 9 przedstawiają wykresy prądu i pola magnetycznego w stosunku do pozycji węzłów na toroidzie dla anteny pokazanej na fig. l,fig. 10,11 i 12 przestawiająwykresy prądu ipolamagnetycznego w stosunku do pozycji na toroidzie między węzłami dla anteny pokazanej na fig. 4, fig. 13 - przedstawia równoważny obwód dla linii transmisyjnej zakończonej obciążeniem, fig. 14- powiększony widok poloidalnych uzwojeń na toroidzie posiadających możliwości strojenia, ulepszoną redukcję pola elektrycznego i uproszczoną konstrukcję, fig. 15 - uproszczony schemat blokowy dla czterokwadrantowej wersji anteny z elementami dopasowującymi impedancję i fazę, fig. 16 - w powiększeniu uzwojenia anteny z cewkami dopasowującymi impedancję pierwotną i wtórną, łączącymi uzwojenia, fig. 17 - równoważny układ dla anteny z obwodami do strojenia, fig. 18 i 19 przedstawiają schematycznie część toroidalnej anteny, wykorzystującej elementy strojące wykonane z folii metalowej zamkniętej wokół toroidu w celu strojenia, jak na fig. 17, fig. 20 przestawia schemat blokowy anteny wykorzystującej kondensator dostrojony między przeciwnie położonymi węzłami, fig. 21 - równoważny układ alternatywnego sposobu strojenia dla kwadrantowej anteny, fig. 22 - antenę z owinięciem przewodzącą folią toroidu w celu strojenia, jak na fig. 21, fig. 23 - przekrój wzdłuż linii 23-23 na fig. 24, fig. 24 - widok przestrzenny folii okrywającej antenę, fig. 25 - alternatywny przykład wykonania anteny z „symetrią obrotową”, fig. 26 - schemat blokowy nadajnika z modulacją częstotliwości (FM) wykorzystującego kontrolowane przez modulator urządzenie do parametrycznego strojenia anteny, fig. 27 - dookólnąpoloidalną antenę ramową, fig. 28 - widok z boku jednej ramy w antenie pokazanej na fig. 27, fig. 29 - równoważny układ dla anteny ramowej, fig. 30 - widok z boku kwadratowej anteny ramowej, fig. 31 - w częściowym przekroju widok cylindrycznej anteny ramowej, fig. 32 - przekrój wzdłuż linii 32-32 na fig. 31 i wykres prądu w uzwojeniach, fig. 33 - częściowy widok toroidu ze szczelinami toroidu do strojenia i do emulsji poloidalnej konfiguracji ramowej, fig. 34 - toroidalną antenę z układem dostrojczym w rdzeniu toroidu, fig. 35 - równoważny układ elektryczny dla anteny przedstawionej na fig. 34, fig. 36 - przekrój toroidalnej anteny z centralnym pojemnościowym układem dostrojczym, fig. 37 - przekrój alternatywnego przykładu wykonania anteny pokazanej na fig. 36 z poloidalnymi uzwojeniami, fig. 38 - alternatywny przykład wykonania ze strojeniem zmiennąpojemnością, fig. 39 - widok z góry kwadratowej anteny toroidalnej dla zwiększonego zakresu częstotliwości anteny i ze szczelinami do strojenia lub do emulacji konfiguracji z ramąpoloidalną fig. 40 - przekrój wzdłuż linii 40-40 na fig. 39, fig. 41 przedstawia widok z góry alternatywnego przykładu wykonania anteny pokazanej na fig. 39, mającej sześć boków ze szczelinami do strojenia lub do emulacji konfiguracji poloidalnej, fig. 42 - przekrój wzdłuż linii 42-42 na fig. 41, fig. 43 - tradycyjną liniową spiralę, fig. 44 - aproksymowaną liniową spiralę, fig. 45 - element równoważny

180 556 konfiguracji pokazanej na fig. 44 przy założeniu, że pole magnetyczne jest jednorodne lub prawie jednorodne wzdłuż długości spirali, fig. 46 - przeciwnie nawiniętą toroidalną antenę spiralną z zewnętrzną ramą i regulacją przesunięcia fazowego i proporcjonalną fig. 47 - układy odpowiadające regule prawej dłoni i prawej dłoni i towarzyszące im pola elektryczne i magnetyczne, fig. 48 - schemat ideowy anteny z szeregowym doprowadzaniem sygnałów według wynalazku, fig. 49,50 i 51 przedstawiają wykresy prądu i pola magnetycznego w stosunku do pozycji toroidalnych węzłów dla anteny pokazanej na fig. 48, fig. 52 przedstawia schemat ideowy anteny z szeregowym doprowadzaniem sygnałów według innego wykonania wynalazku, fig. 53, 54 i 55 przedstawiają wykresy prądu i pola magnetycznego w stosunku do pozycji toroidalnych węzłów dla anteny pokazanej na fig. 52, fig. 56 - przedstawia schemat ideowy anteny z równoległym dostarczaniem sygnałów według następnego wykonania wynalazku, fig. 57, 58 i 59 przedstawiają wykresy prądu i pola magnetycznego w stosunku do pozycji toroidalnych węzłów dla anteny pokazanej na fig. 56, fig. 60 - przedstawia schemat ideowy anteny z równoległym doprowadzaniem sygnałów według kolejnego wykonania wynalazku, fig. 61 - schemat blokowy interfejsu dla anteny z fig. 60 z elementem dopasowującym impedancję i fazę, zaś fig. 62 - reprezentatywny rozkład promieniowania w płaszczyźnie pionowej dla anten z fig. 48, 52 lub 56.

Przedstawiona na fig. 1 antena 10 zawiera dwa elektrycznie izolowane przewodniki, tworzące zamknięty obwód, to jest uzwojenia W1 i W2, które rozciągają się wokół bryły toroidu TF w czterech (n=4) segmentach 12 o równych kątach. Uzwojenia sązasilane sygnałem elektrycznym o częstotliwości radiowej (RF) z dwóch końcówek SI i S2. Wewnątrz każdego segmentu uzwojenia sąnawinięte przeciwnie, to jest, nawinięcie jednego uzwojenia W1 może być prawoskrętne (RW), jak pokazano ciemnymi, ciągłymi liniami, zaś drugiego uzwojenia W2 może być lewoskrętne (LH), jak pokazano przerywanymi liniami. Każdy przewodnik powinien mieć taką samą liczbę zwojów spirali wokół bryły, zgodnie z wyliczeniami opartymi na zamieszczonych poniżej równaniach. W punkcie połączenia lub węźle 14 każde uzwojenie zmienia kierunek nawinięcia (jak widać w przekrojach uzwojeń). Końcówki sygnałowe SI i S2 są dołączone do dwu węzłów i każda para takich węzłów jest określana mianem „wejście”. W opisie tym każda para węzłów w każdym z czterech wejść jest oznaczona przez al i a2, bl i b2, cl i c2, oraz dl i d2. Na fig. 1, na przykład, sącztery wejścia: a, b, c i d. Odpowiednio do podrzędnej osi toroidu TF, w danym wejściu węzły mogąbyć pod dowolnym kątem jeden względem drugiego i względem torusa, ale wszystkie wejścia w strukturze sąpod tym samym kątem, jeśli liczba uzwojeń w każdym segmencie jest całkowita. Na przykład fig. 2 przedstawia węzły na przeciwnych końcach średnicy, podczas gdy fig. 3 przedstawia węzły przekrywające się. Węzły przekrywająjeden drugiego, ale w kolejnych wejściach połączenia odpowiednich węzłów z końcówkami lub odczepami SI i S2 są odwrócone, jak widać, dając konfigurację, w której segmenty na przeciwnych końcach średnicy mają takie same połączenia równoległe, przy czym każde uzwojenie jest nawinięte tak samo. W efekcie w każdym segmencie prądy uzwojeń sąprzeciwne, ale kierunek jest odwrócony wraz z kierunkiem nawinięcia uzwojenia w kolejnych segmentach. Możliwe jest zwiększenie lub zmniejszenie segmentów, dopóki jest parzysta liczba segmentów, ale należy zauważyć, że węzły wpływająna efektywną długość linii transmisyjnej dla toroidu (biorąc pod uwagę zmianę w prędkości propagacji w wyniku spiralnego nawinięcia i częstotliwości roboczej). Zmieniając położenie węzła można regulować polaryzację i kierunkowość anteny, szczególnie przy zewnętrznej impedancji 16, jak widać na fig. 5. Stwierdzono, że pokazana tutaj czterosegmentowa konfiguracja wytwarza pionowo spolaryzowany dookólny rozkład pola, mający kąt elewacji Θ od osi anteny i liczne fale elektromagnetyczne El, E2, które są emitowane przez antenę, jak przedstawiono na figurze 6.

Podczas gdy fig. 1 ilustruje wykonanie z czterema segmentami, a fig. 4 - z dwoma segmentami, należy zauważyć, że wynalazek może być wdrożony z dowolnąparzystą liczbą segmentów, np. z sześcioma segmentami. Zaletą zwiększania liczby segmentów jest wzrost mocy promieniowania i redukcja zespolonej impedancji doprowadzeń sygnałów anteny, a dzięki temu uproszczenie dopasowywania impedancji w końcówce sygnałowej do zespolonej impedancji wejść

180 556 sygnałowych anteny. Korzyścią zredukowania liczby segmentów jest zmniejszenie ogólnych rozmiarów anteny.

