Высокочастотная антенна

Авторы патента:


Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна
Высокочастотная антенна

 


Владельцы патента RU 2566608:

КОММИССАРИАТ А Л`ЭНЕРЖИ АТОМИК Э О ЭНЕРЖИ АЛЬТЕРНАТИВ (FR)

Изобретение относится к антеннам. Заявлена индуктивная антенна, сформированная из, по меньшей мере, двух пар сегментов, геометрически состыкованных друг с другом, каждая из которых содержит первый и второй параллельные проводники, изолированные друг от друга, при этом упомянутые пары относятся к первому типу, в котором проводники прерываются в своих средних точках, образуя два сегмента, причем первый (соответственно второй) проводник одного сегмента подключен ко второму (соответственно первому) проводнику другого сегмента пары, или ко второму типу, в котором первый проводник прерывается приблизительно в своей средней точке, образуя два сегмента, и второй проводник не прерывается. Техническим результатом является обеспечение большой индуктивной антенны, адаптированной к передачам в диапазоне частот от одного МГц до нескольких сотен МГц. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к антеннам и в частности к формированию высокочастотной индуктивной антенны.

Изобретение, в частности, применяется к антеннам, предназначенным для передач на радиочастотах порядка нескольких МГц, например для систем связи на основе бесконтактных чиповых карт, радиометок или электромагнитных приемоответчиков.

Уровень техники

На фиг.1 очень схематично показан пример индуктивной системы связи наподобие той, к которой, в порядке примера, применяется настоящее изобретение.

Такая система содержит считывающее устройство или базовую станцию 1, генерирующую электромагнитное поле, которое могут регистрировать один или несколько приемоответчиков 2, находящихся в этом поле. Такие приемоответчики 2 представляют собой, например, электронную метку 2', установленную на объекте в целях идентификации, бесконтактную смарт-карту 2” или, в более общем случае, любой электромагнитный приемоответчик (обозначенный блоком 2 на фиг.1).

На стороне считывающего устройства 1 последовательный резонансный контур сформирован из резистора r, конденсатора C1 и индуктивного элемента L1 или антенны. Этот контур возбуждается высокочастотным генератором 12 (ВЧ), управляемым (соединение 14) другими схемами, которые не показаны, базовой станции 1. Высокочастотная несущая, в общем случае, модулируется (по амплитуде и/или по фазе) для передачи данных на приемоответчик.

На стороне приемоответчика 2 резонансный контур, в общем случае параллельный, содержит индуктивный элемент или антенну L2, соединенную параллельно с конденсатором C2 и с нагрузкой R, представляющей электронные схемы 22 приемоответчика 2. Этот резонансный контур, находясь в поле считывающего устройства, регистрирует высокочастотный сигнал, передаваемый базовой станцией. В случае бесконтактной карты такие схемы, обозначенные блоком 22, содержащие одну или несколько микросхем, подключены к антенне L2, в общем случае поддерживаемой опорой карты. В случае электронной метки 2' индуктивный элемент L2 сформирован из проводящей обмотки, подключенной к электронной микросхеме 22.

Хотя символическое представление в форме последовательного резонансного контура на стороне базовой станции и параллельного резонансного контура на стороне приемоответчика является обычным, на практике можно найти последовательные резонансные контуры на стороне приемоответчика и параллельные резонансные контуры на стороне базовой станции.

Резонансные контуры считывающего устройства и приемоответчика, в общем случае, настроены на одну и ту же резонансную частоту ω (L1.C1.ω2=L2.C2.ω2=1).

Приемоответчики, в общем случае, не имеют автономных источников питания и извлекают мощность, необходимую для их работы, из магнитного поля, генерируемого базовой станцией 1.

Согласно другому примеру применения базовая станция используется для зарядки батареи или другого элемента накопления энергии приемоответчика. В этом случае высокочастотное поле, излучаемое базовой станцией, не нужно модулировать для передачи данных.

В индуктивной антенне проводящая цепь чаще всего является замкнутой цепью, проводящей ток, предназначенный для генерации радиочастотного магнитного поля. Замкнутая проводящая цепь получает питание от радиочастотного генератора 12.

