ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ АНТЕННА

Суть полезной модели: Суть полезной модели заключается в том, что две или более одинаковые приемные катушки располагаются на трансформаторе так, что выходная индуктивность катушек минимальна.
Описание полезной модели: Полезная модель относится к области трансформаторов и антенн и может быть использовано в качестве магнитной трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны в науке, в связи, в промышленности и в других применениях. Прототипом являются трансформаторы, антенны и кольцевой проводник с током.
На фиг.1, фиг.2, фиг.4, фиг.5 варианты магнитной трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны, на фиг.3 варианты эквивалентных электрических схем коммутации приемных катушек: 1 - магнитопровод трансформатора антенны; L1, L2,… Ln - одинаковые приемные катушки, намотанные симметрично на разных частях магнитопровода трансформатора(1); С - направление вектора распространения электромагнитной радиоволны; +В, -В - вектор изменения направления магнитной индукции магнитного поля в радиоволне; А - зазор между катушками; Н - высота катушек/магнитопровода; W - ширина катушек/магнитопровода; B1, B2,… Bn - мгновенный вектор магнитной индукции от катушек L1, L2,… Ln.
Варианты магнитной трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны показаны на фиг.1 (с замкнутым магнитопроводом) и на фиг.2 (с разомкнутым магнитопроводом). Приемные катушки L1, L2,… Ln наматываются симметрично на разных (противоположных) частях магнитопровода трансформатора (1), количество витков, индуктивность, сопротивление и другие параметры катушек L1, L2,… Ln для оптимальной работы должны быть одинаковы. Чувствительность антенны определяется общим количеством витков катушек L1, L2,… Ln, высотой Н, шириной W магнитопровода трансформатора (1) и зазором А между катушками L1, L2,… Ln. Увеличение числа витков, высоты Н, зазора А и ширины W увеличивает чувствительность антенны, а уменьшение зазора А уменьшает общею индуктивность катушек L1, L2,… Ln, так как увеличивается взаимоиндукция между катушками L1, L2,… Ln. При приеме радиосигнала ЭДС в катушках L1, L2,… Ln сонаправлены, а магнитные потоки В1, В2,… Bn от катушек L1, L2,… Ln в магнитопроводе трансформатора (1) направлены встречно, т.е. взаимоиндукция между катушками через магнитопровод уменьшает общею индуктивность катушек L1, L2,… Ln и она может стремиться к нулю. Следовательно, увеличение чувствительности антенны за счет количества витков и габаритов магнитопровода (что влечет за собой увеличение индуктивности каждой катушки L1, L2,… Ln в отдельности) практически не вносит изменение в общею выходную индуктивность антенны. Низкая общая индуктивность антенны позволяет использовать ее как сверхширокополосную и сверхвысокочастотную антенну с большой чувствительностью, а так же позволят «напрямую» подключать антенну к усилительному тракту без согласующих цепей, либо использовать в резонансном контуре. Антенна имеет направленность приема радиоволн: вектор С направления распространения электромагнитной волны (фиг.1, фиг.2), в перпендикулярном направлении антенна не чувствительна к приему радиоволн. Антенна может быть с замкнутым (оптимально) магнитопроводом трансформатора (1) (фиг.1) или разомкнутым магнитопроводом трансформатора (1) (фиг.2), либо без магнитопровода. Форма и сечение магнитопровода трансформатора может быть любой (фиг.4, фиг.5) П-образной, Ш-образной, круглой, тороидальной или любой другой, что определяется требуемыми техническими параметрами антенны.
На фиг.3 показаны варианты эквивалентных электрических схем коммутации приемных катушек L1, L2 при последовательном соединении катушек L1, L2 (оптимальный вариант) и при параллельном соединении катушек L1, L2. При последовательном соединении катушек L1, L2 чувствительность антенны увеличивается в 2 раза, а при параллельном соединении катушек L1, L2 увеличивается в 2 раза нагрузочная способность антенны.