Podczas gdy głównym celem rozwiązania jest wytworzenie pionowo spolaryzowanego, dookólnego rozkładu promieniowania, jak przedstawiono na fig. 6, należy zauważyć, że z zasady równoważności układów elektromagnetycznych i zasad działania elementarnej anteny z dipolem elektrycznym wynika, że może to być uzyskane przez wytworzenie prądu magnetycznego lub strumienia w poziomym kołowym pierścieni. Zatem antena będzie omawiana w stosunku do jej możliwości wytwarzania takiego rozkładu prądu magnetycznego. W odniesieniu do fig. 1, zrównoważony sygnał jest doprowadzany do końcówek sygnałowych SI i S2. Sygnał jest następnie przekazywany do toroidalnych, spiralnych wejść a do d przez zrównoważoną linię transmisyjną. Jak wiadomo z teorii zrównoważonych linii transmisyjnych, w dowolnym punkcie wzdłuż linii transmisyjnej prądy w dwu przewodnikach mają fazy przesunięte o 180 stopni. Po osiągnięciu węzłów, do których linia transmisyjna jest dołączona, sygnał prądowy propaguje dalej jako fala biegnąca w obu kierunkach od każdego węzła. Takie rozkłady prądu wzdłuż obu kierunków są pokazane na fig. 7 do 9 dla czterosegmentowej, a na fig. 10 do 12 dla dwusegmentowej anteny odpowiednio i są odniesione na tych wykresach do wejść lub węzłów, gdzie J odnosi się do prądu elektrycznego, zaś M odnosi się do prądu magnetycznego. Analiza ta przyjmuje, że częstotliwość sygnału jest dostrojona do struktury anteny, tak że obwód elektryczny struktury ma długość równą jednej długości fali i że rozkład prądu na strukturze jest sinosuidalny, co jest przybliżeniem. Przeciwnie nawinięte toroidalne uzwojenia spiralne struktury anteny sątraktowane jako linia transmisyjna, jednak tworzą one stratną linię transmisyjną w wyniku emitowania mocy. Wykresy na fig. 7 i 10 pokazująrozkład prądu elektrycznego z polaryzacją odniesioną do kierunku propagacji od węzłów, z których sygnały są emitowane. Wykresy na fig. 8 i 11 pokazują ten sam rozkład prądu, odniesiony do wspólnego kierunku przeciwnego do kierunku ruchu wskazówek zegara, wskazując, że polaryzacja prądu zmienia się zależnie od kierunku, w stosunku do którego jest odnoszona. Figury 9 i 12 ilustrują zatem odpowiedni rozkład prądu magnetycznego wykorzystujący zasady zilustrowania na fig. 1. Figury 8 i 11 pokazują że rozkład prądu elektrycznego netto na toroidalnej strukturze spiralnej jest zredukowany. Ale jak widać na fig. 9 i 12, rozkład prądu magnetycznego netto jest zwiększony. Zatem sygnały te w kwadraturze sumują się, tworząc prawie jednorodny poziomy rozkład prądu.

Poniższe warunki są istotne przy wdrażaniu wynalazku: antena musi być dostrojona do częstotliwości sygnału, tj. dla częstotliwości sygnału długość obwodu elektrycznego każdego segmentu toroidalnej spiralnej struktury powinna być równa jednej czwartej długości fali, sygnały w każdym węźle powinny mieć jednorodnąamplitudę, sygnały w każdym wejściu powinny mieć jednakową fazę, sygnał przyłożony do końcówek S1 i S2 powinien być zrównoważony oraz impedancje segmentów linii transmisyjnej łączącej końcówki sygnałowe SI i S2 z wejściami sygnału na toroidalnej spiralnej strukturze powinny być dopasowane do odpowiednich obciążeń na każdym końcu segmentu linii transmisyjnej w celu wyeliminowania odbić sygnału.

Przy wyliczaniu rozmiarów anteny stosowane sąnastępujące parametry, wykorzystywane w poniższych równaniach.

a b D

N n

V_g a(znormalizowane) L_w λ_ο o m

= główna oś torusa;

= podrzędna oś torusa;

= 2 x b = promień koła tworzącego torusa = liczba uzwojeń spiralnego przewodnika owiniętego wokół torusa;

= liczba uzwojeń na jednostkę długości = współczynnik prędkości dla anteny;

= a/λ = a = znormalizowana długość przewodnika;

= długość fali w oparciu o współczynnik prędkości i λ w próżni;

= liczba segmentów anteny.

180 556

Toroidalna antena spiralna ma częstotliwość „rezonansową”, określoną przez następujące trzy zmienne fizyczne:

a = główny promień torusa b = promień koła tworzącego torusa

N = liczba zwojów spiralnego przewodnika owiniętego wokół torusa

V = prędkość przesyłanej fali

Stwierdzono, że liczba niezależnych zmiennych może być dalej zmniejszona do dwu: V_g i N przez znormalizowanie zmiennych w stosunku do długości fali w próżni λ i przekształcenie w celu uzyskania funkcji a(V_g) i b(V_g, N). To jest, taka struktura fizyczna będzie miała odpowiedniączęstotliwość rezonansowąo długości fali w próżni λ. Dla czterosegmentowej struktury rezonans występuje dla tej częstotliwości, dla której główna oś torusa ma długość równą długości fali. Ogólnie, rezonansowa częstotliwość robocza jest taką częstotliwością, dla której tworzona jest fala stojąca na strukturze anteny, na której każdy segment anteny ma długość równą 1/4 długości przesyłanej fali (tj. każdy węzeł 12 na fig. 1 jest w odległości 1/4 długości fali od sąsiedniego węzła). W analizie tej przyjmuje się, że struktura ma całkowity obwód równy jednej długości fali i że doprowadzenia i uzwojenia sąodpowiednio skonfigurowane.

Współczynnik prędkości anteny jest określony następująco:

V 2na 4 L λ

V ₌_ ₌ -- ₌--₌ _Ł ⁶ c λ m λ λ (1)

Fizyczne wymiary torusa mogą być znormalizowane w stosunku do długości fali w próżni następująco:

a , b a= — b= — λ λ (2)

W cytowanej pracy Kandoiana i W. Sichaka przedstawiono wyrażenie, które przewiduje współczynnik prędkości dla linii koncentrycznej z pojedynczym liniowym spiralnym przewodnikiem wewnętrznym. Przez podstawienie zmiennych geometrycznych, wyrażenie to zostało przekształcone dla toroidalnej, spiralnej geometrii w cytowanych opisach patentowych USA nr nr 4622558 i 4751515:

__________________1_______________ bN)²’⁵ <2 bV'⁵

1+20--- — l L ) U/ (3)

Chociaż wyrażenie to jest oparte na innej fizycznej konstrukcji niż opisany tutaj wynalazek, jest użyteczne przy niewielkiej modyfikacji empirycznej, jako przybliżony opis niniejszego wynalazku, aby konstrukcja miała określoną częstotliwość rezonansową.

Podstawiając (1) i (2) do wyrażenia (3) i upraszczając, otrzymujemy:

1/2

1+ 160 <0.25 m V_g) (4)

180 556

Z równania (1) i (2), współczynnik prędkości i znormalizowany główny promień są wprost proporcjonalne jeden do drugiego:

V_g = 2Ka (5)

Zatem równania (4) i (5) mogą być przekształcone, dając wyrażenia na główny promień torusa i promień walca torusa w frakcji V_g i N:

m V_g a =---8π (6)

Z podstawowych zasad geometrii dla torusa wynika, że:

Równania (2), (6), (7), (8) dostarczają zasadniczych, niezależnych od częstotliwości zależności konstrukcyjnych. Mogąbyć użyte albo do wyliczenia fizycznych rozmiarów anteny dla danej częstotliwości roboczej, współczynnika prędkości i liczby uzwojeń lub do rozwiązania odwrotnego problemu: określenia roboczej częstotliwości dla danej anteny o konkretnych wymiarach, mającej określoną liczbę spiralnych uzwojeń.

Dalsze ograniczenia oparte na wymienionej pracy Kondoiana i Sichaka mogąbyć wyrażone w funkcji znormalizowanych zmiennych następująco:

nD² 4 Nb² 4 Nb² 1

IA 0.25 m V_g 5 (9)

Przekształcając to wyrażenie w celu wyliczenia b i podstawiając równanie (7), otrzymujemy:

(l-V_g ²)(V_g)^1/3 mv_g (4 \ 160 —N

N (10)

Przekształcając równanie (10) w celu wydzielenia zmiennych, otrzymujemy:

1-V_g ² 16 N _

V_g '-(5)^,/2 m^a (U)

180 556

Powstałe równanie kwadratowe może być rozwiązane, dając w wyniku:

-α+(α² + 4)^1/2 2 (12)

Z (6) i (8) wynika również:

(B)

Ograniczenie (13), wyliczone z ograniczenia (8), wydaje się być silniejsze niż ograniczenie (12).

Znormalizowana długość spiralnego przewodnika jest wiec określona następująco:

(14)

Długość drutu będzie minimalna, kiedy a=b oraz dla minimalnej liczby zwojów N. Kiedy

a=b, wówczas z (6):	m V b = -^ (15)
a zatem:	111 Vg 2 1/2 111 Vg Ι^ = ^(Ν2 + 1),/2>-^Ν (16)

Dla czterosegmentowej anteny, m=4, więc

L_w>V_gN (17)

Podstawiając równanie (15) do równania (10) otrzymujemy:

V_gN = π³ .10 (m)^1/2

(18)

Dla minimalnej długości drutu, N=minium=4, zatem dla czterosegmentowej anteny:

V_gN=l,151<L_w (19)

Ogólnie, długość drutu będzie najmniejsza dla małych współczynników prędkości, zatem równanie (18) może być przybliżone w następujący sposób:

A^0,4 π

10(m)^1/2 _? (20)

180 556 co po podstawieniu do równania (16) daje:

(3 \0,4 = 0,393 m⁰⁸ (21)

Zatem poza przypadkiem anteny dwusegmentowej, równania Kondoiana i Sichaka przewidują, że całkowita długość drutu na przewodnik będzie większa niż długość fali w próżni.