Когда размер антенны становится значительным относительно длины волны, циркуляция тока, предназначенного для генерации магнитного поля по проводнику, затрудняется. Амплитуда и фаза тока испытывают сильные изменения вдоль цепи, из-за чего антенна больше не может действовать в индуктивной петле. Также часто бывает желательно иметь на стороне базовой станции антенну большого размера по сравнению с размером антенны приемоответчика. На самом деле, приемоответчики, в общем случае, движутся (поддерживаемые пользователем), когда представляются базовой станции, и желательно, чтобы они могли регистрировать поле даже в движении. В других случаях желательно, чтобы размер области, где возможна связь с приемоответчиком, был значительным. С другой стороны, полезно использовать большую индуктивную петлю для обеспечения большой дальности связи.

Теперь, чем длиннее проводящая цепь антенны, тем выше ее индуктивность L и тем ниже емкость конденсатора, связанного с антенной. В результате в больших антеннах значение емкости может быть такого же порядка, как паразитные емкости, присутствующие между разными участками проводящих цепей, и как паразитные емкости, которые могут быть внесены в систему (например, рукой пользователя), что нарушает работу.

Чем длиннее проводящая цепь индуктивной антенны, тем больше циркуляция тока вдоль цепи отличается от желаемой. Таким образом, существует значительное изменение амплитуды и фазы тока вдоль цепи, которое изменяет и нарушает пространственное распределение генерируемого магнитного поля. Также существует увеличение электрических потенциалов между разными участками проводящей цепи, из-за чего поведение антенны становится чувствительным к присутствию диэлектрических материалов в своем ближайшем окружении.

Таким образом, длина индуктивной петли традиционно ограничена.

Ранее было предложено делить проводящую петлю на элементы, по отдельности, имеющие одинаковую длину, и повторно соединять эти элементы с конденсаторами для обеспечения возможности использовать большую петлю. Такое решение описано, например, в патенте US 5258766.

Ранее было предложено использовать экранированные индуктивные петли с прерыванием экранирования и инверсией проводника. Такие петли, в общем случае, называются "петлями Мебиуса". Такие структуры описаны, например, в статье Дункана (P. H. Duncan) "Analysis of the Moebius Loop Magnetic Field Sensor", опубликованной в IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, май 1974. Однако такие структуры все же имеют ограниченную длину.

Таким образом, имеется необходимость в формировании большой индуктивной антенны.

Раскрытие изобретения

Задачей варианта осуществления настоящего изобретения является обеспечение индуктивной антенны, позволяющей полностью или частично преодолеть недостатки традиционных антенн.

Другой задачей варианта осуществления настоящего изобретения является обеспечение антенны, которая особенно хорошо адаптирована к передачам в диапазоне частот от одного МГц до нескольких сотен МГц.

Еще одной задачей варианта осуществления настоящего изобретения является обеспечение большой индуктивной антенны (вписывающейся в площадь поверхности, по меньшей мере в десять раз большую) по сравнению с антеннами приемоответчиков, с которыми ей предстоит совместно работать.

Еще одной задачей варианта осуществления настоящего изобретения является обеспечение антенной структуры, совместимой с различными компоновками.

Для решения всех или некоторых из этих и других задач настоящее изобретение предусматривает индуктивную антенну, сформированную из по меньшей мере двух пар геометрически состыкованных секций, каждая из которых содержит первый и второй параллельные проводящие элементы, изолированные друг от друга, причем каждая пара содержит на каждом конце один вывод электрического соединения своего первого проводящего элемента с проводящим элементом соседней пары, в которой упомянутые пары могут относиться:

к первому типу, где проводящие элементы прерываются приблизительно посередине, образуя две секции, причем первый, соответственно второй, проводящий элемент секции подключен ко второму, соответственно первому, проводящему элементу другой секции пары; или

ко второму типу, где первый проводящий элемент прерывается приблизительно посередине, образуя две секции, и второй проводящий элемент не прерывается.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения проводящие секции являются продольно-линейными, причем антенна образует петлю, имеющую пространственную геометрию любого типа.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, соответствующие длины проводящих элементов выбираются согласно резонансной частоте антенны.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения соответствующие длины проводящих элементов выбираются согласно погонной емкости между первым и вторым проводящими элементами.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один емкостной элемент соединяет между собой вторые проводящие элементы соседних пар или первый и второй проводящие элементы одной и той же пары.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один резистивный элемент соединяет между собой вторые проводящие элементы соседних пар или первый и второй проводящие элементы одной и той же пары.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения каждая секция является секцией коаксиального кабеля.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения секции сформированы из витых проводящих элементов.

