МАГНИТНАЯ АНТЕННА

МАГНИТНАЯ АНТЕННА


RU (11) 2160947 (13) C1

(51) 7 H01Q7/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000102161/09 
(22) Дата подачи заявки: 2000.01.26 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.01.26 
(45) Опубликовано: 2000.12.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1807541 A1, 07.04.1993. SU 1807540 A1, 07.04.1993. RU 2099830 C1, 20.12.1997. DE 720836, 16.04.1942. US 4442434, 10.04.1984. US 3718932, 01.06.1971. 
(71) Заявитель(и): Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского 
(72) Автор(ы): Шабаков Е.И. 
(73) Патентообладатель(и): Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского 
Адрес для переписки: 197082, Санкт-Петербург, П-82, ул. Красного Курсанта, д.16, Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского 

(54) МАГНИТНАЯ АНТЕННА 

Использование: приемная антенна в связных радиолиниях СДВ, ДВ, СВ, KB-диапазонов. Техническим результатом является увеличение КПД антенны и пропорционального ему коэффициента усиления антенны при неизменной диаграмме направленности. Сущность изобретения: антенна содержит N групп по N ферритовых стержней, на каждом из которых размещена соответствующая антенная катушка, при этом антенные катушки в каждой группе соединены последовательно и синфазно, а соответствующая группе обмотка высокочастотного трансформатора включена между началом первой и концом последней антенной катушки соответствующей группы. Каждый i-й стержень в каждой j-й группе повернут относительно первого (i=1) на угол, соответствующий i-му значению j-й функции Уолша, а дополнительная обмотка высокочастотного трансформатора служит выходом магнитной антенны в целом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемной антенны в радиолиниях различного назначения, например, в качестве приемных антенн в связных радиолиниях, в радиовещательных приемниках ДВ, СВ и КВ-диапазонов.

Магнитные антенны широко известны. Простейшая магнитная антенна представляет собой многовитковую антенную катушку, в которую может быть введен магнитодиэлектрический сердечник [1] . Наводимую в антенной катушке электродвижущую силу (y) можно определить по формуле



где - длина волны электромагнитного излучения;

- магнитная проницаемость сердечника;

n - число витков в антенной катушке;

S - площадь витка антенной катушки;

E0 - напряженность электрического поля в центре антенной катушки;

y - угол между направлением прихода электромагнитной волны и плоскостью витка антенной катушки, т.е. перпендикуляром к магнитному сердечнику;

- постоянная, характеризующая антенную катушку.

Диаграмма направленности антенны [1] в плоскости, перпендикулярной оси сердечника (в плоскости Е) не зависит от угла прихода электромагнитной волны и имеет вид окружности. В плоскости, включающей ось сердечника, т.е. в плоскости H, направленные свойства магнитной антенны определяются множителем cos y. Диаграмма направленности антенны в этой плоскости представляет собой "восьмерку" - две касающиеся друг друга окружности. Коэффициент направленного действия D такой антенны составляет D=1,5, а ширина 20,5 главного лепестка диаграммы направленности, измеренного на уровне половинной мощности составляет величину Увеличение направленных свойств достигнуто в магнитной антенне [2].

Эта антенна содержит N групп по N идентичных ферритовых антенн, размещенных в плоскости, определяемых дискретными значениями системы функций Уолша порядка N. Антенные катушки включены последовательно и синфазно. В каждой группе между началом катушки первой антенны и концом катушки N-ой антенны включен соответствующий баластный резистор Rj (j - номер группы антенн, j=1, N), сопротивление которого соизмеримо с внутренним сопротивлением группы ферритовых антенн Rвнj на рабочей частоте. Для обеспечения стабильности формируемой диаграммы направленности антенны в целом необходимо выполнить условие Rвнj>Rj. Выбором сопротивлений балансных резисторов и углов поворота ферритовых антенн осуществляется пространственная фильтрация принимаемых электромагнитных колебаний в соответствии с методом инверсной фильтрации на базе полной системы ортогональных функций Уолша. Магнитную антенну [2] можно выбрать в качестве прототипа.