Na podstawie tych wyrażeń można skonstruować toroid, który efektywnie będzie miał charakterystyki emisyjne liniowej anteny o długości równej połowie długości fali. Doświadczenia z pewną liczbą nawiniętych przeciwnie toroidalnych, spiralnych anten skonstruowanych według niniejszego wynalazku wykazało, że częstotliwość rezonansowa danej konstrukcji różni się od przewidywanej przez równania (2), (6) i (7) a w szczególności rzeczywista częstotliwość rezonansowa zdaj e się odpowiadać wartości przewidywanej przez równania (2), (6) i (7), kiedy liczba zwojów N użyta w obliczeniach j est większa od dwóch do trzech razy niż rzeczywista liczba zwojów dla jednego lub dwu przewodników. W pewnych przypadkach rzeczywista częstotliwość robocza zdawała się być najlepiej skorelowana z długością drutu. Dla danej długości toroidalnego spiralnego przewodnika L_w (a,b,N) długość ta jest równa długości fali w próżni dla fałi elektromagnetycznej, której częstotliwość jest dana przez wyrażenie:

c f_w (a,b,N) = ——— (22)

L_w (a,b,N)

W pewnych przypadkach, zmierzona częstotliwość rezonansowa była najlepiej przewidziana albo przez 0,75*f_w(a,b,N) lub przez f_w(a,b,2N). Na przykład, dla częstotliwości 106 MHz liniowa antena o długości równej połowie długości fali powinna mieć długość 1,415 metra, przyjmując współczynnik prędkości równy 1.0, przy czym konstrukcja toroidu spełniająca założenia wynalazku miałaby następujące wymiary:

a = 6.955 cm b = 1.430 cm

N = 16 zwojów drutu #16 m = 4 segmenty

Dla tego wykonania konstrukcji toroidalnej równania (2), (6) i (7) przewidują częstotliwość rezonansowąrówną 3 11,5 MHz oraz V_g=0,454 dlaN=16 i 166,7MHzdlaN=32. Dla zmierzonej częstotliwości roboczej V_g = 0,154 i aby równanie (4) było spełnione, efektywna wartość N musi być równa 51 zwojów , która jest 3,2 raza większa niż rzeczywista wartość dla każdego przewodnika. W tym przypadku f_w(a,b, N) = 103,2 MHz.

W odmianie wynalazku, przedstawionej na fig. 5, połączona w dwóch wejściach a i c dla sygnału wejściowego są przerwane, podobnie jak przewodniki w odpowiednich węzłach. Pozostałe cztery otwarte wejścia all -a21,al2 - a22, cli - c21 i c21 - c22 są więc zakończone reaktancją Z, której impedancja jest dopasowana do samoistnej impedancji segmentów linii transmisyjnej utworzonych przez nawinięte przeciwnie pary toroidalnych, spiralnych przewodników. Odbicia sygnału od tych kończących reaktancji (patrz fig. 13) wytwarzają sygnał, który jest w kwadraturze faz w stosunku do sygnałów padających, tak że rozkłady prądu na toroidalnym spiralnym przewodniku są podobne do rozkładów dla wykonania z fig. 1, dostarczając zatem takiego samego rozkładu promieniowania, ale z mniejszą liczbą podłączeń zasilających między końcówkami sygnałowymi a wejściami sygnału, co upraszcza strojenie i regulację konstrukcji anteny.

Toroidalne, nawinięte przeciwnie przewodniki mogąbyć rozmieszczone w inny niż spiralny sposób i wciąż mogą spełniać ideę niniejszego wynalazku. Figura 14 przedstawia jedne z takich alternatywnych rozwiązań („poloidalno-peryferyjny rozkład uzwojenia”), przy czym spirala utworzona przez każdy z dwu izolowanych przewodników Wl, W2 jest rozłożona na szereg

180 556 połączonych jedna z drugąpętli poloidalnych 14.1. Połączenia tworzą kołowe łuki w stosunku do głównej osi. Dwa oddzielne przewodniki są zawsze równoległe, umożliwiając uzyskanie w tym układzie dokładniejszej redukcji składowych toroidalnego prądu elektrycznego i bardziej precyzyjne ukierunkowanie składowych prądu magnetycznego, wytworzonych przez pętle poloidalne. Ten przykład wykonania charakteryzuje się większą pojemnością między przewodnikami, która powoduje obniżenie częstotliwości rezonansowej konstrukcji, co stwierdzono doświadczalnie. Częstotliwość rezonansowa tego wykonania może być regulowana przez regulację odległości między równoległymi przewodnikami W1 i W2, przez regulację względnego kąta dwu nawiniętych przeciwnie przewodników jednego względem drugiego i względem albo głównej osi torusa, albo osi podrzędnej torusa.

Sygnały w każdym z wej ść sygnałowych S1, S2 powinny być zrównoważone j eden względem drugiego pod względem amplitudy i fazy (tj. powinny mieć jednakową amplitudę z jednorodną różnicą fazy, równą 180°), aby najlepiej wdrożyć wynalazek. Wprowadzające sygnał segmenty linii transmisyjnej powinny być również dopasowane po obu końcach, tj. na wspólnym złączu końcówki sygnałowej i na każdym z indywidualnych wejść sygnałowych na nawiniętej przeciwnie toroidalnej, spiralnej konstrukcji. Niedokładności w nawiniętych przeciwnie uzwojeniach, w bryle, na której są one nawinięte lub w innych parametrach mogą wywoływać zmiany impedancji w wejściach sygnałowych. Takie zmiany mogą wymagać kompensacji, tak jak w postaci przedstawionej na figurze 15, tak aby prądy wpływające do struktury anteny miały zrównoważoną amplitudę i fazę, aby umożliwić możliwie największą redukcję toroidalnych składowych prądu elektrycznego, jak opisano poniżej. W najprostszej postaci, jeśli impedancja na końcówkach sygnałowych jest równa Z_o zwykle 50 omów, zaś impedancja sygnałowa w wejściach sygnałowych ma wartość Z_rm*Z₀, wówczas wynalazek powinien być wykonany z m liniami doprowadzania sygnałów o jednakowych długościach i każda o impedancji Z_b tak że równoległe połączenie tych impedancji na końcówce sygnałowej ma wartość Z_o. Jeśli impedancja w końcówkach sygnałowych ma wartość rezystancji Z, różną od powyższej, wynalazek powinien być wykonany z liniami doprowadzającymi sygnały transformatora ćwierćfalowego, każda o długości jednej czwartej długości fali i mająca własnąimpedancję Z_f=Z_o Z_P Ogólnie, wszelkie impedancje powinny być dopasowane z podwójnymi strojnikami, wykonanymi z elementów linii transmisyjnej. Linie zasilające z końcówek sygnałowych mogąbyć indukcyjnie sprzężone z wejściami sygnałowymi, jak widać na figurze 16. Oprócz umożliwienia dopasowania impedancji wejść sygnałowych do linii doprowadzającej sygnały, technika ta działa jako układ równoważący przekształcający niezrównoważony sygnał w końcówce doprowadzenia sygnału na zrównoważony sygnał w wejściach sygnałowych na nawiniętej przeciwnie, toroidalnej spiralnej strukturze. Przy takim indukcyjnym sprzężeniu, współczynnik sprzężenia między wejściem dostarczania sygnału a strukturą anteny może być wyregulowany, aby umożliwić swobodny rezonans struktury anteny. Inne środki do dopasowywania i równoważenia impedancji, fazy i amplitudy, znane specjalistom w danej dziedzinie mogąbyć również użyte bez odchodzenia od idei niniejszego wynalazku.

Konstrukcja anteny może być strojona w różny sposób. W najlepszym sposobie, środki strojenia powinny być jednorodnie rozłożone wokół struktury, aby zachować jednorodny prąd poziomo magnetycznego pierścienia. Figura 17 ilustruje zastosowanie poloidalnych struktur folii 18.1,19.1 (patrz fig. 18 i 19) otaczające dwa izolowane przewodniki, które modyfikująpojemnościowe sprzężenie między oboma spiralnymi przewodnikami. Poloidalne elementy dostrojcze mogą tworzyć albo otwarte, albo zamknięte pętle, przy czym zamknięte pętle wprowadzają dodatkową składową sprzężenia indukcyjnego. Figura 20 przedstawia sposób równoważenia sygnałów w konstrukcji anteny przez pojemnościowe sprzężenie różnych węzłów, a w szczególności węzłów położonych na przeciwnych końcach średnicy na tym samym przewodniku. Pojemnościowe sprzężenie, przy zastosowaniu zmiennego kondensatora C1, może być ciągłe w płaszczyźnie poziomej przez zastosowanie kołowej folii lub siatki przewodzącej, albo ciągłej, albo w odcinkach, która jest równoległa do powierzchni toroidalnej bryły. Wykonania przedstawione na figurach 23 i 25 powstały z rozwinięcia wykonań z fig. 17 do 21, gdzie cała toroidalna, spiralna

180 556 struktura HS jest otoczona przez osłonę 22.1, która jest wszędzie koncentryczna. W idealnym przypadku toroidalna, spiralna struktura HS wytwarza dokładnie toroidalne pola magnetyczne, które sąrównoległe do takiej osłony, tak że dla dostatecznie cienkiej folii dla danej wartości przewodności i roboczej częstotliwości, elektromagnetyczne warunki graniczne są spełnione, umożliwiając propagację pola elektromagnetycznego poza strukturę. Szczelina (poloidalna) 25.1 może być dodana w celu strojenia, jak wyjaśniono w niniejszym opisie.