Настоящее изобретение также предусматривает систему для генерации высокочастотного поля, содержащую:

индуктивную антенну; и

схему для возбуждения антенны высокочастотным сигналом.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутая схема возбуждения содержит высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого располагается между первыми проводящими элементами двух соседних пар антенны.

Краткое описание чертежей

Вышеописанные и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут подробно рассмотрены в нижеследующем неограничительном описании конкретных вариантов осуществления вкупе с прилагаемыми чертежами, на которых:

на фиг.1, описанной ранее, схематично показан в форме блоков пример радиочастотной системы связи, к которой применяется настоящее изобретение;

фиг.2 - упрощенное представление варианта осуществления индуктивной антенны согласно изобретению;

фиг.3 демонстрирует вариант осуществления пары секций первого типа антенны, показанной на фиг.2;

фиг.4 - упрощенное представление другого варианта осуществления индуктивной антенны согласно изобретению;

фиг.5 демонстрирует электрическую схему варианта осуществления первого типа пары секций антенны;

фиг.5A демонстрирует эквивалентную электрическую схему пары, показанной на фиг.5;

фиг.6 демонстрирует электрическую схему варианта осуществления второго типа пары секций антенны;

фиг.6A демонстрирует эквивалентную электрическую схему пары, показанной на фиг.6;

фиг.7 демонстрирует вариант осуществления индуктивной антенны и схем возбуждения и настройки;

фиг.8A и 8B демонстрируют два других варианта осуществления пары секций первого типа; и

фиг.9 демонстрирует другой вариант осуществления пары секций второго типа.

Осуществление изобретения

Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на разных чертежах, выполненных с нарушением масштаба. Для наглядности показаны и будут описаны только элементы, полезные для понимания настоящего изобретения. В частности, схемы возбуждения индуктивной антенны не описаны подробно, причем изобретение совместимо с сигналами возбуждения, используемыми в настоящее время для этого типа антенны. Кроме того, приемоответчики, для которых предназначены антенны генерации поля, подлежащие описанию, также не описаны подробно, причем изобретение совместимо с различными современными приемоответчиками, бесконтактными картами, радиометками и т.д.

На фиг.2 показан упрощенный вид антенны согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

В этом варианте осуществления предусмотрена стыковка нескольких секций 32 и 34 коаксиального кабеля. Эти секции собраны в пары 3, в каждой из которых две секции 32 и 34 соединены, образуя соединение мебиусова типа, то есть жила 324 первой секции подключена к оплетке 342 второй секции в паре, а оплетка 322 подключена к жиле 344 этой второй секции.

В предпочтительном примере, представленном на фиг.2, стыкуются четыре пары 3 секций. Электрическое соединение 4 между двумя соседними парами обеспечивается только одним единственным из проводящих элементов. В примере, представленном на фиг.2, соединение 4 между двумя соседними парами обеспечивается соответствующими оплетками противоположных секций двух пар. Другой проводящий элемент не подключен, то есть в примере, представленном на фиг.2, жилы двух соседних пар не соединены.

Кажется, проще делать однородный выбор для всех секций, чтобы все первые проводники соответствовали либо оплетке, либо жиле всех секций. В этом контексте проводящий элемент одного типа, оплетка или жила, будет использоваться для соединения пар всей антенны. Оплетка является предпочтительной, поскольку ее выбор обеспечивает лучшее электрическое экранирование. Как вариант, можно предложить обеспечивать соединения 4 за счет соответствующих жил противоположных пар. Однако сохраняется возможность делать разный выбор назначения первого проводника и второго проводника между первой секцией и второй секцией одной и той же пары, например, выбирать оплетку в качестве первого проводника для первой секции и жилу в качестве первого проводника для второй секции. Таким образом, согласно другому варианту можно предложить обеспечивать соединения 4 между двумя соседними парами от жилы к оплетке или наоборот.