Недостаток прототипа состоит в уменьшении коэффициента усиления антенны из-за снижения мощности принимаемого сигнала (y) вследствие тепловых потерь в балластных резисторах Rj, что эквивалентно снижению коэффициента полезного действия антенны. Снижение коэффициента полезного действия и пропорционального ему коэффициента усиления будет тем больше, чем более жестко будет выполняться неравенство Rвнj>Rj, т.е. чем более стабильную диаграмму направленности требуется получить.

Цель данного изобретения состоит в увеличении коэффициента полезного действия антенны и пропорционального ему коэффициента усиления антенны при неизменной диаграмме направленности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введен высокочастотный трансформатор с (N+1) обмотками. Каждая j-ая обмотка (j=1,N) трансформатора соединена с соответствующей j группой последовательно и синфазно соединенных N-числа ферритовых антенн. N число ферритовых антенн в j-ой группе антенн генерирует электродвижущую силу, пропорциональную j-ой компоненте пространственного (по углу y прихода электромагнитной волны в плоскости Н) спектра в выбранном базисе секвентных ортогональных функций с учетом диаграммы направленности простейшей ферритовой антенны и началом угловой координаты у относительно перпендикуляра к первой (i=1) ферритовой антенне. Так как общее число групп равно N и ориентация антенн в каждой группе подчиняется закону изменения соответствующей функции полной системы секвентных ортогональных функций порядка N, на первых N обмотках высокочастотного трансформатора будут действовать N число электродвижущих сил, пропорциональных полному пространственному спектру (по углу y) в выбранном базисе ортогональных функций. Улучшить пространственное разрешение такой антенной системы можно за счет применения метода инверсной фильтрации. Для этого полученные компоненты j пространственного спектра взвешиваются друг относи тельно друга путем выбора количества витков в соответствующей j-ой обмотке (j= 1, N) высокочастотного трансформатора. Высокочастотный трансформатор суммирует взвешенные электродвижущие силы, что эквивалентно вычислению первой компоненты обратного преобразования в заданном базисе секвентных функций. Так как суммируемые электродвижущие силы уже были взвешены путем выбора числа витков, суммарная электродвижущая сила будет соответствовать по своей форме диаграмме направленности ферритовой антенны, скорректированной в области пространственных (по углу y) частот. Соответствующим выбором можно достичь сужения диаграммы направленности по сравнению с исходным, причем чем больше N2 используемых антенн, тем большего сужения можно достичь. Отдельная N+1 обмотка высокочастотного трансформатора служит выходом магнитной антенны и предназначена для согласования антенны с приемником. Так как в магнитной антенне отсутствуют активные балластные резисторы, на которых непроизводительно раcходуется мощность полезного сигнала, коэффициент полезного действия заявляемой антенны будет выше коэффициента полезного действия антенны-прототипа. Соответствующим образом увеличится коэффициент усиления заявляемой антенны по сравнению с прототипом.

Структурная схема заявляемой антенны представлена на чертеже.

Магнитная антенна состоит из N2 (N групп по N антенн в каждой) идентичных ферритовых антенн 1 каждая. Каждая i-ая ферритовая антенна 1 j-ой группы (i, j= I, N) состоит из ферритового стержня 2 с намотанной на нем антенной катушки 3. Антенные катушки 3 ферритовых антенн в каждой j-ой группе соединены последовательно и синфазно. Длина каждого ферритового стержня 2 значительно больше его поперечного сечения.

Для устранения взаимного влияния ферритовые стержни 2 разнесены один относительно другого на некоторое расстояние, значительно меньшее длины волны электромагнитного излучения. Все ферритовые стержни размещены в плоскости Н и повернуты относительно первого в каждой j группе на угол



где Wal (i, j) - i-ое дискретное значение j-ой функции полной системы секвентных ортогональных функций размера N, например функций Уолша;

int[(l-1)/N]- знак вычисления целой части (l-1)/N:

- угол поворота между соседними ферритовыми антеннами; l=i+(j-1)N;



Начало первой (i=1) антенной катушки 3 в каждой j-ой группе ферритовых антенн 1 соединено с началом j-ой обмотки 4 высокочастотного трансформатора 5. Конец j-ой обмотки 4 высокочастотного трансформатора 5 подключен к концу катушки 3 последней, N-ой ферритовой антенны 1 в j-ой группе. Кроме того, высокочастотный трансформатор 5 содержит отдельную N+1 обмотку, выходы которой служат выходом магнитной антенны.