Nawinięta przeciwnie toroidalna, spiralna struktura anteny jest rezonatorem o stosunkowo wysokim współczynniku Q, który może służyć jako element dostrojczy, połączony z promiennikiem dla nadajnika FM, jak pokazano na figurze 26, mającego wzmacniacz 26.2 sygnału z generatora 26.1, odbierający napięcie z anteny 10. Modulację można realizować dzięki elementowi 26.3, który służy do strojenia parametrycznego i jest sterowany przez źródło modulacji 26.4. Częstotliwość nadawania FI jest kontrolowana przez elektroniczne strojenie pojemnościowego lub indukcyjnego elementu dostroj czego, przyłączonego do struktury anteny albo przez bezpośrednią modyfikację reaktancji lub przez kluczowanie szeregu stałych, omawianych wcześniej, elementów reaktacyjnych, tak aby sterować reaktancją która jest sprzężona ze strukturą, a w ten sposób redukować naturalną częstotliwość przeciwnie nawiniętej toroidalnej struktury spiralnej.

W innej odmianie wynalazku, przedstawionej na figurze 27, toroidalnie spiralne przewodniki według poprzednich przykładów wykonania są zastąpione przez szereg N poloidalnych pętli 27.1 jednorodnie azymutalnie oddalonych jedna od drugiej wokół bryły toroidu. Najbliższe centrum części każdej pętli w stosunku do głównego promienia torusa sąpołączone razem do końcówki sygnałowej SI, podczas gdy najbardziej oddalone części każdej pętli sąpołączone razem do końcówki sygnałowej S2. Poszczególne pętle, chociaż identyczne, mogą mieć dowolny kształt - fig. 28 ilustruje kształt kołowy, a fig. 30 przedstawia kształt prostokątny. Elektryczny układ równoważny dla tej konfiguracji jest pokazany na fig. 29. Poszczególne segmenty pętlowe działają jak tradycyjna antena ramowa. W złożonej strukturze poszczególne pętle są zasilane równolegle, tak że składowe pola magnetycznego tworzone w każdej pętli są zgodne w fazie i skierowane w kierunku poziomym względem bryły toroidu, wywołując poziomy jednorodny pierścień prądu magnetycznego. Dla porównania, w przeciwnie nawiniętej, toroidalnej antenie spiralnej pola z toroidalnych składowych nawiniętych przeciwnie spiralnych przewodników są zredukowane, jak gdyby składowe te nie istniały, pozostawiając tylko wkłady z poloidalnych części przewodników. Przykład wykonania z fig. 27 eliminuje zatem składowe toroidalne z fizycznej struktury, a nie opiera się na redukowaniu odpowiednio generowanych pół elektromagnetycznych. Zwiększając liczbę poloidalnych pętli w wykonaniu z fig. 27 uzyskuje się wykonania z fig. 31 i 33 dla pętli o kształcie prostokątnym lub kołowym odpowiednio. Poszczególne pętle stają się ciągłymi powierzchniami przewodzącymi, które mogą mieć, lub mogą nie mieć szczeliny w płaszczyźnie radialnej, aby emulować wykonanie wielopętlowe. Struktury te wytwarzaj ąprądy poziomego pierścienia magnetycznego, które są wszędzie równoległe do przewodzącej powierzchni toroidalnej i których odpowiednie pola elektryczne są wszędzie prostopadłe do przewodzącej powierzchni toroidalnej. Zatem fale elektromagnetyczne wytwarzane przez tę strukturę mogą propagować przez przewodzącą powierzchnię, o ile powierzchnia jest dostatecznie cienka dla przypadku ciągłego przewodnika. Urządzenie będzie działało jak pierścień dipoli elektrycznych przesuwając ładunki między stronami górną i dolną struktury, tj. równolegle do kierunku głównej osi bryły toroidalnej.

Wykonania z fig. 27 i 31 posiadajątę wadę, że mają stosunkowo duże rozmiary ze względu na to, że obwód pętli musi być rzędu połowy długości fali, aby uzyskać działanie rezonansowe. Jednakże rozmiar pętli można zredukować albo przez dodanie szeregowej indukcyjności albo równoległej pojemności do struktury z fig. 27 i 31. Figura 34 ilustruje dodanie szeregowej indukcyjności przez utworzenie centralnego przewodnika z wykonania z fig. 31 do cewki solenoidu 35.1. Figura 36 ilustruje dodanie równoległej pojemności 36.1 do wykonania z fig. 31. Równoległy kondensator jest w postaci centralnej piasty 36.2 dla toroidalnej struktury TS, która służy również dostarczeniu mechanicznego oparcia zarówno dla toroidalnej bryły jak i dla centralnego łącznika elektrycznego 36.3, którym sygnał z końcówek SI i S2 jest wprowadzany do struktury

180 556 anteny. Równoległy kondensator i strukturalna piasta sąutworzone z dwu przewodzących płytek P1 i P2, wykonanych z miedzi, aluminium lub innego nieżelaznego przewodnika i oddalone jedna od drugiej przez ośrodek, na przykład powietrze, teflon, polietylen lub inny małostratny materiał dielektryczny 36.4. Łącznik 36.3 z końcówkami SI i S2 jest przewodząco połączony do środków równoległych płytek Pl P2, które sąprzewodząco połączone z odpowiednimi bokami toroidalnej szczeliny po wewnętrznej stronie przewodzącej toroidalnej powierzchni TS. Prąd sygnału przepływa radialnie na zewnątrz z łącznika 36.3 przez płytki P1 i P2 i wokół przewodzącej toroidalnej powierzchni TS. Dodanie pojemności poprzez umieszczenie przewodzących płytek Pl i P2 pozwala, aby poloidalny obwód toroidalnej powierzchni TS był znacznie mniejszy niż byłby wymagany w przeciwnym przypadku dla podobnego stanu rezonansu w antenie ramowej, pracującej przy tej samej częstotliwości.

Pojemnościowy element dostrojczy z fig. 36 może być połączony z indukcyjnymi pętlami z fig. 27, tworzą wykonanie z fig. 37, którego konstrukcja może być zilustrowana przez przyjęcie dla układu równoważnego z figury 38, że cała pojemność jest dostarczana przez kondensator z równoległych płytek, zaś cała indukcyjność jest dostarczana przez pętle z drutów. Wyrażenia dla pojemności kondensatora wykonanego w postaci równoległych płytek i dla drutowej cewki indukcyjnej sąpodane przez Howarda W. Samsa w pracy „Poradnik dla inżynierów łączności, wydanie 7”, wydanej przez E. C. Jordana, 1986 r., str. 6-13:

C = 0,225 ε

(23) oraz wre ₁₀₍₎ i a i

7.353 log₁₀ 16- - 6,386 k dż .

(24) gdzie:

C = pojemność (pF);

L_wire = indukcyjność (pH);

A = powierzchnia płytki;

t = odległość jednej płytki od drugiej;

N = liczba płytek;

a = średni promień pętli z drutu;

d = średnica drutu;

ε_Γ = względna stała dielektryczna;

Częstotliwość rezonansowa równoważnego układu równoległego, przyjmując, że w sumie jest N drutów, jest więc określona następująco:

(L^ C)¹'²

(25) f - (26)

2π

Dla toroidalnej bryły o średnicy koła tworzącego = 7,00 cm i głównej średnicy wewnętrznej (średnicy płytek kondensatora) równej 10,28 cm dla N = 24 pętli z drutu „16” (d = 0,16 cm)

180 556 przy odległości między płytkami t = 0,358 cm otrzymujemy częstotliwość rezonansową równą 156,5 MHz.

Dla wykonania z fig. 38, indukcyjność jednozwojowych pętli toroidalnych jest określona w przybliżeniu przez wyrażenie:

L = (27)

2a gdzie po jestprzenikalnościąmagnetycznąpróżni, μθ=400π nH/m, zaś a i b sąodpowiednio wewnętrznym promieniem torusa i promieniem koła tworzącego torus.

Pojemność kondensatora wykonanego z równoległych płytek w postaci piasty torusa jest określona następująco:

rC — ^ε0 ^ε r ^{— £}0 ^£ r । tutaj ε₀ jest przenikalnością elektryczną próżni, ε₀ = 8.854 pF/m.

Podstawiając równania (27) i (28) do równań (25) i (26) otrzymujemy:

MHz (28)

38,07 b² (a-b)²s_r (29)

Równanie (29) przewiduje, że konfiguracja toroidalna, przedstawiona powyżej z wyjątkiem ciągłej powierzchni przewodzącej będzie maiła taką samą częstotliwość rezonansową 156,5 MHz, jeśli odległość między płytkami zostanie zwiększona do 1,01 cm.

Wykonania z fig. 36, 37 i 38 mogą być strojone przez regulację albo odległości między całymi płytkami, albo odległości stosunkowo wąskiej pierścieniowej szczeliny od płytki, jak pokazano na fig. 38, gdzie ten środek dokładnego strojenia jest w płaszczyźnie azymutowej symetryczny, aby zachować symetrię sygnałów, które propagują radialnie na zewnątrz od centrum struktury.

Figury 39 i 41 przestawiająmetody do zwiększania szerokości pasma struktury anteny. Ponieważ, sygnały propagująna zewnątrz w kierunku radialnym, szerokość pasma jest zwiększona przez dostarczenie rożnych obwodów rezonansowych w różnych kierunkach radialnych. Zmiana geometrii jest symetryczna w płaszczyźnie poziomej, aby zminimalizować geometryczne zakłócenia w poziomym polu magnetycznym. Figury 39 i 41 ilustrują rozwiązania, które są wykonane z dostępnej w handlu armatury, podczas gdy fig. 25 (lub fig. 24) ilustrują geometrię z sinusoidalnie zmienianym promieniem, która redukuje geometryczne zakłócenia w polu magnetycznym.