На фиг.3 показано упрощенное представление пары 3 двух секций 32 и 34 антенны, показанной на фиг.2, соответствующих первому типу пары секций. На уровне центрального соединения 36 проводящая жила 324 секции 32 подключена к оплетке (или экрану) 342 секции 34, и оплетка 322 секции 32 подключена к жиле 344 секции 34.

На фиг.4 показано упрощенное представление другого варианта осуществления антенны.

Две пары 3 секций 32 и 34 первого типа (с перекрестным центральным соединением - фиг.3) попеременно подключаются к двум парам 5 секций 52 и 54 коаксиального кабеля, причем центральное соединение 56 секций различается. В этих парах 5 второго типа секции 52 и 54 соединены своими соответствующими жилами 524 и 544, тогда как их оплетки 522 и 542 не соединены. Стыковые электрические соединения пар тем не менее обеспечиваются посредством взаимного соединения 4 оплеток при несоединенных жилах.

Распределение и количество пар двух типов может изменяться. Однако пары первого типа более предпочтительны.

На самом деле пара первого типа обеспечивает открытую область при скрещивании, что уменьшает чувствительность схемы к паразитным возмущениям. Кроме того, для одинаковой резонансной частоты пары секций могут иметь вдвое меньшую длину для пары второго типа. Уменьшение длины облегчает формирование антенны. Значение индуктивности L0, связанной с парой первого типа, может быть вдвое меньше индуктивности, связанной с парой второго типа. Для одинакового тока циркуляции электрическое напряжение между первыми проводниками в области 36 соединения двух секций пары первого типа вдвое меньше электрического напряжения в области 56 соединения пары второго типа. Область соединения в паре является открытой областью, что создает дополнительные условия для чувствительности схемы к паразитным возмущениям вследствие высокого электрического напряжения в этой области. Снижение электрического напряжения в этой области, обусловленное парой первого типа, позволяет снизить чувствительность к возмущениям.

Фиг.5 демонстрирует электрическую схему первого типа пары 3 секций.

Фиг.5A демонстрирует эквивалентную электрическую схему пары, показанной на фиг.5.

Пара 3 секций 32 и 34 содержит два вывода 42 и 44 соединения с соседними парами. Вывод 42 подключен к первому проводящему элементу 322 секции 32, который, другим своим концом, подключен через перекрестное взаимное соединение 36 ко второму проводящему элементу 344 секции 34, имеющей неподключенный свободный конец 3441 (на стороне вывода 44). Второй проводящий элемент 324 секции 32 имеет свободный конец 3241 (на стороне вывода 42) и другой свой конец, подключенный соединением 36 к первой проводящей секции 342 секции 34, другой конец которой подключен к выводу 44.

Эквивалентная электрическая схема такой пары показана на фиг.5A и предусматривает последовательное электрическое соединение индуктивности величиной L0 и конденсатора величиной C0, где L0 обозначает индуктивность, соответствующую совокупности секций 322 и 342 проводника, рассматриваемой как один и тот же проводник для вычисления этой величины, и где C0 обозначает все внутренние емкости, между жилой и оплеткой в случае коаксиального кабеля - между двумя проводниками (между проводниками 322 и 324 и между проводниками 342 и 344) в случае других вариантов осуществления. Согласно вышеприведенному описанию, взаимные индуктивности между совокупностью секций 322 и 342 (рассматриваемой как проводник для вычисления) и совокупностями секций, эквивалентных секциям 322 и 342 других пар (также рассматриваемыми как проводник для вычисления), пренебрежимо малы. Вследствие формирования в виде петель разные пары достаточно удалены друг от друга, что позволяет пренебрегать взаимными индуктивностями по сравнению со значением L0, например, рассмотренным выше.

Пренебрегая омическими потерями в проводниках и диэлектрическими потерями между проводниками, импеданс пары секций в этом варианте осуществления можно выразить в виде Z=jL0ω+1/jC0ω.

Фиг.6 демонстрирует электрическую схему второго типа пары 5 секций.

Фиг.6A демонстрирует эквивалентную электрическую схему пары, показанной на фиг.6.

В паре 5 секций 52 и 54 первый проводник 522 первой секции 52 подключен к первому выводу 42 доступа и ее другой конец 5222 остается отключенным (несоединенным). Первый проводящий элемент 542 второй секции 54 остается на стороне секции 52 отключенным (конец 5422) и на другом своем конце подключен к выводу 44 доступа к паре 5. Второй проводник 524 первой секции 52 подключен взаимным соединением 56 ко второму проводнику 544 второй секции 54. Концы 5241 и 5441 секций 524 и 544 остаются отключенными.

