RU2705513C1

RU2705513C1 - Transceiving antenna of loop type

Info

Publication number: RU2705513C1
Application number: RU2019103783A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Алясев; Василий Михайлович Бондарев; Сергей Борисович Береза; Василий Юрьевич Горн; Алексей Андреевич Кирсанов; Дмитрий Алексеевич Корнеев; Константин Владимирович Лобов; Юрий Владимирович Рыженко; Андрей Николаевич Ивенев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ХайТэк"
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2019-11-07

Abstract

FIELD: antenna equipment.

SUBSTANCE: invention can be used for development of communication systems using an antenna near-field zone. Essence of invention consists in the fact that multiturn transceiving antenna contains two open conducting loops and two capacitors of variable capacitance, as opened conductive loops there used are coils, and third coil is introduced, wherein all three coils are wound on one frame, and two switches, and all antenna elements are placed on one protective screened frame, first contact of transmitting coil is connected to first output of transmitter, second contact of transmitting coil is connected in series to first contact of first contour capacitor of variable capacitance, second contact of which is connected to second output of transmitter, first contact of first switch is connected to first contact of first receiving coil, second contact of which is connected to third contact of second switch, second contact of which is connected to second contact of first switch, third contact of which is connected to first input of receiver and first contact of second contour capacitor of variable capacitance, second contact of which is connected to second input of receiver and second input of second receiving coil, second input of which is connected to third contact of second switch.

EFFECT: enabling development of communication systems using the near-field antenna field.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.The invention relates to antenna technology and can be used to develop communication systems using the near field field of the antenna.

Известны «Разъединенные многопетлевые широкополосные антенны для магнитной связи» [ЕР 2571097 А1, H01Q 9/24, 20.03.2013] и «Антенна сформированная из нескольких резонансных петель» [US 8164530 В2, H01Q 1/4, 24.04.2012], в которых используется несколько слабо связанных рамочных антенн, каждая из которых имеет узкую полосу и настраивается на свою частоту, чтобы сформировать впоследствии общую широкую полосу частот.The well-known "Disconnected multi-loop broadband antennas for magnetic communication" [EP 2571097 A1, H01Q 9/24, 03/20/2013] and "Antenna formed of several resonant loops" [US 8164530 B2, H01Q 1/4, 04/24/2012], in which several loosely coupled loop antennas are used, each of which has a narrow band and is tuned to its own frequency to subsequently form a common wide band of frequencies.

Недостатком такого решения является то, что каждый контур необходимо настраивать на свою узкую рабочую полосу, что является трудоемкой задачей. Кроме того, для исключения влияния контуров друг на друга необходимо увеличивать размеры антенны, что в ряде случаев неприемлемо. В итоге амплитудно-частотная характеристика подобной антенны может иметь «зубчатую» форму, что вынуждает применять для связи сигналы специфической формы и относительно сложную цифровую обработку сигналов.The disadvantage of this solution is that each circuit must be tuned to its narrow working strip, which is a time-consuming task. In addition, to eliminate the influence of the loops on each other, it is necessary to increase the size of the antenna, which in some cases is unacceptable. As a result, the amplitude-frequency characteristic of such an antenna can have a “gear” shape, which makes it necessary to use signals of a specific shape and relatively complex digital signal processing for communication.

В системе и способе сквозной связи (ТТЕ) [US 8886117 B1, Н04В 13/02, 11.11.2014] используется катушка, намотанная на феррите. Феррит в одном из исполнений имеет форму цилиндра, диаметр основания цилиндра 180 мм, высота - 100 мм, масса составляет 11 кг.The system and method for end-to-end communication (TTE) [US 8886117 B1, H04B 13/02, 11/11/2014] uses a coil wound on ferrite. Ferrite in one embodiment has the shape of a cylinder, the diameter of the base of the cylinder is 180 mm, the height is 100 mm, and the mass is 11 kg.

Недостатком такой системы является наличие феррита (громоздкость), а также довольно узкая полоса и высокое реактивное сопротивление.The disadvantage of this system is the presence of ferrite (bulkiness), as well as a rather narrow band and high reactance.

Наиболее близким аналогом к заявляемой является приемопередающая петлевая антенна [RU 94018466 A, H01Q 7/00, 10.02.1995], содержащая две разомкнутые проводящие петли и два настроечных конденсатора переменной емкости. Первые концы петель соединены и образуют первый вывод антенны, а их вторые концы соединены с первыми выводами настроечных конденсаторов, вторые выводы которых объединены и образуют второй вывод антенны. Петли относительно их соединенных концов могут быть ориентированы пространственно одинаково или противоположно, что обеспечивает максимальную перестройку частоты соответственно вверх или вниз.The closest analogue to the claimed one is a transceiver loop antenna [RU 94018466 A, H01Q 7/00, 02/10/1995] containing two open conductive loops and two tuning capacitors of variable capacitance. The first ends of the loops are connected and form the first terminal of the antenna, and their second ends are connected to the first terminals of the tuning capacitors, the second terminals of which are combined to form the second terminal of the antenna. The loops relative to their connected ends can be oriented spatially the same or opposite, which ensures maximum frequency tuning respectively up or down.