Dotychczasowe rozwiązania anten spiralnych znalazły zastosowanie w zdalnym określaniu cech geotechnicznych i w nawigacji. Dla tych zastosowań wykorzystywane są stosunkowo małe częstotliwości, wymagające dużych struktur do prawidłowego działania. Liniowa antena spiralna jest przedstawiona na fig. 43. Można jąprzybliżyć przez fig. 44, gdzie rzeczywista spirala jest rozłożona na szereg jednozwojowych pętli oddzielonych przez liniowe połączenia. Jeśli pole magnetyczne jest jednorodne lub prawie jednorodne wzdłuż długości tej struktury, wówczas elementy pętlowe mogąbyć oddzielone od elementu liniowego, tworząc strukturę z fig. 45. Rozmiary tej struktury mogąbyć dalej zmniejszone przez podstawienie za element liniowy opisanych tutaj struktur antenowych albo toroidalnej spiralnej, albo toroidalnej poloidalnej, jak pokazano na fig. 46. Główną zaletą tej konfiguracji jest to, że cała struktura jest bardziej zwarta niż odpowiednia liniowa spirala, co jest korzystne w przypadku konstrukcji przenośnej, stosowanej na przykład w samolotach, samochodach lub w statkach lub w zastosowaniach wymagających dyskrecji. Drugą zaletą tej konfiguracji oraz konfiguracji z fig. 45 jest to, że składowe

180 556 sygnału dla pola magnetycznego i pola elektrycznego są rozdzielone, co pozwala na ich modyfikację i ponowne połączenie w sposób inny niż występujący w przypadku liniowej spirali, ale który może dostarczać dodatkowych informacji.

Na figurze 48 przedstawiony jest schemat elektromagnetycznej anteny 48. Antena 48 zawiera powierzchnię wielospójną takąjakbryła toroidu TF z fig. 1, układ izolowanego przewodnika 50 i dwie końcówki sygnałowe 52, 54.

Stosowane tutaj określenie „powierzchnia wielospójną” powinno niewątpliwie, choć nie wyłącznie, obejmować dowolną powierzchnię toroidalną taką jak korzystna bryła toroidu TF, mająca główny promień większy lub równy promieniowi koła tworzącego torus, inne powierzchnie, utworzone przez obrócenie płaskiej krzywej zamkniętej lub wieloboku, mające liczne różne promienie wokół osi leżącej w ich płaszczyźnie, przy czym główny promień takich powierzchni jest większy lub równy maksymalnemu promieniowi koła tworzącego, oraz jeszcze inne powierzchnie, takie jak powierzchnie przypominające podkładkę lub nakrętkę, na przykład nakrętkę sześciokątną utworzoną z ogólnie płaskiego materiału w celu zdefiniowania, w stosunku do jego płaszczyzny, wewnętrznego obwodu większego od zera i zewnętrznego obwodu większego niż obwód wewnętrzny, przy czym obwody zewnętrzny i wewnętrzny są płaską krzywą zamkniętą i/lub wilobokiem.

Przykładowy układ izolowanego przewodnika 50 rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 56 wokół i nad powierzchniąbryły toroidu TF, z fig. 1, od węzła 60 (+) do innego węzła 62 (-). Układ izolowanego przewodnika 50 rozciąga się również wzdłuż innej drogi przewodzenia 58 wokół i nad bryłą toroidu TF od węzła 62 (-) do węzła 60 (+), tworząc w ten sposób pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i nad bryłą toroidu TF.

Zgodnie z uwagami dotyczącymi fig. 1, drogi przewodzenia 56, 58 mogą być przeciwnie nawiniętymi spiralnymi drogami przewodzenia, mającymi tę samą liczbę zwojów, przy czym sposób nawinięcia spirali dla drogi przewodzenia 56 jest prawoskrętny (RH), jak pokazano ciągłą linią zaś sposób nawinięcia spirali dla drogi przewodzenia 58 jest lewoskrętny (LH), który jest przeciwny w stosunku do sposobu nawinięcia RH, jak pokazano liniami przerywanymi.

Drogi przewodzenia 56, 58 mogą być rozmieszczone w sposób inny niż spiralny, na przykład ogólnie spiralny lub spiralny z rosnącym promieniem i wciąż będą zgodne z ideąniniejszego wynalazku. Drogi przewodzenia 56, 58 mogą być nawiniętymi przeciwnie „formami poloidalno-peryferyjnego nawinięcia”, mającymi przeciwne sposoby nawinięcia, jak przedstawiono wcześniej w związku z fig. 14, gdzie spirala utworzona przez każdy z dwu izolowanych przewodników Wl, W2jest rozłożona na szereg połączonych ze sobą pętli poloidalnych 14.1.

Analizując dalej fig. 48, drogi przewodzenia 56, 58 zmieniają sposób nawinięcia w węzłach 60,62. Końcówki sygnałowe 52,54 są elektrycznie połączone z węzłami 60, 62 odpowiednio. Końcówki sygnałowe 52, 54 albo zasilają albo odbierająz układu izolowanego przewodnika 50 wyjściowy (nadawany) lub wejściowy (odbierany) elektryczny sygnał 64 o częstotliwości radiowej. Na przykład, w przypadku sygnału nadawanego, pojedyncza nieskończona droga przewodzenia układu izolowanego przewodnika 50 jest zasilana szeregowo z końcówek sygnałowych 52, 54.

Drogi przewodzenia 56,58 mogąbyć utworzone przez pojedynczy izolowany przewodnik, jak na przykład drut lub ścieżkę obwodu drukowanego, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia, obejmującą drogę przewodzenia 56 od węzła 60 do węzła 62 i drogę przewodzenia 58 od węzła 62 z powrotem do węzła 60. Drogi przewodzenia 56, 58 mogąbyć utworzone również przez liczne izolowane przewodniki, tak że jeden izolowany przewodnik tworzy drogę przewodzenia 56 od węzła 60 do węzła 62, zaś inny izolowany przewodnik tworzy drogę przewodzenia 58 od węzła 62 z powrotem do węzła 60.

Na figurach 49 do 51 przedstawione są wykresy prądu i pola magnetycznego w stosunku do węzłów 60,62 anteny 48. Podobnie jak powyżej, odnośnie fig. 7 do 12, prądy w drogach przewodzenia 56,58 z fig. 48 mająfazy przesunięte jedna w stosunku do drugiej o 180 stopni. Rozkłady prądu są odnoszone w tych wykresach do węzłów 60,62, gdzie J odnosi się do prądu elektrycznego, M odnosi się do prądu magnetycznego, CW odnosi się do kierunku zgodnego z kierunkiem obrotu wskazówek zegara, zaś CCW odnosi się do kierunku przeciwnego do kierunku ruchu wskazówek zegara. Przyjęto tutaj, że nominalna częstotliwość robocza sygnału 64 jest dostrojona do struktury anteny 48 w tym

180 556 celu, aby obwód elektryczny anteny miał długość połowy długości fali i aby rozkład prądu na strukturze był sinusoidalny, co jest przybliżeniem. Nawinięte przeciwnie drogi 56, 58, z których każda ma długość równą około połowy propagującej długości fali dla nominalnej częstotliwości roboczej, mogą być rozpatrywane jako elementy niejednorodnej linii transmisyjnej ze zrównoważonym zasilaniem. Drogi 56,58 tworzązamkniętąpętlę, która została skręcona, tworząc „ósemkę”, a następnie zagięta na siebie, tworząc dwa koncentryczne uzwojenia.

W celu zwiększenia zrozumienia wykonania z fig. 48 do 51, podany zostanie przykład.

Przykład

Dla nominalnej częstotliwości roboczej 30.75 MHz, na przykład, liniowa antena półfalowa będzie długa na około 4,877 metra, przyjmując współczynnik prędkości równy 1,0. Przeciwnie, dla przykładowej nominalnej częstotliwości roboczej 30,75 MHz, elektromagnetyczna antena 48, wykorzystująca toroidalnąbryłę TF, z fig. 1, będzie miała następujące charakterystyki:

a = 28,50 cm główny promień;

b = 1,32 cm promień koła tworzącego torus;

N = 36 zwojów drutu #16 w każdej z dróg przewodzących 56, 58;

m = 2 drogi przewodzące 56, 58.

Wykres na fig. 49 przedstawia rozkład prądu elektrycznego z polaryzacją odnoszoną do kierunku propagacji od węzłów 60, 62, z których sygnał jest wysyłany. Wykres na fig. 50 przedstawia ten sam rozkład prądu w odniesieniu do wspólnego kierunku przeciwnego do kierunku ruchu wskazówek zegara, wskazując na to, że polaryzacja prądu zmienia się w zależności od kierunku, do jakiego jest on odnoszony. Figura 51 ilustruje odpowiedni rozkład prądu magnetycznego, wykorzystujący zasadę zilustrowaną powyżej odnośnie fig. 1, przy czym fig. 50 przedstawia, że rozkład prądu elektrycznego netto na bryle toroidu TF z fig. 1 jest zredukowany, a fig. 51 przedstawia, że rozkład prądu magnetycznego netto jest zwiększony.

W ten sposób, droga przewodzenia 56 przewodzi prądy elektryczne CCW]J, CWJ, zaś droga przewodzenia 58 przewodzi prądy CCW₂J i CW₂J. Drogi przewodzenia 56,58 i związane ż nimi prądy elektryczne wytwarzająodpowiednie prądy magnetyczne w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara i w kierunku przeciwnym, takie jak prądy magnetyczne CCWjM i CCW₂M wytwarzane przez odpowiednie drogi przewodzenia 56, 58 i odpowiednie prądy CCWJ i CCW₂J płynące w nich. Figura 50 z rozkładem prądu odniesionym do kierunku CCW, ilustruje destrukcyjną interferencję prądów CCWJ i CCW₂J. Podobnie, fig. 51, z rozkładem prądu odniesionym do kierunku CCW, ilustruje konstruktywną interferencję prądów magnetycznych CCWjM i CCW₂M.

Sposób nadawania sygnału o częstotliwości radiowej (RF), takiego jak sygnał 64 przy pomocy przykładowej anteny 48 z fig. 48 obejmuje doprowadzenie sygnału RF 64 do końcówek sygnałowych 52, 54 w celu zaindukowania między nimi prądów elektrycznych CCWjJ, CW]J, CCW₂J, CW₂J sygnału RF 64, przesłanie prądów elektrycznych CCW! J i CWJ drogą przewodzenia 56, przesłanie prądów elektrycznych CCW₂J i CW₂J_drogąprzewodzenia 58 i zastosowanie dróg przewodzenia 56, 58 nawiniętych przeciwnie jedna w stosunku do drugiej.