С электрической точки зрения и согласно фиг.6A, предполагая, что проводники пар 3 и 5 имеют одинаковую длину, пара 5 предусматривает последовательное соединение индуктивного элемента номиналом L0 с емкостным элементом номиналом C0/4, где L0 обозначает индуктивность, соответствующую совокупности секций 522 и 542 проводника, и C0 обозначает все внутренние емкости (между проводниками 522 и 524 и между проводниками 542 и 544).

Импеданс пары секций в этом варианте осуществления можно выразить в виде Z=jL0ω+1/j(C0/4)ω.

С электрической точки зрения две пары последовательно соединенных секций 3 эквивалентны одной паре секций 5 удвоенной длины.

Длины будут адаптированы к рабочей частоте антенны, благодаря чему каждая пара секций соблюдает настройку, то есть LCω2=1. Можно видеть, что согласно распределению типов пар между парами 3 и 5 длины проводящих элементов и значение погонной емкости между двумя проводниками секции могут изменяться. Значения емкостных элементов уже не являются пренебрежимо малыми, и антенна менее чувствительна к возмущениям своей среды.

Формирование антенны с несколькими парами секций наподобие показанных на фиг.5 и 6 позволяет разделять электрическую цепь и не позволяет использовать слишком длинные индуктивные элементы, где ток, текущий по индуктивной замкнутой цепи, не может иметь однородные амплитуду и фазу вдоль всей цепи. На самом деле соединение пар между собой эквивалентно последовательному соединению нескольких резонансных контуров с одинаковой резонансной частотой. В этом случае снимается ограничение на длину индуктивных антенн.

Разные пары секций не обязательно имеют одинаковые длины, обеспеченные для каждой пары, для соблюдения, возможно, с размещением между ними конденсатора, подключенного между двумя проводниками на уровне перехода между парами, резонансного соотношения.

Фиг.7 демонстрирует вариант осуществления индуктивной антенны и схем возбуждения и настройки. Здесь антенна содержит три пары 3 первого типа.

Схема 18 возбуждения представляет собой высокочастотный трансформатор, первичная обмотка 182 которого принимает сигнал возбуждения высокочастотного генератора 12 (фиг.1) и в котором два вывода вторичной обмотки 184 подключены к выводам 42 и 44 двух соседних пар вместо их взаимного соединения 4. Таким образом, вторичная обмотка образует это соединение между двумя парами. Трансформатор предпочтительно выбирать таким образом, чтобы брать обратно к стороне вторичной обмотки индуктивность, которая пренебрежимо мала на рабочей частоте относительно значения L0, что, например, имеет место, когда коэффициент связи близок к 1.

Кроме того, схема 16 настройки соединяет свободные концы 3241 и 3441 проводников 324 и 344 этих двух пар, которые, таким образом, соединяются. Схема 16 в примере, представленном на фиг.7, является резистивной (резистор R4) и емкостной (конденсатор C4) цепью. Функция конденсатора C4 состоит в регулировке резонансной частоты антенны. Функция резистора R4 состоит в настройке добротности Q антенны на выбранное значение, например, для регулировки ширины полосы.

Конденсаторы можно размещать между разными парами, подключать между проводящими элементами одной и той же секции, между проводящими элементами, оставшимися неподключенными (в данном случае жилами секций коаксиального кабеля), и точкой 42 или 44 соединения (в данном случае оплетками секций коаксиального кабеля), или между проводниками, оставшимися неподключенными, соединенных между собой секций каждой пары, для снижения резонансной частоты.

Длину проводящего элемента 324 или 344, оставшегося неподключенным (в данном случае жил), также можно уменьшать для снижения полной емкости соответствующей секции для увеличения резонансной частоты.

Аналогично, резистивные элементы можно подключать между свободными концами проводящих элементов между двумя парами для регулировки и снижения добротности сформированной таким образом антенны. Резистивные элементы также можно вставлять вместо взаимного соединения 4 между двумя парами для снижения и регулировки добротности.

