Приемопередающая антенна петлевого типа

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.

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.

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.

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.

Недостатком такой системы является наличие феррита (громоздкость), а также довольно узкая полоса и высокое реактивное сопротивление.

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.

Недостатком антенны является то, что она не может быть использована для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения использования антенны для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.

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.

На фиг. 1 изображена эквивалентная схема антенны и ее подключение к передатчику и приемнику.

На фиг. 2 показана конструкция антенны.

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.

Антенна работает следующим образом.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Таким образом, приемопередающая антенна петлевого типа позволяет обеспечить использование ее для разработки систем связи, использующих поле ближней зоны антенны.