Недостатком антенны является то, что она не может быть использована для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.The disadvantage of the antenna is that it cannot be used to develop communication systems using the near field field of the antenna.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения использования антенны для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.The technical result consists in expanding the functionality by providing the use of an antenna for the development of communication systems using the near field field of the antenna.

Технический результат достигается тем, что в приемопередающую антенну петлевого типа, две разомкнутые проводящие петли и два конденсатора переменной емкости, дополнительно то, что в качестве разомкнутых проводящих петель используются катушки, и введены третья катушка, причем все три катушки намотаны на одном каркасе, и два коммутатора, а все элементы антенны размещены на одном защитном экранированном каркасе, первый контакт передающей катушки соединен с первым выходом передатчика, второй контакт передающей катушки соединен последовательно с первым контактом первого контурного конденсатора переменной емкости, второй контакт которого соединен с вторым выходом передатчика, первый контакт первого коммутатора соединен с первым контактом первой приемной катушки, второй контакт которой соединен с третьим контактом второго коммутатора, второй контакт которого соединен с вторым контактом первого коммутатора, третий контакт которого соединен с первым входом приемника и первым контактом второго контурного конденсатора переменной емкости 6, второй контакт которого соединен с вторым входом приемника и вторым входом второй приемной катушки, второй вход которой соединен с третьим контактом второго коммутатора.The technical result is achieved by the fact that a loop type transceiver antenna, two open conductive loops and two variable capacitors, additionally, coils are used as open conductive loops, and a third coil is introduced, with all three coils wound on one frame, and two switch, and all antenna elements are placed on one protective shielded frame, the first contact of the transmitting coil is connected to the first output of the transmitter, the second contact of the transmitting coil is connected in series with the first contact of the first variable capacitor loop capacitor, the second contact of which is connected to the second output of the transmitter, the first contact of the first switch is connected to the first contact of the first receiving coil, the second contact of which is connected to the third contact of the second switch, the second contact of which is connected to the second contact of the first switch the third contact of which is connected to the first input of the receiver and the first contact of the second loop capacitor of variable capacitance 6, the second contact of which is connected n with a second input of the second input receiver and the second receiver coil, the second input of which is connected to a third terminal of the second switch.

На фиг. 1 изображена эквивалентная схема антенны и ее подключение к передатчику и приемнику.In FIG. 1 shows an equivalent antenna circuit and its connection to a transmitter and a receiver.

На фиг. 2 показана конструкция антенны.In FIG. 2 shows the design of the antenna.

Приемопередающая антенна петлевого типа (Фиг. 1, Фиг. 2) содержит три катушки 1, 2 и 3, два конденсатора переменной емкости 5 и 6, два коммутатора 4.1 и 4.2 и защитный экранированный каркас 7, первый контакт передающей катушки 1 соединен с первым выходом передатчика, второй контакт передающей катушки 1 соединен последовательно с первым контактом первого контурного конденсатора переменной емкости 5, второй контакт которого соединен с вторым выходом передатчика, первый контакт первого коммутатора 4.1 соединен с первым контактом первой приемной катушки 2, второй контакт которой соединен с третьим контактом второго коммутатора 4.2, второй контакт которого соединен с вторым контактом первого коммутатора 4.1, третий контакт которого соединен с первым входом приемника и первым контактом второго контурного конденсатора переменной емкости 6, второй контакт которого соединен с вторым входом приемника и вторым входом второй приемной катушки 3, второй вход которой соединен с третьим контактом второго коммутатора 4.2.The loopback transceiver antenna (Fig. 1, Fig. 2) contains three coils 1, 2 and 3, two variable capacitors 5 and 6, two switches 4.1 and 4.2 and a shielded protective frame 7, the first contact of the transmitting coil 1 is connected to the first output transmitter, the second contact of the transmitting coil 1 is connected in series with the first contact of the first loop capacitor of variable capacitance 5, the second contact of which is connected to the second output of the transmitter, the first contact of the first switch 4.1 is connected to the first contact of the first receiving coil 2, the second contact of which is connected to the third contact of the second switch 4.2, the second contact of which is connected to the second contact of the first switch 4.1, the third contact of which is connected to the first input of the receiver and the first contact of the second loop capacitor of variable capacitance 6, the second contact of which is connected to the second input of the receiver and the second input of the second receiving coil 3, the second input of which is connected to the third contact of the second switch 4.2.

Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.