Разным секциям не обязательно придавать прямолинейную форму. Согласно фиг.7, секции могут располагаться в различных компоновках. Таким образом, замкнутая антенна изобретения может быть выполнена в форме рамки, образовывать петли, иметь округлую форму, иметь формы в трех пространственных измерениях и т.д.

В вышеописанных вариантах осуществления схемы регулировки были проиллюстрированы с соединением между парами. Следует отметить, что как вариант и в случае пар второго типа (5) такие схемы можно вставлять в сами пары секций. В этом случае подключаемый конденсатор соединяет два несоединенных между собой свободных конца элементов 522 и 542.

Резистивные элементы также можно вставлять вместо соединений между проводниками двух секций одной и той же пары (первого типа 3 и второго типа 5) на переходе 36 и 56 для снижения добротности.

На фиг.8A, 8B и 9 показаны пары проводящих секций согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Этот вариант осуществления иллюстрирует, что пары проводящих секций могут быть сформированы посредством витых проводников, а не посредством коаксиальных секций.

На фиг.8A и 8B показаны два варианта осуществления пары 3 секций первого типа.

Согласно фиг.8A, две секции витого провода соединены между собой аналогично тому, что описано в связи с секциями коаксиального кабеля.

Фиг.8B демонстрирует другой вариант осуществления перекрестного взаимного соединения пары секций, где перекрещивание фактически достигается переворачиванием проводника, к которому присоединен выходной вывод (например, 44), относительно проводника, к которому присоединен входной вывод (например, 42), и проводящие секции не прерываются внутри пары.

Фиг.9 демонстрирует вариант осуществления пары 5 секций 52 и 54 второго типа, сформированных из витых проводников.

Согласно еще одному варианту осуществления, который не показан, пары секций формируются из невитых проводников, экранированных или нет.

Согласно еще одному варианту осуществления, который не показан, пары секций формируются дорожками, нанесенными на изолирующую подложку.

Антенна, например, определенная выше, также может быть определена как содержащая по меньшей мере две геометрически состыкованные продольно-линейные узловые сборки (3, 5, 3'), каждая из которых содержит согласно своей длине первый и второй параллельные проводящие элементы, изолированные друг от друга, и на каждом конце в соединении с первым проводящим элементом один вывод электрического соединения с соседней узловой сборкой и второй проводник электрически не подключен, где все или часть из узловых сборок относятся:

к первому типу, где каждый из первого и второго проводников прерывается приблизительно посередине и повторно подключается к другому проводнику узловой сборки; или

ко второму типу, где первый проводник прерывается приблизительно посередине и второй проводник не прерывается.

Согласно такому определению проводящий элемент в случае перекрестного соединения (фиг.3, 5 и 8A) сформирован из двух участков, электрически соединенных последовательно, проводящих проводов (жилы или оплетки), отличающихся от используемого кабеля таким образом, что каждый вывод соединения подключен к проводнику той же природы (оплетке или жиле) узловой сборки и при этом электрически не подключен к другому выводу.

Согласно конкретному варианту осуществления секции можно формировать, разрезая обычные коаксиальные линии. В настоящее время существуют некоторые с характеристическими импедансами 50, 75 и 93 Ом, имеющие соответствующие значения погонной емкости 100 пФ/м, 60 пФ/м и 45 пФ/м. Например, в случае перекрестного соединения для 50-омного коаксиального кабеля можно получить индуктивности L0 порядка одного мкГн.

Согласно другому конкретному варианту осуществления, предусматривающему использование защищенных проводников (витых или нет), кабели имеют погонную емкость между проводниками приблизительно в пределах от 30 до 40 пФ/м. Для таких кабелей можно получить, например, индуктивности L0, имеющие значение в пределах приблизительно между 2 и 3 мкГн.

Фиг.10 является упрощенным представлением антенны согласно другому варианту осуществления. Как и в других вариантах осуществления, антенна содержит по меньшей мере две пары (первого типа 3, фиг.5, или второго типа 5, фиг.6) секций, каждая из которых сформирована из параллельных проводящих элементов, изолированных друг от друга. В примере, представленном на фиг.10, предполагается, что это пары секций коаксиального кабеля. Эта структура завершается дополнительной полупарой, сформированной из двух проводящих элементов первого типа 32, 34 или второго типа 52, 54. Вместо установки на конце антенны полупару можно устанавливать между двумя парами. Присутствие дополнительной полупары можно использовать для регулировки длины антенны.