Na figurze 52 przedstawiony jest schemat innej anteny elektromagnetycznej 48'. Antena 48' posiada powierzchnię wielospójną, taką jak bryła toroidu TF, z fig. 1, układ izolowanego przewodnika 50' i dwie końcówki sygnałowe 52', 54'. Z wyjątkiem szczegółów omawianych tutaj, elektromagnetyczna antena 48', układ izolowanego przewodnika 50⁷ i końcówki sygnałowe 52', 54' są ogólnie takie same jak odpowiednio elektromagnetyczna antena 48, układ izolowanego przewodnika 50 i końcówki sygnałowe 52, 54 z fig. 48.

Przykładowy układ izolowanego przewodnika 50' rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 56' wokół i nad bryłą toroidu TF, z fig. 1, od węzła 60' (+) do pośredniego węzła A i od pośredniego węzła A do innego węzła 62' (-). Układ izolowanego przewodnika 50' również rozciąga się wzdłuż innej drogi przewodzenia 58' wokół i nad bryłą toroidu TF od węzła 62' (-) d innego pośredniego węzła B i od pośredniego węzła B do węzła 60' (+) tworząc w ten sposób pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i nad bryłą toroidu TF.

180 556

Zgodnie z uwagami odnośnie fig. 14 i 48, drogi przewodzenia 56', 58' mogąprzeciwnie nawiniętymi spiralnymi drogami przewodzenia, mającymi tę samą liczbę zwojów lub mogą być rozmieszczone w sposób inny niż czysto spiralny, na przykład w sposób z nawiniętą przeciwnie „formą poloidalno-peryferyjnego nawinięcia”, mającą przeciwne sposoby nawinięcia.

Końcówki sygnałowe 52', 54' albo przesyłają do, albo odbierają z układu izolowanego przewodnika 50'wychodzący (nadawany) lub przychodzący (odbierany) elektryczny sygnał 6 o częstotliwości radiowej. Drogi przewodzenia 56', 58', z których każda ma długość równą około połowie przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej sygnału 64, zmieniająsposób nawinięcia w węzłach 60', 62'. Końcówki sygnałowe 52', 54' są elektrycznie połączone z pośrednimi węzłami A, B odpowiednio. Korzystnie, węzły 60', 62' sąna przeciwnych końcach średnicy w stosunku do pośrednich węzłów A, B, aby długość dróg przewodzenia 56', 58' od odpowiednich węzłów 60', 62' do odpowiednich pośrednich węzłów A, B była taka sama, jak długość dróg przewodzenia 56', 58' od odpowiednich pośrednich węzłów A, B do odpowiednich węzłów 62', 60.

Drogi przewodzenia 56', 58' mogą być utworzone przez pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia, obejmującą drogę przewodzenia 56' od węzła 60⁷ do pośredniego węzła A, a następnie do węzła 62' i drogę przewodzenia 58' od węzła 62' do pośredniego węzła B, a następnie do węzła 60'. Każda z dróg przewodzenia 56', 58' może być utworzona również przez jeden lub więcej izolowanych przewodników, na przykład jeden izolowany przewodnik od węzła 60' do pośredniego węzła A i od pośredniego węzła A do węzła 62', lub jeden izolowany przewodnik od węzła 60' do pośredniego węzła A, a inny izolowany przewodnik od pośredniego węzła A do węzła 62'.

Na figurach 53 do 55 przedstawione są wykresy prądu i pola magnetycznego, podobne do odpowiednich wykresów na fig. 49 do 51, odnośnie węzłów 60', A, B, 62' anteny 48' z fig. 52.

Na fig. 56 przedstawiono schemat innej elektromagnetycznej anteny 66. Antena 66 zawiera powierzchnię wielospójną, na przykład bryłę toroidu TF, z fig. 1, pierwszy układ izolowanego przewodnika 68, drugi układ izolowanego przewodnika 70 i dwie końcówki sygnałowe 72,74.

Układ izolowanego przewodnika 68 zawiera parę ogólnie spiralnych dróg przewodzenia 76,78, a układ izolowanego przewodnika 70 podobnie zawiera parę ogólnie spiralnych dróg przewodzenia 80, 82. Układ izolowanego przewodnika 68 rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 76 wokół i częściowo nad bryłątoroidu TF, z fig. 1, od węzła 84 do węzła 86, a także rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 78 wokół i częściowo nad bryłą toroidu TF od węzła 86 do węzła 84 w tym celu, aby drogi przewodzenia 76, 78 tworzyły nieskończoną drogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad bryłą toroidu TF. Układ izolowanego przewodnika 70 rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 80 wokół i częściowo nad bryłą toroidu TF od węzła 88 do węzła 90, a także rozciąga się wzdłuż drogi przewodzenia 82 wokół i częściowo nad bryłątoroidu TF od węzła 90 do węzła 88 w tym celu, aby drogi przewodzenia 80, 82 tworzyły inną nieskończoną drogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad bryłą toroidu TF.

Zgodnie z uwagami odnośnie fig. 14 i 48, drogi przewodzenia 76,78 i 80, 82 mogą być nawiniętymi przeciwnie spiralnymi drogami przewodzenia, mającymi tę samą liczbę zwojów lub mogą być rozmieszczone w inny niż czysto spiralny sposób, jak na przykład w nawiniętą przeciwnie „formę poloidalno-peryferyjnego nawinięcia”, mającąprzeciwne sposoby nawinięcia uzwojenia. Na przykład sposób nawinięcia drogi przewodzenia 76 może być prawoskrętny (RH), jakpokazano ciągłą linią, sposób nawinięcia drogi przewodzącej 78 może być lewoskrętny (LH), który jest przeciwny w stosunku do prawoskrętnego sposobu nawinięcia, jak pokazano liniami przerywanymi, zaś sposób nawinięcia dla dróg przewodzenia 80 i 82 jest LH i RH, odpowiednio. Drogi przewodzenia 76,78 zmieniająsposób nawinięcia w węzłach 84 i 86. Drogi przewodzenia 80, 82 zmieniają sposób nawinięcia w węzłach 88 i 90.

Końcówki sygnałowe 72, 74 przesyłają do, albo odbierają z układów izolowanych przewodników 68,70 wychodzący (nadawany) lub przychodzący (odbierany) elektryczny sygnał 92 o częstotliwości radiowej. Na przykład, w przypadku sygnału nadawanego, para nieskończonych dróg przewodzenia układów izolowanych przewodników 68, 70 jest zasilana równolegle z końcówek sygnałowych 72, 74. Każda z dróg przewodzenia 76, 78, 80, 82 ma długość równą około

180 556 jednej czwartej przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej sygnału 92. Jak widać na fig. 56, końcówka sygnałowa 72 jest elektrycznie połączona z węzłem 84, a końcówka sygnałowa 74 jest elektrycznie połączona z węzłem 88.

Każdy z układów izolowanych przewodników 68, 70 może być wykonany z jednego lub więcej izolowanych przewodników. Na przykład, układ izolowanego przewodnika 68 może mieć pojedynczy przewodnik dla obu dróg przewodzenia 76,78, pojedynczy przewodnik dla każdej z dróg przewodzenia 76,78 lub liczne elektrycznie połączone ze sobą przewodniki dla każdej z dróg przewodzenia 76, 78.

Na figurach 57 do 59 przedstawione są wykresy prądu i pola magnetycznego, podobne do odpowiednich wykresów na fig. 49 do 51, względem węzłów 84, 86, 88, 90 anteny 66 z fig. 56. Wykres z fig. 58 pokazuje taki sam rozkład prądu przy odniesieniu do wspólnego kierunku przeciwnego do kierunku obrotu wskazówek zegara, zaś wykres na fig. 59 przedstawia odpowiedni rozkład prądu magnetycznego.

Na figurze 60 przedstawiona jest inna elektromagnetyczna antena 66'. Z wyjątkiem omawianych tu szczegółów elektromagnetyczna antena 66'jest ogólnie taka sama jak elektromagnetyczna antena 66 z fig. 56. Elektromagnetyczna antena 66' zawiera końcówki sygnałowe 94, 96, które są podobne do odpowiednich końcówek sygnałowych 72, 74 z fig. 56 i końcówek sygnałowych 98, 100. Końcówka sygnałowa 98 jest elektrycznie połączona z węzłem 90, zaś końcówka sygnałowa 100 jest elektrycznie połączona z węzłem 86.

Jak widać na fig. 60, pary 94,96 i 98,100 końcówek sygnałowych 94,96,98,100 albo przesyłajądo, albo odbierają z układów izolowanych przewodników 68,70 wychodzący (nadawany) lub przychodzący (odbierany) elektryczny sygnał RF 94, który jest podawany równolegle na pary końcówek sygnałowych 94, 96 i 98,100.

Alternatywnie, jak pokazano na figurze 61, układ 102 do modyfikacji impedancji i fazy może być umieszczony między sygnałem 94 a jedną lub kilkoma parami 94,96 i 98,100 z fig. 60. Inne środki służące dopasowaniu impedancji, fazy i amplitudy oraz zrównoważeniu mogą przez specjalistów w danej dziedzinie być zastosowane bez odchodzenia od idei wynalazku.

Na figurze 62 przedstawiony jest reprezentatywny rozkład promieniowania w płaszczyźnie pionowej odpowiednio dla elektromagnetycznych anten 48,48', 66 z fig. 48,52,56. Anteny te są liniowo (np. pionowo) spolaryzowane i są stosunkowo niskie, w związku z małąśrednicąbryły toroidu TF, z fig. 1, wzdłuż kierunku polaryzacji. Dalej, takie anteny są ogólnie dookólne w kierunkach, które są normalne do kierunku polaryzacji z maksymalnym wzmocnieniem promieniowania w kierunkach normalnych do kierunku polaryzacji i minimalnym wzmocnieniem promieniowania w kierunku polaryzacji.

