Многовитковая приемопередающая антенна

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для разработки устройств связи.
Известно большое разнообразие конструкций катушек и антенн, параметры которых варьируются в зависимости от области применения.
В антенне [Патент US 8164530 В2, опубликован 24.04.2012] используется несколько отдельных резонансных контуров для расширения общей полосы системы связи. Недостатками такой конструкции является сложность настройки различных контуров на близкие частоты, а также необходимость разнесения в пространстве этих контуров, поскольку в случае сильной связи между катушками система в целом не настроится.
Существует большое разнообразие ферритовых антенн как широкополосных [Патент на изобретение RU №2452063, опубликован 27.05.2012, патент на изобретение RU №2466483, опубликован 10.11.2012], так и узкополосных [Патент на изобретение RU №2428774, опубликован 10.09.2011]. Общим недостатком ферритовых антенн является то, что они в общем случае являются приемными. Кроме того, в силу высокой добротности катушки, полоса ферритовой антенны на нижних частотах будет очень узкой, что не подходит для ряда задач. Если же использовать широкополосные ферритовые антенны, а не резонансные, то чувствительность антенны будет значительно снижена.
В патенте [Патент на изобретение RU №2318275, опубликован 27.02.2008] описывается многовитковая рамка, размещенная в многовитковом экране, выполненном в виде трубы с поперечным разрезом кольцевой формы. Отмечается, что антенна может быть использована в качестве передающей. Недостатком такой конструкции является то, что каждый проводник в антенне находится в отдельном экране, что, во-первых, усложняет конструкцию антенны, во-вторых, уменьшает количество витков в антенне на единицу объема, что негативно скажется на уровне принимаемого сигнала в случае работы антенны на прием.
Наиболее близким аналогом к заявляемому является «Антенна системы ближнепольной магнитной связи» [RU 175975 U1, H01Q 7/00, 25.12.2017], содержащая магнитную рамку и трансформатор на тороидальном сердечнике, первичная обмотка которого подключена к выходу усилителя мощности системы ближнепольной магнитной связи, а вторичная обмотка подключена к магнитной рамке, отличающаяся тем, что последовательно с магнитной рамкой дополнительно включен конденсатор, емкость которого и индуктивность магнитной рамки выбраны таким образом, что резонансная частота образованного ими последовательного колебательного контура соответствует центральной рабочей частоте системы ближнепольной магнитной связи, а его нагруженная добротность соответствует ширине полосы частот для передачи полезного сигнала без искажений.
Недостатком указанной антенны является то, что при работе на прием оказывается низким уровень сигнала, а антенна обладает низкой чувствительностью.
Технический результат заключается в увеличении уровня сигнала при работе антенны на прием и в повышении ее чувствительности.
Технический результат достигается тем, что в «Многовитковую приемопередающую антенну», содержащую трансформатор и конденсатор, дополнительно введены экран, два коммутатора, экранированная катушка и второй конденсатор, первый конденсатор подключен к первому и второму выходам антенны, первый и второй входы которой подключены к одной из обмоток трансформатора, другая обмотка которого одним концом через второй конденсатор подключена к одному из контактов первого коммутатора, другой контакт которого подключен к первому выходу антенны, второй выход которой подключен к одному из контактов экранированной катушки и к одному из контактов второго коммутатора, другой контакт которого подключен к другому концу другой обмотки трансформатора, другой контакт экранированной катушки к одному из контактов первого коммутатора.
На фиг. 1 представлена эквивалентная схема предлагаемой антенны.
Приемопередающая антенна содержит экранированную катушку 1, экран 2, два коммутатора 3.1 и 3.2, трансформатор 4 и два конденсатора 5 и 6.
Многовитковая приемопередающая антенна (фиг. 1) содержит экранированную катушку 1, экран 2, два коммутатора 3.1 и 3.2, трансформатор 4 и два конденсатора 5 и 6, второй конденсатор, первый конденсатор 3.1 подключен к первому и второму выходам антенны, первый и второй входы которой подключены к одной из обмоток трансформатора, другая обмотка которого одним концом через второй конденсатор подключена к одному из контактов первого коммутатора, другой контакт которого подключен к первому выходу антенны, второй выход которой подключен к одному из контактов экранированной катушки и к одному из контактов второго коммутатора, другой контакт которого подключен к другому концу другой обмотки трансформатора, другой контакт экранированной катушки к одному из контактов первого коммутатора.
Работа антенны.
Существует ряд систем связи, где для обмена информацией либо для передачи энергии используется магнитное поле катушек с током. В таких системах используется закон электромагнитной индукции (Закон Фарадея), согласно которому в катушке возникает ЭДС в случае воздействия на нее переменного магнитного поля. Для создания переменного магнитного поля используется другая катушка, к которой прикладывается разность потенциалов. Фактически система из двух катушек представляет собой трансформатор, в котором расстояние между обмотками может варьироваться. Естественно, что между двумя катушками возникает взаимная индукция, которая значительно уменьшается при увеличении расстояния. Иногда катушки комплектуются ферритовыми сердечниками.
Экранированная катушка 1 предназначена для приема и передачи сигналов, имеет большое количество витков.
Первый конденсатор 3.1 предназначен для настройки антенны в резонанс при передаче, а согласующий трансформатор 4 дополнительно содержит второй конденсатор 3.2, предназначенный для настройки антенны в резонанс при приеме.
Первый 3.1 и второй 3.2 коммутаторы позволяют подключать антенну к приемнику или передатчику в зависимости от режима работы.
Предлагаемая схема позволит независимо настраивать контуры приема и передачи, значительно усилить уровень принимаемого сигнала в силу использования параллельного колебательного контура совместно с малошумящим усилителем в приемнике.
Система коммутации, состоящая из двух коммутаторов 3.1 и 3.2, включается в положение Тх при передаче и в положение Rx при приеме. Экран 2 служит для экранирования антенны 1 от статических помех, а также используется в качестве каркаса. Трансформатор 4 используется для согласования активного сопротивления контура экранированной катушки 1 при передаче.
Таким образом, многовитковая приемопередающая антенна позволяет обеспечить увеличение уровня сигнала при работе антенны на прием и повышение ее чувствительности.