На фиг.11 показано упрощенное представление варианта, согласно которому два сегмента 61 и 63 коаксиального кабеля механически размещены рядом параллельно друг другу и их оплетки электрически соединены друг с другом по меньшей мере на двух концах для формирования единого первого проводящего элемента (соединение 67). Жилы электрически соединены для формирования единого второго проводящего элемента (соединение 65 на одном из концов). Каждый элемент наподобие проиллюстрированного на фиг.11 образует секцию 32, 34, 52 или 54 антенной структуры. Преимущество секции, образуемой сборкой сегментов, показанных на фиг.11, состоит в увеличении погонной емкости секции между первым проводящим элементом и вторым проводящим элементом. Это позволяет уменьшить необходимую длину пары для одинаковой резонансной частоты и, таким образом, обеспечивает дополнительную гибкость в отношении геометрии антенны.

При формировании антенн из коаксиальных секций дополнительное преимущество обусловлено емкостью между экраном и проводящей жилой для формирования индуктивных и емкостных секций, имеющих увеличенную емкость (что позволяет делать их более короткими для той же частоты), в отличие от проводного элемента.

Преимущество описанных вариантов осуществления состоит в том, что они позволяют формировать антенны больших размеров для применений к резонансным частотам более одного МГц (обычно между 10 и 100 МГц). Таким образом, антенны можно создавать на порталах, прилавках и т.д., обеспечивая при этом однородную циркуляцию тока вдоль петли для генерации желаемого поля.

Согласно конкретному варианту осуществления антенна, адаптированная к работе на частоте 13,56 МГц, может быть выполнена в форме прямоугольной рамки приблизительно 87 см на 75 см, сформированной из трех пар проводников (трижды две секции) первого типа в виде 50-омного коаксиального кабеля с погонной емкостью 100 пФ/м (диаметр оплетки 3,5 мм), распределенного в двух парах, имеющих L-образную конфигурацию с осевой длиной 1,07 м (с индуктивностью L0 приблизительно 1,22 мкГн или 1,21 мкГн, с учетом взаимной индуктивности), и одной паре, имеющей U-образную конфигурацию с осевой длиной 1,08 м (с индуктивностью L0 приблизительно 1,20 мкГн или 1,19 мкГн, с учетом взаимных индуктивностей). Резонансную частоту можно регулировать с помощью переменного конденсатора.

Были описаны различные варианты осуществления, и специалисты в данной области техники могут предложить различные изменения и модификации. В частности, размеры, приданные проводящим секциям и емкостным элементам, зависят от применения, и их вычисление не выходит за пределы возможностей специалистов в данной области техники, основанные на функциональных указаниях, заданных выше, и желаемых резонансной частоте и размере антенны.

1. Индуктивная антенна, содержащая по меньшей мере две пары геометрически состыкованных секций (32, 34; 52, 54), каждая из которых содержит первый (322, 342; 522, 542) и второй (324, 344; 524, 544) параллельные проводящие элементы, изолированные друг от друга, причем каждая пара содержит на каждом конце один вывод электрического соединения (42, 44) своего первого проводящего элемента с проводящим элементом соседней пары, при этом упомянутые пары могут относиться:
к первому типу (3), где проводящие элементы прерываются посередине, образуя две секции, причем первый, соответственно второй, проводящий элемент секции подключен ко второму, соответственно первому, проводящему элементу другой секции пары, или
ко второму типу (5), где первый проводящий элемент (522, 542) прерывается посередине, образуя две секции, и второй проводящий элемент (524, 544) не прерывается.

2. Антенна по п.1, в которой проводящие секции являются продольно-линейными, причем антенна образует петлю, имеющую пространственную геометрию любого типа.

3. Антенна по любому из предыдущих пунктов, в которой соответствующие длины проводящих элементов (322, 324, 342, 344; 522, 524, 542, 544; 322', 324', 342', 344') выбираются согласно резонансной частоте антенны.

4. Антенна по п.1, в которой соответствующие длины проводящих элементов (322, 324, 342, 344; 522, 524, 542, 544; 322', 324', 342', 344') выбираются согласно погонной емкости между первым и вторым проводящими элементами.