Elektromagnetyczne anteny 48,48', 66 z fig. 48,52, 56, redukują główną średnicę toroidalnej powierzchni dla rezonansu w stosunku do dotychczas znanych konstrukcji anten. Długość elektrycznego obwodu podrzędnej osi toroidalnej jest równa λ/2 i jest mniejsza dwukrotnie niż w znanych dotychczas konstrukcjach anten, mających minimalną długość obwodu elektrycznego równą λ. Prędkość propagacji fali wzdłuż nawiniętych przeciwnie układów przewodnika 50, 50*, 68, 70 jest dwa do trzech razy wolniejsza niż w równaniach według pracy Kandoiana i Sichaka. Odpowiednio główna średnica toroidalnej powierzchni jest mniejsza około cztery do sześciu razy. Dalej, tylko pojedyncze wejście zasilania końcówek sygnałowych 52,54; 52', 54'; 72,74 jest wykorzystywane w odpowiednich elektromagnetycznych antenach 48, 48', 66 i, zatem, zadanie dopasowania impedancji wejściowej takich anten do impedancji linii transmisyjnej dla odpowiednich sygnałów 64,64,92 jest łatwiejsze. Ponadto, podstawowy rezonans każdej z elektromagnetycznych anten 48,48' dostarcza stosunkowo dużej szerokości pasma (np. około 10 do 20 procent podstawowego rezonansu) w porównaniu z odpowiednim rezonansem na pierwszej harmonicznej w celu dostarczenia największej szerokości pasma dla przewidywanej nominalnej częstotliwości roboczej. Również działanie przykładowej elektromagnetycznej anteny 48 jest porównywalne z działaniem pionowej półfalowej anteny dipolowej i dostarcza większego zasięgu w danej komunikacji (np. większego niż około 38 mil lądowych) nad wodą morską niż zasięg (np. około 12 mil lądowych) porównywalnej ćwierćfalowej, uziemionej jednobiegunowej lub prętowej anteny.

180 556 a₂

ROZKŁAD PRĄDU ELEKTRYCZNEGO J

FIG. 7

PRĄD ELEKTRYCZNY J CCW

FIG. 8

PRĄD MAGNETYCZNY CCW

FIG. 9

ROZKŁAD PRĄDU ELEKTRYCZNEGO J

FIG. 10

PRĄD ELEKTRYCZNY J CCW

FIG. 11

PRĄD MAGNETYCZNY CCW

FIG. 12

180 556

FIG. 13 STAN TECHNIKI

DOSTROJENIE.

CZĘSTOTLIWOŚCI >

180 556 b₂

FIG. 17 ^da

FIG. 19 b₂

FIG. 20

180 556

FIG. 23

180 556

180 556

FIG. 27

A B

FIG. 28

FIG. 29

FIG. 30

180 556

FIG. 35

180 556

FIG. 38

FIG. 39

ISO 556

FIG. 43 STAN TECHNIKI

FIG. 44 STAN TECHNIKI

FIG. 45

180 556

180 556

FIG. 48

180 556

5 SYGNAŁ 64-- FIG. 52 FIG. 53 < FIG. 54< FIG. 55 <

/58' >-56' Ί /yk \//\2$.-^ / ^—62' 54'-^50'·^* ^^48 ^60'___Z56 5><eĆWiJ >H_62' A —Τύ58' >-60' /56' z f_ ^CCWiJ ( x \CCW2j<®<-60' ^62 58 >60' >^56' ( z /ζ<οόν7ΪΜ7κ /62 Z<ĆCW2M^\^ Ej----T “\---, K ^-62' \^-58' °

180 556

86χ Η© 80' ©Ę /78 90 70-^^-^ FIG. 56 ^8 FIG. 57 < Β 8 FIG. 58 < FIG. 59<

Έ /68 ^/^72 __ _________SYGNAŁ 88^74 ^--92 ^66 CCWJ 86 CCWJ ----^CWJ--^-CWJ -<CWJ86.-_/CWJ 'go x84 CCWJ^~ CCWJ-? /90 /88 -χ-/86 i—^r- \ <76 <82 \ CCW J /80 x78 / □ζ - -© Ęb?- 7©/ 88:rS><id/ Γ_>Ζ 1/ 90·^ Χβ ^-84 /88 RR /90 [ 84\ ~T^rr6 I -?xr· I \ ®^r—<±H— 76 ^82 \ ) CCW M Ei\.”” ”\i) E]~x — / 38-==^ ^80 1 V \7q T / X 90' K86 78 U „ v84

180 556

(-) (+)

FIG. 60

FIG. 61

180 556

FIG. 62

180 556

a)WEZEY NA PRZECIWNYCH KOŃCACH ŚREDNICY

FIG. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 6,00 zł.

Claims (34)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektromagnetyczna antena toroidalna zawierająca powierzchnię wielospójną, mającą główny promień i promień koła tworzącego, przy czym główny promień jest przynajmniej równie duży jak promień koła tworzącego, znamienna tym, że zawiera układy izolowanego przewodnika (50,50*, 68,70) rozciągające się wokół pierwszej, zasadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynajmniej częściowo nad powierzchnią wielospójną, z pierwszym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła (60,60', 84) do drugiego węzła (62,62', 86), przy czym układy izolowanego przewodnika (50,50', 68,70) rozciągająsię również wokół drugiej, zasadniczo spiralnej drogi przewodzenia i przynajmniej częściowo nad powierzchnią wielospójną, z drugim sposobem nawinięcia spirali od drugiego węzła (62,62', 86) do pierwszego węzła (60,60', 84), który jest przeciwny do pierwszego sposobu nawinięcia od pierwszego węzła (60, 6(% 84) do drugiego węzła (62, 62', 86), przy czy przeciwnie nawinięte jedna w stosunku do drugiej spiralne drogi przewodzenia tworzą pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójną, następnie pierwsza końcówka sygnałowa (52,52', 72) jest elektrycznie połączoną z jednym z dwóch następujących węzłów: z pierwszym węzłem (60,84) oraz węzłem (A) między pierwszym a drugim węzłami (60', 62% a druga kocówka sygnałowa (54,54', 74) jest elektrycznie połączona z jednym z dwóch następujących węzłów: z drugim węzłem (62, 86) przy pierwszej końcówce sygnałowej (52, 72) elektrycznie połączonej z pierwszym węzłem (60, 84) oraz węzłem (B) między drugim a pierwszym węzłami (62', 60% przy pierwszej końcówce sygnałowej (52*) elektrycznie połączonej z węzłem (A) między pierwszym a drugim węzłami (60', 62%
2. 2. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia wielospójną jest powierzchnią toroidu (TF).
3. 3. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (50) zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia.
4. 4. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (50) zawiera pierwszy izolowany przewodnik (56), który rozciąga się od pierwszego węzła (60) do drugiego węzła (62) i drugi izolowany przewodnik (58), który rozciąga się od drugiego węzła (62) do pierwszego węzła (60), przy czym pierwsza i druga końcówki sygnałowe (52,54) są elektrycznie połączone z pierwszym i drugim węzłami (60, 62).
5. 5. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia, przy czym układ izolowanego przewodnika (50) zawiera pierwszy element przewodzący (56) pierwszego prądu elektrycznego (CCWj J, CWj J) wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia i drugi element przewodzący (58) drugiego prądu elektrycznego (CCW₂J, CW₂J) wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia oraz pierwsze obwody wytwarzania pierwszego, prądu magnetycznego (CCWjM) z pierwszego prądu elektrycznego (CCW]J, CWjJ) w pierwszej spiralnej drodze przewodzenia i drugie obwody wytwarzania drugiego prądu magnetycznego (CCW₂M) z drugiego prądu elektrycznego (CCW₂J, CW₂J) wzdłuż ogólnie spiralnej dogi przewodzenia.
6. 6. Antena według zastrz. 5, znamienna tym, że pierwsze i drugie obwody wytwarzania zawierają obwody dostarczania konstruktywnej interferencji pierwszego i drugiego prądów magnetycznych (CCWjM, CCW₂M) do wytwarzania nadawanego sygnału anteny (48).
7. 7. Antena według zastrz. 6, znamienna tym, że pierwszy i drugi elementy przewodzące (56, 58) zawierają obwody dostarczające destruktywnej interferencji pierwszego i drugiego prądów elektrycznych (CCWjJ, CW^, CCW₂J, CW₂J).