Хорошо известно, что у антенны существует две зоны излучения - ближняя и дальняя. В дальней зоне излучения формируется электромагнитная волна, которая может распространяться в воздухе на дальние расстояния при размерах антенны, соизмеримых с длиной волны. Считается, что дальняя зона находится на расстоянии как минимум одной длины волны от антенны, в то время как ближняя зона - наоборот. Иногда выделяют промежуточную зону. Соответственно, считается, что в дальней зоне антенны не существует никаких компонентов поля, кроме э/м волны. В противоположность, в ближней зоне антенны присутствует магнитное и электростатическое поля, затухание которых происходит сравнительно быстро. Описанная картина характерна для сред с низкой проводимостью.It is well known that an antenna has two radiation zones - near and far. An electromagnetic wave is formed in the far radiation zone, which can propagate in air over long distances with antenna sizes comparable to the wavelength. It is believed that the far zone is at least one wavelength from the antenna, while the near zone is the other way around. Sometimes an intermediate zone is isolated. Accordingly, it is believed that in the far zone of the antenna there are no field components other than the / / m wave. In contrast, in the near zone of the antenna there is a magnetic and electrostatic field, the attenuation of which occurs relatively quickly. The described picture is typical for media with low conductivity.

В средах с высокой проводимостью наблюдается противоположная картина - компоненты ближней зоны излучения антенны затухают медленней, чем дальней. Это используется в ряде случаев для организации связи.In environments with high conductivity, the opposite picture is observed - the components of the near radiation zone of the antenna attenuate more slowly than the far. This is used in some cases for communication.

Передающая антенна подключается к передатчику последовательно с контурным конденсатором 5 и передающей катушкой 1. Конденсатор 5 служит для компенсации реактивной составляющей катушки 1, а активная составляющая передающей антенны и передатчика согласуется путем подбора количества витков передающей катушки 1, что позволяет убрать трансформатор из схемы.The transmitting antenna is connected to the transmitter in series with the loop capacitor 5 and the transmitting coil 1. The capacitor 5 serves to compensate for the reactive component of the coil 1, and the active component of the transmitting antenna and the transmitter is matched by selecting the number of turns of the transmitting coil 1, which allows you to remove the transformer from the circuit.

Приемная антенна содержит две приемные катушки 2 и 3 с одинаковым количеством витков, при этом все три катушки (1, 2 и 3) намотаны на одном каркасе. В случае приема сигнала, коммутаторы 4.1 и 4.2 включаются в положение Rx (катушки 2 и 3 включены последовательно), в случае передачи - в положение Тх (катушки 2 и 3 включены встречно). Встречное включение катушек 2 и 3 при передаче позволяет скомпенсировать наведенный от передающей катушки 1 сигнал. Конденсатор 6 позволяет настроить приемную антенну на резонансную частоту. 7 - защитное экранирование антенны.The receiving antenna contains two receiving coils 2 and 3 with the same number of turns, while all three coils (1, 2 and 3) are wound on one frame. In the case of receiving a signal, the switches 4.1 and 4.2 are switched to the Rx position (coils 2 and 3 are connected in series), in the case of transmission, to the Tx position (coils 2 and 3 are turned on in the opposite direction). The counter inclusion of coils 2 and 3 during transmission allows you to compensate for the signal induced from the transmitting coil 1. The capacitor 6 allows you to tune the receiving antenna to the resonant frequency. 7 - protective shielding of the antenna.

Передающая и приемная антенны электрически являются разными устройствами, однако неотделимо объединены конструктивно друг с другом. Это позволяет разместить приемную и передающую антенны (катушки) на одном защитном экранированном каркасе 7, то есть выполнить устройство максимально компактно.The transmitting and receiving antennas are electrically different devices, however, they are inseparably combined structurally with each other. This allows you to place the receiving and transmitting antennas (coils) on one protective shielded frame 7, that is, to perform the device as compact as possible.

В силу того, что в передающей антенне создается огромный магнитный момент, приемная антенна может просто сгореть, либо могут сгореть входные цепи приемника. Для исключения этого явления, приемная антенна выполнена в виде двух намоток, которые могут включаться либо встречно (при передаче), либо последовательно (при приеме).Due to the fact that a huge magnetic moment is created in the transmitting antenna, the receiving antenna may simply burn out, or the input circuits of the receiver may burn out. To eliminate this phenomenon, the receiving antenna is made in the form of two windings, which can be switched on either in the opposite direction (during transmission) or sequentially (during reception).

Таким образом, приемопередающая антенна петлевого типа позволяет обеспечить использование ее для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.Thus, the loopback transceiver antenna allows its use for the development of communication systems using the near field field of the antenna.

Claims

A multi-turn transceiver antenna containing two open conductive loops and two variable capacitors, characterized in that coils are used as open conductive loops, and a third coil is introduced, with all three coils wound on one frame, and two switches, and all antenna elements are placed on one protective shielded frame, the first contact of the transmitting coil is connected to the first output of the transmitter, the second contact of the transmitting coil is connected in series with the first contact of the first a capacitor of variable capacitance, the second contact of which is connected to the second output of the transmitter, the first contact of the first switch is connected to the first contact of the first receiving coil, the second contact of which is connected to the third contact of the second switch, the second contact of which is connected to the second contact of the first switch, the third contact of which is connected with the first input of the receiver and the first contact of the second loop capacitor of variable capacitance, the second contact of which is connected to the second input of the receiver and W the second input of the second receiving coil, the second input of which is connected to the third contact of the second switch.