5. Антенна по п.1, в которой по меньшей мере один емкостной элемент (C4) соединяет между собой вторые проводящие элементы соседних пар или первый и второй проводящие элементы одной и той же пары.

6. Антенна по п.1, в которой по меньшей мере один резистивный элемент (R4) соединяет между собой вторые проводящие элементы соседних пар или первый и второй проводящие элементы одной и той же пары.

7. Антенна по п.1, в которой каждая секция (32, 34, 52, 54) является секцией коаксиального кабеля.

8. Антенна по п.1, в которой каждая секция сформирована из двух сегментов (61, 63) коаксиального кабеля.

9. Антенна по п.1, в которой секции (32, 34, 52, 54, 32', 34') сформированы из витых проводящих элементов.

10. Антенна по п.1, дополнительно содержащая полупару, сформированную из секции двух проводящих элементов, подключенных к по меньшей мере одной паре.

11. Система для генерации высокочастотного поля, содержащая
индуктивную антенну по любому из предыдущих пунктов и
схему для возбуждения антенны высокочастотным сигналом.

12. Система по п.11, в которой упомянутая схема возбуждения содержит высокочастотный трансформатор (18), вторичная обмотка которого располагается между первыми проводящими элементами двух соседних пар антенны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к направленным антеннам ВЧ-УВЧ-диапазона. Техническим результатом является увеличение действующей высоты рамочной антенны в заданном диапазоне рабочих частот при сохранении ее геометрических размеров.

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано в области радиопеленгации, радионавигации и радиомониторинга. Техническим результатом изобретения является уменьшение составляющей аппаратурной погрешности определения пеленга, обусловленной неравенством коэффициентов преобразования верхней и нижней приемных магнитных антенн.

Изобретение относится к скважинным измерительным устройствам, используемым для измерения электромагнитных свойств ствола скважины. Техническим результатом является обеспечение направленного действия антенны с возможностью принимать сигналы с разных сторон.

Изобретение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны радиолокационной станции (РЛС) и может быть использовано в регулируемых электроприводах.

Изобретение относится к антенной технике. Кардиоидная антенна состоит из двух взаимно перпендикулярных рамок, подключенных через устройство вращения диаграммы направленности к первому входу сумматора, а ко второму входу через согласующее устройство подключена ненаправленная антенна, выполненная в виде двух последовательно соединенных взаимно перпендикулярных разнесенных по горизонтали противофазных компланарных рамок.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к мобильным средствам наблюдения, и может быть использовано в телескопических мачтах, устанавливаемых в кузовах специальных транспортных средств и предназначенных для оперативного подъема и опускания антенных и оптико-электронных средств наблюдения из внутреннего объема кузова.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемных и передающих антенн средств связи декаметрового диапазона радиоволн.

Антенна // 2488201
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при организации беспроводной связи в шахтах. .

Изобретение относится к антенной технике, а именно к кольцевым всенаправленным антеннам. .

Изобретение относится к антенному устройству и системе беспроводной связи. .

Изобретение относится к антенной технике. Трехкомпонентное приемное антенное устройство содержит металлическое основание, на котором размещены две взаимно ортогональные приемные магнитные антенны на стержневых ферритовых сердечниках с обмотками на каждом из сердечников, три симметрирующих трансформатора, три разъема, емкостную антенну, торцевые элементы антенного снижения. При этом дифференциальные выводы обмоток через симметрирующие трансформаторы соединены с соответствующими разъемами. Электрические экраны антенн выполнены с продольными щелями, линии связи выполнены экранированными, магнитные антенны смещены относительно друг друга по вертикали, расположены над металлическим основанием, плоскость которого параллельна продольным осям магнитных антенн, обмотки каждой из магнитных антенн помещены в собственный электрический экран. Емкостная антенна содержит верхний и нижний металлические электроды, состоящие из четырех плоских сегментов, которые расположены аксиально симметрично в одной плоскости вокруг центральной оси устройства и электрически соединены между собой в общей точке. Причем плоскость верхнего электрода расположена над верхней магнитной антенной, а плоскость нижнего электрода расположена под нижней магнитной антенной. Технический результат - устранение двузначности определения пеленга. 3 ил.
Наверх