   180 556
8. 8. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że końcówki sygnałowe (52,54) są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy (64) o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia a długość układu izolowanego przewodnika (50) wzdłuż każdej ze spiralnych dróg przewodzenia jest równa około połowie przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.
9. 9. Antena według zastrz. 5, znamienna tym, że pierwsza zasadniczo spiralna droga przewodzenia ma pierwszy poloidalno-peryferyjny rozkład uzwojenia (Wl), zaś druga zasadniczo spiralna droga przewodzenia ma drugi poloidalno-peryferyjny rozkład uzwojenia (W2).
10. 10. Antena według zastrz. 9, znamienna tym, że powierzchnia wiełospójna jest powierzchnią toroidu (TF).
11. 11. Antena według zastrz. 9, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (50) zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedyncząnieskończonądrogę przewodzenia.
12. 12. Antena według zastrz. 9, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (50) zawiera pierwszy izolowany przewodnik (56), który rozciąga się od pierwszego węzła (60) do drugiego węzła (62) i drugi izolowany przewodnik (58), który rozciąga się od drugiego węzła (62) do pierwszego węzła (60).
13. 13. Antena według zastrz. 9, znamienna tym, że końcówki sygnałowe (52,54) sąkońcówki przewodzącymi sygnał antenowy (64) o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość układu izolowanego przewodnika (50) w każdym z poloidalno-peryferyjnych rozkładów uzwojenia (Wl, W2) jest równa około połowie przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.
14. 14. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że każda z pierwszej i drugiej zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia, przy czym układ izolowanego przewodnika (SO') rozciąga się wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójną z pierwsżym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła (609 do trzeciego węzła (A) i od trzeciego węzła (A) do drugiego węzła (629, przy czym układ izolowanego przewodnika (509 rozciąga się również wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia wokół i nad powierzchnią wielospójnąz drugim sposobem nawinięcia spirali od drugiego węzła (629 do czwartego węzła (B) i od czwartego węzła (B) do pierwszego węzła (609, zaś pierwsza i druga końcówki sygnałowe (52', 549 są elektrycznie dołączone do trzeciego i czwartego węzłów (A, B).
15. 15. Antena według zastrz. 14, znamienna tym, że powierzchnia wiełospójna jest powierzchnią toroidu (TF).
16. 16. Antena według zastrz. 14, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (509 zawiera pojedynczy izolowany przewodnik, który tworzy pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia.
17. 17. Antena według zastrz. 14, znamienna tym, że układ izolowanego przewodnika (509 zawiera pierwszy izolowany przewodnik (56*) który rozciąga się od pierwszego węzła (609 do trzeciego węzła (A) i od trzeciego węzła (A) do drugiego węzła (629 oraz drugi izolowany przewodnik (589, który rozciąga się od drugiego węzła (629 do czwartego węzła (B) i od czwartego węzła (B) do pierwszego węzła (609.
18. 18. Antena według zastrz. 14, znamienna tym, że pierwszy i drugi węzły (60*, 629 są umieszczone zasadniczo diametralnie w stosunku do trzeciego i czwartego węzłów (A, B).
19. 19. Antena według zastrz. 14, znamienna tym, że końcówki sygnałowe (52', 549 są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy (64) o. nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość układu izolowanego przewodnika (509 wzdłuż każdej ze spiralnych dróg przewodzenia jest równa około połowie długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.
20. 20. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że każda pierwsza i druga z zasadniczo spiralnych dróg przewodzenia jest spiralną drogą przewodzenia a układy izolowanego przewodnika (68, 70) zawierają pierwszy układ izolowanego przewodnika (68) i drugi układ izolowanego przewodnika (70), przy czym pierwszy układ izolowanego przewodnika (68) rozciąga się wzdłuż pierwszej spiralnej drogi przewodzenia (76) wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójnąz pierwszym sposobem nawinięcia spirali od pierwszego węzła (84) do drugiego węzła (86), a tak

    180 556 że rozciąga się wzdłuż drugiej spiralnej drogi przewodzenia (78) wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójną z drugim sposobem nawinięcia od drugiego węzła (86) do pierwszego węzła (84), przy czym pierwsza i druga spiralne drogi przewodzenia pierwsza i druga (76, 78) tworzą pierwszą nieskończoną drogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad powierzchnią wielospójną zaś drugi układ izolowanego przewodnika (70) rozciąga się wzdłuż trzeciej spiralnej drogi przewodzenia (80) wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójną z drugim sposobem nawinięcia spirali od trzeciego węzła (88) do czwartego węzła (90), a także rozciąga się wzdłuż czwartej spiralnej drogi przewodzenia (82) wokół i częściowo nad powierzchnią wielospójną z pierwszym sposobem nawinięcia od czwartego węzła (90) do trzeciego węzła (88), przy czym spiralne drogi przewodzenia trzecia i czwarta (80, 82) tworządrugąnieskończonądrogę przewodzenia wokół i zasadniczo nad powierzchnią wielospójną następnie pierwsza końcówka sygnałowa (72,94) jest elektrycznie połączona z jednym z dwóch następujących węzłów pierwszym węzłem (84) oraz z pierwszym i drugim węzłami (84,90), zaś druga końcówka sygnałowa (74,96) jest elektrycznie połączona z jednym z dwóch następujących węzłów trzecim węzłem (88), kiedy pierwsza końcówka sygnałowa (72) jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem (84) oraz drugim i trzecim węzłami (86, 88), kiedy pierwsza końcówka sygnałowa (94) jest elektrycznie połączona z pierwszym i czwartym węzłami (84, 90).
21. 21. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że powierzchnia wielospójną j est powierzchnią toroidu (TF).
22. 22. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że układy izolowanego przewodnika (68, 70) zawierają izolowane pierwszy i drugi przewodniki (76, 78), które tworzą pierwszą i drugą nieskończone drogi przewodzenia.
23. 23. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że pierwszy układ izolowanego przewodnika (68) zawiera pierwszy izolowany przewodnik (76), który rozciąga się od pierwszego węzła (84) do drugiego węzła (86) i drugi izolowany przewodnik (78), który rozciąga się od drugiego węzła (86) do pierwszego węzła (84) a drugi układ izolowanego przewodnika (70) zawiera trzeci izolowany przewodnik (80), który rozciąga się od trzeciego węzła (88) do czwartego węzła (90) i czwarty izolowany przewodnik (82), który rozciąga się od czwartego węzła (90) do trzeciego węzła (88).
24. 24. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że końcówki sygnałowe (72, 74) są końcówkami przewodzącymi sygnał antenowy (92) o nominalnej częstotliwości roboczej, przy czym długość każdego pierwszego i drugiego z układów izolowanego przewodnika (68, 70) w każdej ze spiralnych dróg przewodzenia (76, 78, 80, 82) jest równa około jednej czwartej przesyłanej długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.
25. 25. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że pierwsza końcówka sygnałowa (72) jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem (84) a druga końcówka sygnałowa (74) jest elektrycznie połączona z trzecim węzłem (88).
26. 26. Antena według zastrz. 20, znamienna tym, że pierwsza końcówka sygnałowa (94) jest elektrycznie połączona z pierwszym węzłem (84) i czwartym węzłem (90) a druga końcówka sygnałowa (96) jest elektrycznie połączona z drugim węzłem (86) i trzecim węzłem (88).
27. 27. Sposób nadawania sygnału o częstotliwości radiowej elektromagnetycznej anteny toroidalnej, w której wykorzystuje się powierzchnię wielospójną mającą główny promień i promień koła tworzącego, przy czym główny promień jest przynajmniej równie duży co promień koła tworzącego, w którym doprowadza się sygnał o częstotliwości radiowej do pierwszej i drugiej kocówek sygnałowych, dla zaindukowania między nimi prądów elektrycznych sygnału o częstotliwości radkowej, znamienny tym, że przesyła się pierwszy sygnał elektryczny (CCWj J, CWj J) w pierwszym przewodniku (56) wokół i nad powierzchnią wielospójną, przy czym w pierwszym przewodniku (56) stosuje się pierwszy sposób nawinięcia spirali od pierwszej końcówki sygnałowej (52) do drugiej końcówki sygnałowej (54), oraz przesyła się drugi sygnał elektryczny (CCW₂ J, CW₂ J) w drugim przewodniku (58) wokół i nad powierzchnią wielospójną, przy czym w drugim przewodniku (58) stosuje się drugi sposób nawinięcia spirali, który jest przeciwny do pierwszego sposobu nawinięcia spirali, od drugiej końcówki sygnałowej (54) do pierwszej koń

    180 556 cówki sygnałowej (52), przy czym nadaj e się sygnał o częstotliwości radiowej z pierwszego i drugiego przewodników (56, 58) nawiniętych przeciwnie jeden w stosunku do drugiego.
28. 28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że tworzy się pojedynczą nieskończoną drogę przewodzenia z pierwszym i drugim przewodnikami (56, 58) wokół i nad powierzchnią wielospójną.
29. 29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że przy stosowaniu nominalnej częstotliwości roboczej sygnału o częstotliwości radiowej, stosuje się długości każdego pierwszego i drugiego przewodników (56,58) równe połowie długości fali nominalnej częstotliwości roboczej.
30. 30. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że wytwarza się pierwszy prąd magnetyczny (CCW₁M) z pierwszego prądu elektrycznego (CCW^, CW,J) w pierwszym przewodniku (56), wytwarza się drugi prąd magnetyczny (CCW₂M) z drugiego prądu elektrycznego (CCW₂J, CW₂J) w drugim przewodniku (58) i wprowadza się konstruktywną interferencję pierwszego i drugiego prądów magnetycznych (CCWjM, CCW₂M) wytwarzając nadawany sygnał anteny (48).
31. 31. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że wprowadza się destrukcyjną interferencję pierwszego i drugiego prądów elektrycznych (CCWjJ, CW^, CCW₂J, CW₂J).
32. 32. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że do pierwszej i drugiej końcówek sygnałowych (52, 54) doprowadza się inny sygnał z generatora (26.1) oraz wprowadza się sprzężenie zwrotne (NAPIĘCIOWE SPRZĘŻENIE ZWROTNE) z anteny (10) dla strojenia i wzmocnienia we wzmacniaczu (26.2) sygnału z generatora (26.1).
33. 33. Elektromagnetyczna antena toroidalna mająca kształt toroidu oraz końcówki przenoszące sygnał, znamienna tym, że zawiera liczne pętle przewodzące (27.1) rozciągające się wokół toroidu (TF), przy czym każda pętla (27.1) leży na płaszczyźnie przecinającej toroid (TF) orasz jest elektrycznie połączona równolegle w stosunku do każdej innej z pętli przewodzących (27.1.) i do przenoszących sygnał końcówek (SI, S2).
34. 34. Antena według zastrz. 33, znamienna tym, że toroid (TF) jest pokryty materiałem przewodzącym, zaś pętle przewodzące (27.1) zawierają oddalone jedna od drugiej szczeliny w materiale przewodzącym.

    * * *