2
2
2
2
2
2
2
2
ма
0
длина
тсса
k
k
k
k
k
0
длина
длина
k
k
тсса
k
k
k
k
k
0
длина
тсса
ма
k
k
тсса
k
k
k
0
длина
тсса
ма
k
k
Ближайшим аналогом является магнитная антенна с сердечником из магнитного материала (http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Магнитная%20антенна. http://radiobooka.ru/antenn/47-magnitnaya-antenna-neotemlemaya-chast-pochti-vsex.html) и многовитковой обмоткой на нем. Для магнитной антенны ограничения полосы пропускания связаны с тем, что применение сердечника из магнитного материала увеличивает чувствительность пропорционально коэффициенту начальной магнитной проницаемости материала µ, но в то же время индуктивность магнитной антенны так же возрастает пропорционально коэффициенту начальной магнитной проницаемости материала µ. Увеличение чувствительности магнитной антенны так же возможно при увеличении количества витков в обмотке приемной катушки при этом чувствительность магнитной антенны возрастает пропорционально количеству витков N в обмотке, а индуктивность магнитной антенны возрастает пропорционально квадрату количества витков N в обмотке (условно индуктивность магнитной антенны равна L=µµNS/1), что и ограничивает принимаемую полосу частот магнитной антенны и ограничивает возможное повышение чувствительности магнитной антенны за счет увеличения количества витков в обмотке приемной катушки. В трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенне, за счет разделения приемной катушки на k одинаковых обмоток, которые симметрично размещаются на разных частях магнитопровода трансформатора, общая индуктивность будет равна L=kL-(k-1)M, где k - количество одинаковых обмоток (k>1), L - индуктивность каждой обмотки и M - взаимоиндуктивность между обмотками. Индуктивность каждой обмотки будет условно равна L=µµ(N/k)S/1, т.е. при сохранении чувствительности трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны, равной чувствительности магнитной антенны (общее количество витков осталось неизменным и равным N, а габаритные размеры: сечение S, длина 1 принимаем одинаковые для обеих антенн) общая индуктивность трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны будет много меньше. Для упрощения расчета возьмем взаимоиндуктивность между обмотками равной половине индуктивности каждой обмотки M=L/2 (реально возможно получение взаимоиндуктивности равное до 98% от значения индуктивности каждой обмотки и определяется геометрической конструкцией магнитопровода трансформатора). Тогда общая индуктивность сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны будет равна L=kL-(k-1)M=kL-(k-1)L/2=L(k+1)/2=µµ(N/k)S(k+1)/21, т.е. общая индуктивность L в 2k/(k+1) раз меньше, чем индуктивность L магнитной антенны. В случае если взаимоиндуктивность равна например M=0,9L (90%), то общая индуктивность будет равна L=kL-(k-1)0,9L=L(0,1k+0,9)=µµ(N/k)S(k+1+0,9)/21, т.е. общая индуктивность L в k/(0.1k+0,9) раз меньше, чем индуктивность L магнитной антенны. Соответственно, меньшая общая индуктивность сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны позволяет значительно расширить полосу приема антенны при сохранении чувствительности антенны, либо значительно повысить чувствительность антенны при сохранении полосы приема антенны. Например для взаимоиндуктивности M=0,9L (90%) и числе одинаковых обмоток k=10, получаем увеличение полосы приема или увеличение чувствительности сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны в k/(0,1k+0,9)=100/1,9=52,6 раза, а для k=100 увеличение полосы приема или увеличение чувствительности составит 10000/10,9=917,4 раза, т.е. сверхширокополосная и сверхвысокочастотная антенна позволяет расширить полосу приема и/или увеличить чувствительность антенны во много раз, что недостижимо для любой из используемых сейчас магнитных антенн, а по чувствительности и массо-габаритным размерам может намного превосходить и любые другие антенны, используемые для приема электромагнитных волн (радиоволн).
Преимуществом трансформаторной сверхширокополосной и сверхвысокочастотной антенны является то, что она имеет минимальную индуктивность, что позволяет получить широкую полосу приема антенны.
Вторым преимуществом является то, что она позволяет получать высокую чувствительность антенны при малых масса-габаритных размерах.
Третьим преимуществом является то, что она позволяет принимать как электромагнитные волны (радиоволны), так и волны магнитного характера, созданные квазистационарным магнитным полем или вращающимся/движущимся постоянным магнитным полем.