Работает магнитная антенна следующим образом. Электромагнитное поле наводит в антенной катушке 3 каждой i-ой ферритовой антенны 1 j-ой группы антенн переменную электродвижущую силу с амплитудой.

i,j(y1) = Ccos(y-i),

где y - угол прихода электромагнитной волны в плоскости H по отношению к нормали к сердечнику 2 первой i=1 ферритовой антенны 1;

cos - функция, определяемая характером диаграммы направленности, в плоскости H ферритовой антенны 1;

C - коэффициент пропорциональности.

Электродвижущие силы, наводимые в антенной катушке 3 каждой ферритовой антенны 1 j-ой группы антенн суммируются друг с другом и поступают на j-ую обмотку 4 высокочастотного трансформатора 5.

Так как все ферритовые антенны 1 размещены в фазовом центре магнитной антенны (за счет разнесения их на расстояния, значительно меньшие длины волны излучения), суммирование возбуждаемых электродвижущих сил заключается в суммировании их амплитуд. Электродвижущая сила на входе j-ой обмотки 4 трансформатора 5



будет пропорциональна j-ой компоненте пространственного (по y) спектра в заданном базисе функций. С учетом того, что каждая j-ая обмотка 4 высокочастотного трансформатора 5 имеет Mj витков, амплитуда напряжения U на выходной обмотке 6 высокочастотного трансформатора 5 может быть представлена следующим выражением



где B - коэффициент пропорциональности, определяемый свойствами трансформатора 5;

Mвых - число витков в выходной обмотке 6 трансформатора 5.

Вычисление U5(y) эквивалентно вычислению первого значения обратного преобразования в заданном базисе Wal(i,j). Изменяя количество витков Мj в каждой j-ой обмотке 4 трансформатора 5 можно взвешивать спектральные составляющие пространственного спектра в заданном базисе ортогональных секвентных функций Wal(i,j), то есть осуществлять частотную коррекцию пространственного спектра, что эквивалентно коррекции характеристики направленности магнитной антенны в пространственной области. В частности, можно подобрать такие значения количества витков Мi, обмоток 4, при которых главный лепесток характеристики направленности сузится, что будет соответствовать улучшению пространственной избирательности и увеличению направленного действия магнитной антенны по сравнению с обычной ферритовой антенной. Отсутствие в составе магнитной антенны балластных резисторов увеличивает ее коэффициент полезного действия и, соответственно, коэффициент усиления.

Источники информации

1. Г. Н. КОЧЕРЖЕВСКИЙ. Антенно-фидерные устройства. -М.: Радио и связь, 1981.

2. Е.И. ШАБАКОВ. Магнитная антенна. А.c.СССР N 1807541, 1992 г. М. Кл. H 01 Q 7/00. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Магнитная антенна, содержащая N групп по N ферритовых стержней, причем каждый i-й ферритовый стержень в каждой j-й группе i, j = повернут относительно первого (i=1) на угол i, выбираемый из соотношения



где Wal(i, j) - i-е значение j-й функции полной системы функций Уолша размера N;

int[(l-1)]/N] целая часть (l-1)/N;

l=i+(j+1)N;

- угол поворота между соседними ферритовыми сердечниками в группе,

а на каждом ферритовом стержне размещена соответствующая антенная катушка А(i, j), при этом антенные катушки в каждой j-й группе соединены последовательно и синфазно, отличающаяся тем, что дополнительно введен высокочастотный трансформатор с N+1 обмотками, причем начало каждой j-й обмотки высокочастотного трансформатора соединено с началом первой катушки (i=1) j-й группы ферритовых стержней, конец каждой j-й обмотки высокочастотного трансформатора подключен к концу последней катушки (i=N) j-й группы ферритовых стержней, а N+1 обмотка высокочастотного трансформатора служит выходом магнитной антенны в целом.

2. Магнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что j-е обмотки высокочастотного трансформатора (j=1,N) соединены последовательно.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru