электромагнитная антенна (варианты) и способ передачи электромагнитного сигнала

Формула изобретения

1. Электромагнитная антенна, отличающаяся тем, что она снабжена первым и вторым проводниками, расположенными изолированно друг от друга в обобщенной спирали со встречной намоткой по отношению друг к другу, ось которой имеет изгиб, и фидерной, линией передачи сигналов, содержащей первую и вторую клеммы, причем упомянутый первый проводник выполнен разделенным на первую и вторую части посредством первого узла, упомянутый второй проводник выполнен разделенным на первую и вторую части посредством второго узла, при этом упомянутые первый и второй узлы расположены в непосредственной близости друг к другу и образуют первый канал, упомянутая первая часть первого проводника расположена наложенной на упомянутую первую часть второго проводника и образует первую часть обобщенной спирали со встречной намоткой, упомянутая вторая часть первого проводника расположена наложенной на упомянутую вторую часть второго проводника и образует вторую часть упомянутой обобщенной спирали со встречной намоткой, а упомянутые первая и вторая клеммы установлены подсоединенными к упомянутому первому и второму узлу.

2. Электромагнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что направление изгиба упомянутой оси от упомянутого первого канала в пределах упомянутой первой части обобщенной спирали со встречной намоткой совпадает с направлением изгиба упомянутой оси от упомянутого первого канала в пределах упомянутой второй части обобщенной спирали со встречной намоткой.

3. Электромагнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что направление изгиба упомянутой оси от упомянутого первого канала в пределах упомянутой первой части обобщенной спирали со встречной намоткой прямо противоположно направлению изгиба упомянутой оси от упомянутого первого канала в пределах упомянутой второй части обобщенной спирали со встречной намоткой.

4. Электромагнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что направление шага спирали упомянутой первой части первого проводника совпадает с направлением шага спирали упомянутой второй части первого проводника.

5. Электромагнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что направление шага спирали упомянутой первой части первого проводника прямо противоположно направлению шага спирали упомянутой второй части первого проводника.

6. Электромагнитная антенна по п.1, отличающаяся тем, что наиболее удаленный конец упомянутой первой части первого проводника соединен с наиболее удаленным концом упомянутой первой части второго проводника.

7. Электромагнитная антенна по п.6, отличающаяся тем, что наиболее удаленный конец второй части упомянутого первого проводника соединен с наиболее удаленным концом упомянутой второй части второго проводника.

8. Электромагнитная антенна, отличающаяся тем, что она снабжена первым обобщенным спиральным проводящим каналом, расположенным от первого узла до второго узла, вторым обобщенным спиральным проводящим каналом, расположенным от третьего узла до четвертого узла, третьим обобщенным спиральным проводящим каналом, расположенным от пятого узла до шестого узла, четвертым обобщенным спиральным проводящим каналом, расположенным от седьмого узла до восьмого узла, и фидерной линией передачи сигналов, имеющей первую и вторую клеммы, причем направление шага спирали упомянутого первого обобщенного спирального проводящего канала прямо противоположно направлению шага спирали упомянутого второго обобщенного спирального проводящего канала, упомянутые первый и второй обобщенные спиральные проводящие каналы расположены изолированными друг от друга и наложенными друг на друга с образованием первой обобщенной спирали со встречной намоткой, ось которой имеет изгиб, а направление шага спирали упомянутого третьего обобщенного спирального проводящего канала прямо противоположно направлению шага спирали упомянутого четвертого обобщенного спирального проводящего канала, при этом упомянутые третий и четвертый обобщенные спиральные проводящие каналы расположены изолированными друг от друга и наложенными друг на друга с образованием второй обобщенной спирали со встречной намоткой, ось которой имеет изгиб, а упомянутые первая и вторая клеммы подсоединены к упомянутым первой и второй обобщенным спиралям со встречной намоткой.

9. Электромагнитная антенна по п.8, отличающаяся тем, что направление изгиба оси упомянутой первой обобщенной спирали со встречной намоткой от упомянутых первого и четвертого узлов совпадает с направлением изгиба оси упомянутой второй обобщенной спирали со встречной намоткой от упомянутых пятого и восьмого узлов.

10. Электромагнитная антенна по п.8, отличающаяся тем, что направление изгиба оси упомянутой первой обобщенной спирали со встречной намоткой от упомянутых первого и четвертого узлов прямо противоположно направлению изгиба оси упомянутой второй обобщенной спирали со встречной намоткой от упомянутых пятого и восьмого узлов.

11. Электромагнитная антенна по п.8, отличающаяся тем, что упомянутый второй узел соединен с упомянутым третьим узлом, упомянутый четвертый узел соединен с упомянутым пятым узлом, упомянутый шестой узел соединен с упомянутым седьмым узлом, а упомянутая фидерная линия передачи сигналов подключена к упомянутым первому и восьмому узлам.

12. Электромагнитная антенна по п.8, отличающаяся тем, что направление шага спирали упомянутого первого проводящего канала прямо противоположно направлению шага спирали упомянутого четвертого проводящего канала.

13. Электромагнитная антенна по п.8, отличающаяся тем, что направление шага спирали упомянутого первого проводящего канала совпадает с направлением шага спирали упомянутого четвертого проводящего канала.

14. Способ передачи электромагнитного сигнала, отличающийся тем, что сигнал подают в канал сигнала и вырабатывают первый магнитный поток, направленный по первой криволинейной траектории относительно упомянутого канала сигнала, чувствительный к упомянутому сигналу, и второй магнитный поток, направленный по второй криволинейной траектории относительно упомянутого канала сигнала, чувствительный к упомянутому сигналу.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй магнитные потоки направляют по упомянутым первой и второй траекториям относительно упомянутого канала сигнала, изгиб которых имеет одинаковое направление.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй магнитные потоки направляют относительно упомянутого канала сигнала в одинаковом направлении.

17. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй магнитные потоки направляют по упомянутым первой и второй траекториям относительно упомянутого канала сигнала, изгиб которых имеет прямо противоположное направление.

18. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй магнитные потоки направляют относительно упомянутого канала сигнала в прямо противоположных направлениях.

19. Способ по п.14, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй магнитные потоки вырабатывают резонансными на первой резонансной частоте и дополнительно вырабатывают третий магнитный поток, направленный по третьей криволинейной траектории относительно упомянутого канала сигнала, чувствительный к упомянутому сигналу, и четвертый магнитный поток, направленный по четвертой криволинейной траектории относительно упомянутого канала сигнала, чувствительный к упомянутому сигналу, причем упомянутые третий и четвертый магнитные потоки являются резонансными на второй резонансной частоте.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к антеннам, предназначенным для передачи и приема электромагнитного излучения, и, более конкретно, к спиральным антеннам со встречной намоткой.

Уровень техники

Настоящее изобретение связано по предмету изобретения с заявкой на патент 08/514609, имеющей название "Тороидальная спиральная антенна со встречной намоткой", поданной 14 августа 1995, в настоящее время патент США 5734353, опубликованный 31 марта 1998 г., который включен здесь в качестве ссылки.

В патенте США 5734353 представлено описание электрической небольшой тороидальной спиральной антенны со встречной намоткой (СТНА), включающей одинарный проводник, разделенный на две части, которые наложены встречными намотками друг на друга. Электрические токи в каждой отдельной части проводника проходят в противоположных кольцевых направлениях вдоль окружности, сформированной вокруг тороида так, чтобы чистый круговой электрический ток, протекающий вокруг тороида, был эффективно равен нулю. Однако, в зависимости от спирали со встречной намоткой, связанные круговые компоненты магнитных потоков, которые создаются соответствующими компонентами электрического тока в каждой части длины тороидальной спирали, усиливаются таким образом, чтобы формирующаяся в результате диаграмма направленности излучения была подобна диаграмме направленности электрического диполя (элементарного излучателя), который расположен по большой оси тора. Другими словами, эта результирующая диаграмма направленности излучения строго линейно поляризована в направлении, параллельном направлению к большой оси тороида. В зависимости от конструкции антенны, особенно от соотношения геометрических размеров лежащей в основе формы тора и количества поворотов спирали, могут также присутствовать другие компоненты поляризации.

В патенте США 5734353, упоминаемом здесь в качестве ссылки, представлено описание схематичного условного изображения для представления обобщенных спиральных и обобщенных тороидальных спиральных обмоток, показанных сплошными или пунктирными линиями, устройство формирования, представляющее левосторонний шаг спирали, затем представляющее правосторонний шаг спирали, в котором осевое направление связанного магнитного потока и проектируемое осевое направление связанного электрического тока совпадают для спирали с правой намоткой и прямо противоположны для спирали с левой намоткой. Диаграмма направленности излучения некоторой электромагнитной антенны может зависеть от эффективного распределения электрического тока и магнитного потока, созданных этой антенной. Например, однородное кольцо магнитного потока без связанных электрических токов соответствует распределению электромагнитного поля, излучаемого электрической симметричной антенной. Кроме того, однородное кольцо электрического тока без связанных магнитных потоков аппроксимирует диаграмму направленности излучения четырехэлементной антенны (типа "Smith Cloverleaf"). Диаграмма направленности излучения для особого набора распределений тока может быть определена или при моделировании, или при измерении.

В обычном режиме работы, антенна используется на такой частоте, что длина окружности этой антенны равна половине длины волны. Свойства замедлять волны, которыми обладает спираль со встречной намоткой, укорачивает соответствующую физическую длину волны по сравнению с длиной волны, свободно перемещающейся в пространстве в соответствии с связанным коэффициентом скорости, который зависит от связанной геометрии, лежащей в основе спирали.

Одно ограничение, накладываемое на вышеупомянутую тороидальную спиральную антенну со встречной намоткой, состоит в том, что ширина полосы такой антенны составляет приблизительно 10%. Соответственно, в случаях, когда требуется большая ширина полосы, необходимо использовать множество тороидальных спиральных антенн со встречной намоткой, при этом соответствующие резонансные частоты этих антенн должны быть отделены друг от друга таким образом, чтобы для данной рабочей частоты в пределах связанного диапазона, одно и то же множество антенн, имеющих более низкий коэффициент стоячей волны по напряжению (VSWR) на стороне линии передачи связанной цепи согласования полного сопротивления, использовалось как для передачи, так и для приема данного сигнала. Соответственно, как показано на фиг.76 из патента США 5734353, широкополосный сигнал может быть направлен к или извлечен от соответствующей антенны, используя аппаратуру уплотнения (мультиплексор). В другом варианте конструкции, индивидуальные приемопередатчики могут быть приспособлены к каждому элементу антенны. В следующем варианте конструкции может использоваться мультиплексор, предназначенный для того, чтобы с помощью интерфейса связать один приемопередатчик со множеством элементов антенны, а индивидуальные приемники могут быть оперативно подсоединены к каждому из элементов антенны, выходы которых объединяются, чтобы сформировать составной полученный сигнал.

На вышеупомянутой фиг. 76 представлена иллюстрация того, как индивидуальные элементы антенны концентрически совмещены относительно общей центральной оси. Это имеет преимущество при обеспечении фазовой симметрии передаваемых волн относительно общей оси. Однако, одна проблема, связанная с такой конструкцией, состоит в том, что стороны линии передачи соответствующих цепей согласования полного сопротивления не могут быть подсоединены к общему сигнальному каналу без подключения сегментов линии передачи между одним или большим количеством цепей согласования полного сопротивления и общего сигнального канала из-за физического разделения между элементами антенны. Эти сегменты линии передачи вводят в сигнал задержки по фазе, являющиеся функцией частоты, которая препятствует прямому подсоединению сторон линии передачи цепи согласования полного сопротивления, чтобы обеспечить действительно широкополосную работу общего сигнального канала.

Другое ограничение, накладываемое на возможности вышеупомянутой тороидальной спиральной антенны со встречной намоткой, состоит в том, что входное полное сопротивление такой антенны является вообще в значительной степени отличным от волнового сопротивления типичных линий передачи, которые поэтому требуют использования связанных цепей согласования полного сопротивления в сигнальном соединителе. Более подробно, в режиме резонанса для относительно широкой полосы пропускания, входное полное сопротивление антенны обычно составляет от 1 до 3 кОм. Однако типичные линии передачи имеют полное сопротивление 50-300 Ом.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение позволяет решить вышеупомянутые проблемы за счет создания рамочной антенны, имеющей определенную форму, чтобы обеспечить равномерно направленную циркуляцию магнитного потока каждым из связанных элементов магнитного диполя, таким образом формируя диаграмму излучения, подобную диаграмме направленности тороидальной спиральной антенны со встречной намоткой, описание которой представлено в патенте США 5734353. В одном из элементарных вариантов конструкции, рамочная антенна антисимметрична, например, "S" или "Z" формы, при этом каждый магнитный поток на соответствующем магнитном дипольном элементе направлен в одинаковом направлении относительно центра рамочной антенны. В другом элементарном варианте конструкции рамочная антенна является симметричной, например, кругообразной формы, при этом магнитные потоки на каждом соответствующем магнитном диполе направлены в противоположных направлениях относительно центра рамочной антенны. В еще одном элементарном варианте конструкции, антенна в виде несимметричного вибратора включает в себя единственный элемент магнитного диполя расположенный таким образом, чтобы порождать циркуляцию магнитного потока.

Элементы магнитного диполя включают в себя ряд спиральных конструкций со встречной намоткой, питаемых либо по линии передачи/параллельно, либо последовательно/по контуру; либо электрически разомкнутому, либо электрически замкнутому.

Множество элементарных элементов рамочной антенны может быть объединено в рамочную антенную систему. Если каждый из этих элементарных элементов рамочной антенны в некотором множестве настроен на одну и ту же рабочую частоту и характеризуются относительно высоким входным полным сопротивлением на этой рабочей частоте, то такая комбинация обеспечивает более низкое входное полное сопротивление, что облегчает согласование линии передачи. Если каждый из элементарных элементов рамочной антенны в некотором множестве настроен на различную рабочую частоту и характеризуется относительно высоким входным полным сопротивлением на рабочей частоте, то такая комбинация обеспечивает относительно широкий диапазон частот для антенны, которая может быть легко адаптирована к каналу, в котором передается сигнал одной частоты.

Таким образом, одной из задач настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованной магнитной антенны, которая создает циркуляцию магнитного потока.

Следующей задачей настоящего изобретения является обеспечение относительно небольшой, низкопрофильной антенны, которая имеет поляризацию, направленную по направлению циркуляции магнитного потока.

Следующей задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной спиральной антенны со встречной намоткой, имеющей соответствующее входное полное сопротивление, которое по величине приближается к полному сопротивлению обычных фидерных линий.

Следующей задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной широкополосной спиральной антенной системы со встречной намоткой.

Эти и другие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из представленного ниже подробного описания предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи и рассматриваемые в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Перечень фигур чертежей и иных материалов

Фиг. 1 - принципиальная схема тороидальной спиральной антенны со встречной намоткой в соответствии с патентом США 5734353.

Фиг. 2 - схематичное представление варианта выполнения представленной на фиг.1 магнитной рамочной антенны.

Фиг.3 - схематичное представление первого элементарного варианта выполнения настоящего изобретения, включающего несимметричную рамочную антенну.

Фиг. 4.1 иллюстрирует вариант выполнения, представленный на фиг.3, в линейной проекции.

Фиг.4.2 иллюстрирует вариант выполнения, представленный на фиг.4.1 в момент времени, когда сигнальные фазы реверсированы относительно фаз сигнала варианта, показанного на фиг.4.1.

Фиг. 5.1 - схематичное представление спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами, представленными на фиг.3, 4.1 и 4.2.

Фиг. 5.2 - эквивалентное схематичное представление варианта, представленного на фиг.5.1, как комбинации двух спиральных дипольных элементов.

Фиг.6 - схематичное представление другого спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами, представленными на фиг.3, 4.1 и 4.2.

Фиг.7.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса первого порядка.

Фиг.7.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса первого порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 7.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса первого порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.8 - представление распространения электрического тока в данный момент времени для варианта, показанного на фиг.6, в котором связанный проводник показан в линейной проекции.

Фиг. 9.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта, показанного на фиг.6.

Фиг. 9.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта, показанного на фиг.6, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 9.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта, показанного на фиг.6, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 10.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса второго порядка.

Фиг. 10.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса второго порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.10.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.5.1 и 5.2 для режима резонанса второго порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 11 - схематическое представление спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с одним из двух элементов магнитного потока в вариантах конструкции, показанных на фиг.3, 4.1 и 4.2.

Фиг.12 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.11, в котором связанный проводник изображен в линейной проекции.

Фиг. 13.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.11.

Фиг. 13.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.11, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.13.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.11, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 14 - схематичное представление другого спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами конструкции, показанными на фиг.3, 4.1 и 4.2, включающими комбинацию двух спиральных элементов со встречной намоткой, каждый в соответствии с вариантом конструкции, изображенным на фиг.11.

Фиг.15.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для одного из спиральных элементов со встречной намоткой в варианте конструкции, показанном на фиг. 14, в котором связанный проводник изображен в линейной проекции.

Фиг. 15.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для другого спирального элемента со встречной намоткой в варианте конструкции, показанном на фиг.14, в котором связанный проводник изображен в линейной проекции.

Фиг. 16.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.14.

Фиг. 16.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта конструкции, показанного на фиг.14, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.16.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта, показанного на фиг.14, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 17 иллюстрирует другой вариант выполнения настоящего изобретения, включающего множество элементов магнитного потока в соответствии с фиг.3, каждый из которых имеет общую резонансную частоту.

Фиг. 18 иллюстрирует еще один вариант выполнения настоящего изобретения, включающий множество элементов магнитного потока в соответствии с фиг.3, каждый из которых имеет различную связанную резонансную частоту.

Фиг. 19 - схематическое представление второго элементарного варианта выполнения настоящего изобретения, включающего симметрическую рамочную антенну.

Фиг. 20.1 иллюстрирует вариант выполнения, представленный на фиг.19, в линейной проекции.

Фиг. 20.2 иллюстрирует вариант выполнения, представленный на фиг.20.1, в момент времени, когда фазы сигнала изменены на противоположные относительно фаз сигнала в варианте, показанном на фиг.20.1.

Фиг. 21.1 - схематичное представление спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами выполнения, показанными на фиг.19, 20.1 и 20.2.

Фиг. 21.2 - эквивалентное схематическое представление варианта выполнения, показанного на фиг.21.1, в виде комбинации двух спиральных дипольных элементов.

Фиг. 22 - схематическое представление другого спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами, показанными на фиг.19, 20.1 и 20.2.

Фиг.23 - схематичное представление спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с одним из двух элементов магнитного потока в вариантах, показанных на фиг.19, 20.1 и 20.2.

Фиг.24 - схематичное представление спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с другим элементом магнитного потока в вариантах, показанных на фиг.19, 20.1 и 20.2.

Фиг. 25.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.21.1 и 21.2 для режима резонанса первого порядка.

Фиг. 25.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.21.1 и 21.2, для режима резонанса первого порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.25.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для вариантов выполнения, показанных на фиг.21.1 и 21.2, для режима резонанса первого порядка, в которых полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.26 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.22, в котором связанный проводник изображен в линейной проекции.

Фиг. 27.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.22.

Фиг. 27.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.22, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.27.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.22, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.28 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.23, в котором связанный проводник изображен в линейной проекции.

Фиг. 29.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.23.

Фиг. 29.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.23, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.29.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.23, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 30 - схематическое представление другого спирального элемента со встречной намоткой в соответствии с вариантами выполнения, показанными на фиг. 19, 20.1 и 20.2, включающими комбинацию двух спиральных элементов со встречной намоткой, в соответствии с вариантами выполнения, изображенными на фиг.23 и 24.

Фиг. 31.1 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.30.

Фиг. 31.2 - представление распределения электрического тока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.30, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг.31.3 - представление распределения магнитного потока в данный момент времени для варианта выполнения, показанного на фиг.30, в котором полярности отмечены относительно общего направления.

Фиг. 32 иллюстрирует другой вариант выполнения настоящего изобретения, включающий множество элементов магнитного потока в соответствии с фиг.19, каждый из которых обладает различными связанными резонансными частотами.

Фиг. 33 иллюстрирует еще один вариант выполнения настоящего изобретения, включающий вариант выполнения, подобный представленному на фиг.3 или 19, в котором на связанных элементах магнитного диполя имеется меньший коэффициент скорости, чем у других.

Фиг. 34 иллюстрирует третий элементарный вариант выполнения настоящего изобретения, включающий сигнальный элемент магнитного потока в соответствии с фиг.11.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Представленная на фиг.1 тороидальная спиральная антенна 10 со встречной намоткой включает одинарный проводник 12, имеющий две части 1 и 2 одинаковой длины, которые вместе составляют обобщенную тороидальную спираль со встречной намоткой, в которой каждая часть формирует обобщенную тороидальную спираль с равномерным шагом, а направление шага спирали различных частей противоположны друг другу. При схематической иллюстрации на фиг.1, часть 1, показанная пунктирной линией, представляет собой спиральный проводник с правой намоткой, для которого направление магнитного потока совпадает с осевым проектируемым направлением связанного электрического тока в связанной обобщенной спирали. Кроме того, часть 2, показанная сплошной линией, представляет собой спиральный проводник с левой намоткой, для которого направление магнитного потока является противоположным к осевому проектируемому направлению связанного электрического тока в связанной обобщенной спирали.

Сигнал от источника сигнала 14, подключенного при помощи фидерной линии 16 (передачи сигналов), через сигнальное соединительное устройство 18, включающее цепь согласования полного сопротивления, подается в канал подачи сигнала 20 тороидальной спиральной антенны 10 со встречной намоткой, при этом канал подачи сигнала 20 включает в себя первый 22 и второй 24 узлы, которые расположены в местах соединения первой и второй частей 1 и 2 одинарного проводника 12. Соответственно, при полярности мгновенного сигнала, как показано на фиг.1, приложенный сигнал заставляет электрические токи J течь в первой и второй частях 1 и 2 в направлении, показанном на фиг.1. Электрический ток J в части 1 с правой намоткой создает магнитный поток М, совпадающий по направлению. Электрический ток J в части 2 с левой намоткой создает противоположно направленный магнитный поток М. Следовательно, так как электрические токи J в первой и второй частях 1 и 2 направлены в противоположные стороны и поэтому эффективно компенсируют друг друга, связанные магнитные потоки М направлены в одинаковом направлении и усиливают друг друга при создании кольца магнитного потока.

На фиг.2. схематично представлена тороидальная спиральная антенна 10 со встречной намоткой в виде рамочной антенны, включающей кольцо 26 магнитного потока М, которое соединено с сигнальным соединительным устройством 18, имеющим входной канал 28. Кольцо 26 магнитного потока М характеризуется связанной циркуляцией магнитного потока 30, связанного с соответствующей диаграммой излучения тороидальной спиральной антенны 10 со встречной намоткой.

На фиг.3 представлен вариант выполнения настоящего изобретения, в котором циркуляция магнитного потока 30 создается несимметричной рамочной антенной 100, включающей дипольные элементы 32 и 34, подключенные к центральному сигнальному ответвителю 18, при этом в любой данный момент времени магнитный поток М в каждом магнитном дипольном элементе 32 и 34 распространяется в одинаковом направлении вдоль по соответствующему магнитному дипольному элементу 32, 34 относительно центрального сигнального элемента ответвителя 18.

Соответствующие магнитные дипольные элементы 32, 34 имеют такую форму, которая необходима, чтобы создать связанную циркуляцию магнитного потока 30, посредством чего соответствующие направления циркуляции от соответствующих магнитных дипольных элементов 32, 34 являются одинаковыми.

Каждый магнитный дипольный элемент 32, 34 иллюстрирован на фиг.3 в форме полукруга, однако фактическая их форма не рассматривается как ограниченная настоящим изобретением. Более того, форма каждого элемента может быть такой, как любое сечение обобщенного тороида, что определено в патенте США 5734353. Например, форма магнитных дипольных элементов 32, 34 может иметь форму круга, эллиптическую форму, спиральную, кусочно-линейную или форму сплайн-кривой. Кроме того, магнитные дипольные элементы 32, 34 не обязательно должны находиться на одной плоскости, но могут в общем случае иметь трехмерное расположение.

На фиг.4.1 представлена иллюстрация варианта выполнения, показанного на фиг. 3, в линейной проекции для использования в качестве образца для иллюстрации связанных структур и распределения электрического тока и магнитного потока в различных вариантах выполнения настоящего изобретения. На фиг. 4.1 показано направление магнитного потока М в связанных дипольных элементах 32, 34 в тот же самый момент времени, какой проиллюстрирован на фиг.3. В соответствии с описанием, представленным в патенте США 5734353, магнитный поток соответствует изменению магнитного поля во времени. На фиг.4.2 показано направление магнитного потока М в связанных магнитных дипольных элементах 32, 34 в тот же самый момент времени, когда фаза сигнала меняет свое значение на противоположное относительно фазы, показанной на фиг.4.1. Таким образом, на фиг.4.1 и 4.2 показано распределение магнитного потока, необходимое для того, чтобы выполнить вариант выполнения настоящего изобретения, представленный на фиг.3.

На фиг.5.1 схематично представлен один из вариантов выполнения спиральной антенны 100 со встречной намоткой в соответствии с фиг.3, 4.1 и 4.2 в виде спирали со встречной намоткой, питание на которую подается по параллельной/передающей линии, включающей пару изолированных проводников. Дополнительно этот вариант выполнения проиллюстрирован на фиг.5.2, как пара спиральных симметричных антенн, которые имеют встречную намотку относительно друг друга. Каждая связанная спиральная симметричная антенна включает пару спиральных дипольных элементов 32.1, 34.2 и 32.2, 34.1 соответственно, каждая пара имеет встречную намотку относительно другой. Другими словами, спиральная антенна 100 со встречной намоткой включает в себя пару магнитных дипольных элементов 32, 34. Один из магнитных дипольных элементов 32 включает в себя спираль со встречной намоткой, которая содержит комбинацию из обычных спиральных элементов с правой 32.1 и с левой 32.2 намоткой. Точно так же другой магнитный дипольный элемент 34 включает спираль со встречной намоткой, которая состоит из комбинации обычных спиральных элементов с правой 34.1 и с левой 34.2 намоткой. Магнитные дипольные элементы 32, 34 питаются от источника сигнала, который соединен с общей парой узлов 36, 38, включающих входной канал 40 сигнала, в котором элементы спирали с правой намоткой 32.1, 34.1 связаны с одним из узлов 36, а спиральные элементы с левой намоткой 32.2, 34.2 подсоединены к другому узлу 38.

На фиг.7.1, 7.2 и 7.3 показано распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной основной резонансной частоте для вариантов выполнения, представленных на фиг.5.1 и 5.2, наложенных на основное схемное решение на фиг.5.2. На фиг.7.1 показано, как в данный момент времени синусоидальный положительный электрический ток распространяется влево от узла 36 по спиральному дипольному элементу 34.1, а также направо от узла 36 по спиральному дипольному элементу 32.1. Кроме того, синусоидальный отрицательный электрический ток распространяется влево от узла 38 по спиральному дипольному элементу 34.2, а также направо от узла 38 по спиральному дипольному элементу 32.2. На фиг.7.2 показано, как электрические токи, проходящие по проводнику (см. фиг.7.1), преобразуются в эквивалентные направо направленные токи, посредством чего отрицательный ток, направленный влево, становится положительным током, направленным направо, а положительный ток, направленный влево, становится отрицательным током, направленным направо. В конечном счете на фиг.7.3 показано распределение связанного магнитного потока М, соответствующего распределению электрического тока J, которое представлено на фиг. 7.1 и 7.2, при котором направления электрического тока J и магнитного потока М одинаковы для спиральных дипольных элементов с правой намоткой 32.1, 34.1 и противоположны для спиральных дипольных элементов с левой намоткой 32.2, 34.2, посредством чего магнитные потоки М для обоих спиральных дипольных элементов 32.1, 32.2 магнитного дипольного элемента 32 будут направлены в одинаковом направлении. Точно так же магнитные потоки М для обоих спиральных дипольных элементов 34.1, 34.2 магнитного дипольного элемента 34 направлены в направлении, которое является противоположным направлению магнитного потока в магнитном дипольном элементе 32. Как показано на фиг. 7.2, компоненты электрического тока J на каждом соответствующем спиральном дипольном элементе компенсируют друг друга. Следовательно, рамочная антенна 100, работающая на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, представленным на фиг.5.1 и 5.2, осуществляет распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.4.1, без какого-либо существенного связанного электрического тока J.

На фиг.10.1, 10.2 и 10.3 показано распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной резонансной частоте первой гармоники для вариантов выполнения, представленных на фиг.5.1, 5.2, наложенных на основное схемное решение на фиг.5.2. На фиг.7.1, 7.2 и 7.3, описание которых представлено выше, показано, что рамочная антенна 100, работающая на резонансной частоте первой гармоники в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг.5.1 и 5.2, осуществляет распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.4.1, без сколько-нибудь существенного связанного электрического тока J.

На фиг.6 схематично показан другой вариант выполнения спиральной антенны 100 со встречной намоткой в соответствии с фиг.3, 4.1 и 4.2, как последовательно подключенный контур спиральной антенны со встречной намоткой, включающий одинарный проводник 42, составляющий пару магнитных дипольных элементов 32, 34. Магнитный дипольный элемент 32 включает в себя обобщенную спираль со встречной намоткой, которая состоит из спирали 42.3 с правой намоткой и спирали 42.4 с левой намоткой, каждая из которых связана друг с другом на правом конце d. Магнитный дипольный элемент 34 включает в себя обобщенную спираль со встречной намоткой, которая состоит из спирали 42.1 с правой намоткой и спирали 42.2 с левой намоткой, каждая из которых связана друг с другом на левом конце 2. Конец а спирали 42.1 с правой намоткой подключен к узлу 36, который соединен с одной из сигнальных клемм. Конец е спирали 42.4 с левой намоткой связан с узлом 38, который соединен с другой сигнальной клеммой. Оставшиеся свободные концы спирали 42.2 с левой намоткой и спирали 42.3 с правой намоткой соединены друг с другом в точке с.

На фиг.8 показано, как в одинарном проводнике 42, представленном в виде линии, в данный момент времени, когда волна синусоидальной формы подана к узлам 36 и 38, происходит поляризация; распределение электрического тока J на одинарном проводнике 42 представляет собой стоячую волну, период которой равен одной длине волны. Направление тока в пределах каждого четвертьволнового элемента 42.1, 42.2, 42.3 и 42.4 спирали показано как влево L или вправо R в соответствии с конфигурацией, представленной на фиг.6.

На фиг. 9.1, 9.2 и 9.3 показано распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной основной резонансной частоте для варианта выполнения, представленного на фиг.6. На фиг.9.1 представлено, как в данный момент времени синусоидальный положительный электрический ток распространяется влево от узла 36 по элементу 42.1 спирали, в точку 2 и затем направо от точки b по элементу 42.2 спирали в точку с, которая является узлом при распределении синусоидального тока. Кроме того, синусоидальный отрицательный электрический ток распространяется направо от узла 38 по элементу 42.4 спирали в точку d и затем влево от точки d по элементу 42.3 спирали в точку с. На фиг. 9.2 показано, что электрические токи, проходящие по проводнику (см. фиг. 9.1), преобразуются в эквивалентные токи, направленные направо, посредством чего отрицательные токи, направленные влево, становятся положительными токами, направленными направо, а положительный ток, направленный влево, становится отрицательным током, направленным направо. Наконец, на фиг.9.3 представлено распределение связанного магнитного потока М, соответствующего распределению электрического тока J, показанному на фиг.9.1 и 9.2, при котором направления электрического тока J и магнитного потока М одинаковы для элементов спирали 42.1, 42.3 с правой намоткой и противоположны друг другу для элементов спирали 42.2, 42.4 с левой намоткой, посредством чего магнитные потоки М для обоих элементов 42.3, 42.4 спирали дипольного элемента 32 направлены в одинаковом направлении. Точно так же магнитные потоки М для обоих элементов 42.1, 42.2 спирали дипольного элемента 34 направлены в одинаковом направлении, которое противоположно направлению магнитного потока в магнитном дипольном элементе 32. Как отмечено на фиг.9.2, компоненты электрического тока J в каждых соответствующих смежных элементах спирали компенсируют друг друга. Таким образом, рамочная антенна 100, работающая на резонансной частоте первой гармоники в соответствии с вариантом выполнения, представленным на фиг. 6, обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.4.1, без какого-либо значительного связанного электрического тока J.

Одной из проблем, связанных с вариантом выполнения спиральной антенны, показанным на фиг.6, которая работает на первой гармонике резонансной частоты, и связанных с вариантами выполнения, представленными на фиг.5.1, 5.2 при работе на первой гармонике резонансной частоты, является то обстоятельство, что эти варианты конструкции в два раза превышают размеры подобной антенны, работающей на основной резонансной частоте. Кроме того, вариант выполнения изобретения, представленный на фиг.6 и работающий на резонансной частоте первой гармоники, а также вариант выполнения изобретения, представленный на фиг.5.1, 5.2, работающий на основной резонансной частоте, характеризуются относительно низким полным сопротивлением, при котором по существу обеспечивается более низкая ширина полосы пропускания, чем при относительно высоком полном сопротивлении на резонансных гармониках.

На фиг.11 представлен магнитный дипольный элемент 32, 34, который включает последовательный контур питания спирали со встречной намоткой, настроенный на четверть длины волны на основной резонансной частоте, и который характеризуется относительно высоким связанный полным сопротивлением на этой частоте резонанса. Магнитный дипольный элемент 32, 34, показанный на фиг.11, либо состоит из одного или из двух соответствующих магнитных дипольных элементов 32, 34, показанных на фиг.3, 4.1 и 4.2, либо может состоять только из спиральной антенны 105 со встречной намоткой, как показано на фиг.34. Этот магнитный дипольный элемент 32, 34, показанный на фиг.11, включает в себя одинарный проводник 46, который представлен на фиг.12 в линейной проекции, после чего происходит наложение связанной стоячей волны, период которой составляет половину длины волны.

На фиг.13.1, 13.2 и 13.3 показаны распределения электрического тока J и магнитного потока М на связанной резонансной частоте первой гармоники для варианта выполнения изобретения, представленного на фиг.11, наложенные на основное схемное решение, которое приведено на фиг.11. На фиг.7.1, 7.2 и 7.3, описание которых представлено выше, магнитный дипольный элемент 105, работающий на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг.11, обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с одним из дипольных элементов 32, 34 на фиг.4.1, без сколько-нибудь заметного связанного электрического тока J.

На фиг.14 показана пара магнитных дипольных элементов 32, 34, которые в соответствии с фиг.11 объединены в параллель в узлах 36, 38 для того, чтобы сформировать рамочную антенну 100 в соответствии с фиг.3, 4.1 и 4.2, включающую одинарный проводник, образующий спираль со встречной намоткой, соответствующие концы которой замкнуты между собой, вследствие чего сигнал по параллельной линии/линии передачи подается на сигнальный вход, который расположен поперек спирали со встречной намоткой. Соответствующие магнитные дипольные элементы 32, 34 представлены в виде соответствующих линий согласно фиг.15.1 и 15.2, на которые накладывается связанное распределение тока стоячей волны, равной половине периода при направлении связанного тока относительно рамочной антенны 100, показанном или в левую сторону L, или в правую сторону R.

На фиг.16.1, 16.2 и 16.3 представлено распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной основной резонансной частоте для варианта выполнения согласно фиг.14, наложенное на основное схемное решение, которое показано на фиг.14. На фиг.7.1, 7.2 и 7.3, описание которых представлено выше, показана рамочная антенна 100, работающая на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, изображенным на фиг.14, которая обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.4.1, без какого-либо заметного связанного электрического тока J.

На фиг. 17 множество рамочных антенн 100, 102, 104 и 106 объединено при помощи соответствующих сигнальных разветвителей 18, соединенных параллельно, чтобы сформировать единую антенную систему 110. Этот вариант выполнения имеет преимущество, выражающееся в том, что для каждой соответствующей рамочной антенны 100, 102, 104 и 106, работающей при относительно высоком полном сопротивлении на входе соответствующих сигнальных разветвителей 18, такая параллельная комбинация обеспечивает более низкое полное сопротивление, что позволяет более легко осуществить согласование по уровню соответствующего полного сопротивления связанной фидерной линии, если такое согласование полных сопротивлений необходимо. Принимая во внимание, что вариант выполнения изобретения, изображенный на фиг.17, характеризуется четным числом связанных магнитных дипольных элементов 100.1, 100.2, 102.1, 102.2, 104.1, 104.2, 106.1, 106.2, антенная система 110 может быть построена полностью из элементов в соответствии с фиг.11, что позволяет обеспечить любое количество магнитных дипольных элементов - четное или нечетное - в антенной системе 110.

На фиг.18 изображено множество рамочных антенн 112, 114, 116 и 118, каждая из которых имея определенную резонансную частоту, может быть подключена параллельно другим рамочным антеннам при помощи соответствующих сигнальных разветвителей 18 так, чтобы сформировать единую широкополосную антенную систему 120.

На фиг.19 показан второй элементарный вариант выполнения настоящего изобретения, который включает в себя симметрическую рамочную антенну 130, в которой связанные магнитные дипольные элементы 32, 35 расположены на общем тороиде, а связанные магнитные потоки в пределах каждого магнитного дипольного элемента 32, 35 направлены таким образом, чтобы каждый из них имел общее направление циркуляции 30. Принимая во внимание, что магнитные дипольные элементы 32, 35 показаны добавленными на обычно замкнутую форму (типа круга), соответствующие магнитные дипольные элементы 32, 35 поочередно могут быть повернуты под углом относительно друг друга. Например, магнитный дипольный элемент 32 может вращаться по часовой стрелке относительно сигнального разветвителя 18, в то время как магнитный дипольный элемент 35 остается неподвижным или вращается против часовой стрелки относительно сигнального разветвителя 18. И наоборот, магнитный дипольный элемент 32 может вращаться против часовой стрелки относительно сигнального разветвителя 18, в то время как магнитный дипольный элемент 35 остается неподвижным или вращается по часовой стрелке относительно сигнального разветвителя 18.

На фиг.20.1 показан вариант выполнения, изображенный на фиг.19, в линейной проекции для использования в качестве ссылки при иллюстрации связанных конструкций и распределения электрических токов и магнитных потоков в различных вариантах выполнения настоящего изобретения. На фиг.20.1 представлено изображение направления магнитного потока М в связанных магнитных дипольных элементах 32, 35 в тот же самый момент времени, который показан на фиг.19. В соответствии с описанием, представленным в патенте США 5734353, магнитный поток соответствует изменяющемуся во времени магнитному полю. На фиг.20.2 изображено направление магнитного потока М в связанных магнитных дипольных элементах 32, 35 в тот момент времени, когда фаза сигнала изменяется на противоположную относительно фазы, показанной на фиг.20.1. Соответственно, на фиг. 20.1 и 20.2 показано распределение магнитного потока, необходимое для создания варианта выполнения настоящего изобретения в соответствии с фиг.19.

На фиг.21.1 схематично изображен один из вариантов выполнения спиральной антенны 130 со встречной намоткой в соответствии с фиг.19, 20.1 и 20.2 в виде спирали со встречной намоткой, питаемой параллельно/по линии передачи, включающей пару изолированных проводников. Далее эта конструкция показана на фиг.21.2 как пара спиральных симметричных антенн, которые имеют относительно друг друга встречную намотку. Каждая связанная спиральная симметричная антенна включает в себя пару спиральных дипольных элементов 32.1, 35.2 и 32.2, 35.1, соответственно, каждый из которых имеет встречную намотку относительно друг друга. С другой стороны, спиральная антенна 130 со встречной намоткой включает в себя пару магнитных дипольных элементов 32, 35. Один из этих дипольных элементов 32 включает спираль со встречной намоткой, которая состоит из комбинации обычных спиральных элементов с правой намоткой 32.1 и с левой намоткой 32.2. Точно так же другой магнитный дипольный элемент 35 включает в себя спираль со встречной намоткой, включающую комбинацию обычных спиральных элементов с правой намоткой 35.2 и с левой намоткой 35.1. Магнитные дипольные элементы 32, 35 питаются от источника сигнала, который соединен с общей парой узлов 36, 38, включающих канал подачи сигнала 40, в котором противоположные спиральные элементы 32.1, 35.1 соединены с одним из узлов, 36, а связанные элементы спирали 32.2, 35.2 (реально выполненные со встречной намоткой по отношению к элементам спирали 32.1, 35.1) - соединены с другим узлом 38.

На фиг.25.1, 25.2 и 25.3 показаны распределения электрического тока J и магнитного потока М на связанной основной резонансной частоте для вариантов выполнения, изображенных на фиг.21.1, 21.2, наложенные на основное схемное решение, представленное на фиг.21.2. На фиг.25.1 показано, как в данный момент времени синусоидальный положительный электрический ток распространяется в левую сторону от узла 36 по спиральному дипольному элементу 35.1, а также в правую сторону от узла 36 по спиральному дипольному элементу 32.1. Кроме того, синусоидальный отрицательный электрический ток распространяется в левую сторону от узла 38 по спиральному дипольному элементу 35.2, а также в правую сторону от узла 38 по спиральному дипольному элементу 32.2. На фиг. 25.2 показаны проходящие по проводнику электрические токи, изображенные на фиг. 25.1, которые преобразуются в эквивалентные токи, направленные в правую сторону, посредством чего токи, имеющие отрицательную величину и направленные в левую сторону, становятся положительными токами, направленными вправо, а положительный, влево направленный ток, становится отрицательным, направо направленным током. В конечном итоге, на фиг.25.3 показано распределение связанного магнитного потока М, соответствующее распределению электрического тока J, которое изображено на фиг.25.1 и 25.2, при котором направления электрического тока J и магнитного потока М одинаковы для спиральных дипольных элементов 32.1, 35.2 с правой намоткой и противоположны для спиральных дипольных элементов 32.2, 35.1 с левой намоткой, посредством чего магнитные потоки М для обоих спиральных дипольных элементов 32.1, 32.2 магнитного дипольного элемента 32 направлены в одинаковом направлении. Точно так же магнитные потоки М для обоих спиральных дипольных элементов 35.1, 35.2 магнитного дипольного элемента 35 направлены в одинаковом направлении, которое совпадает с направлением магнитного потока в магнитном дипольном элементе 32. Как показано на фиг.25.2, компоненты электрического тока J в каждом соответствующем спиральном дипольном элементе компенсируют друг друга. Таким образом, в рамочной антенне 130, работающей на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, представленным на фиг.21.1 и 21.2, осуществляется распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг. 20.1, без какого-либо заметного связанного электрического тока J.

На фиг.22 схематично показан другой вариант выполнения спиральной антенны 130 со встречной намоткой в соответствии с фиг.19, 20.1 и 20.2 как последовательно/по контуру питаемая спираль со встречной намоткой, включающая одинарный проводник 48, образующий пару магнитных дипольных элементов 32, 35. Магнитный дипольный элемент 32 включает в себя обобщенную спираль со встречной намоткой, которая состоит из спирали 48.3 с правой намоткой и спирали 48.4 с левой намоткой, которые соединены между собой на правом конце d. Магнитный дипольный элемент 35 включает в себя обобщенную спираль со встречной намоткой, которая состоит из спирали 48.2 с правой намоткой и спирали 48.1 с левой намоткой, которые соединены между собой на левом конце b. Конец спирали 48.1 с правой намоткой подключен к узлу 36, который соединен с одной из сигнальных клемм. Конец е спирали 48.4 с левой намоткой подключен к узлу 38, который соединен с другой сигнальной клеммой. Оставшиеся свободные концы спирали 48.2 с правой намоткой и спирали 48.3 с правой намоткой соединены друг с другом в точке с.

На фиг.26 показано, как в одинарном проводнике 48, изображенном в линейной проекции, в данный момент времени, когда волна синусоидальной формы подана к узлам 36 и 38, происходит поляризация; распределение электрического тока J на одинарном проводнике 48 представляет собой стоячую волну, период которой равен одной длине волны. Направление тока в пределах каждого четвертьволнового элемента 48.1, 48.2, 48.3 и 48.4 спирали показано влево L или вправо R в соответствии с конфигурацией, представленной на фиг.22.

На фиг.27.1, 27.2 и 27.3 показано распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной резонансной частоте первой гармоники для варианта выполнения, представленного на фиг.22. На фиг.27.1 представлено, как в данный момент времени синусоидальный положительный электрический ток распространяется влево от узла 36 по элементу 48.1 спирали, в точку b и затем направо от точки b по элементу 48.2 спирали, в точку с, которая является узлом при распределении синусоидального тока. Кроме того, синусоидальный отрицательный электрический ток распространяется направо от узла 38 по элементу 48.4 спирали в точку d и затем влево от точки d по элементу 48.3 спирали в точку с. На фиг.27.2 показано, что электрические токи, проходящие по проводнику (см. фиг.27.1), преобразуются в эквивалентные токи, направленные вправо, посредством чего отрицательные токи, направленные влево, становятся положительными, направо направленными токами, и положительный, влево направленный ток, становится отрицательным, направо направленным током. Наконец, на фиг.27.3 представлено распределение связанного магнитного потока М, соответствующего распределению электрического тока J, показанному на фиг. 27.1 и 27.2, при котором направления электрического тока J и магнитного потока М одинаковы для элементов спирали 48.2, 48.3 с правой намоткой и противоположны друг другу для элементов спирали 48.1, 48.4 с левой намоткой, посредством чего магнитные потоки М для обоих элементов 48.3, 48.4 спирали магнитного дипольного элемента 32 направлены в одинаковом направлении. Точно так же магнитные потоки М для обоих элементов 48.1, 48.2 спирали магнитного дипольного элемента 35 направлены в одинаковом направлении, которое совпадает с направлением магнитного потока в магнитном дипольном элементе 32. Как отмечено на фиг.27.2, компоненты электрического тока J в каждых соответствующих смежных элементах спирали компенсируют друг друга. Таким образом, рамочная антенна 130, работающая на резонансной частоте первой гармоники в соответствии с вариантом выполнения, представленным на фиг.22, обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.20.1, без какого-либо значительного связанного электрического тока J.

Магнитный дипольный элемент в соответствии с фиг.23 и 24 может быть встроен в рамочную антенну 130, показанную на фиг.19. Таким образом, фиг.23 совпадает с фиг. 11. Магнитный дипольный элемент, изображенный на фиг.23, включает в себя одинарный проводник 46, который показан на фиг.28 в линейной проекции, после чего выполнено наложение связанной стоячей волны, равной половине периода.

На фиг.29.1, 29.2 и 29.3 представлено распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной резонансной частоте первой гармоники для варианта выполнения согласно фиг. 23, наложенное на основное схемное решение, которое показано на фиг. 23. На фиг.25.1, 25.2 и 25.3, описание которых представлено выше, показана рамочная антенна 105, работающая на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, изображенным на фиг.23, которая обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с одним из дипольных элементов 32, 35 на фиг.20.1, без какого-либо заметного связанного электрического тока J.

На фиг.30 представлено, как магнитный дипольный элемент 32 в соответствии с фиг.23 соединен параллельно с магнитным дипольным элементом 35 в соответствии с фиг. 24 для того, чтобы образовать рамочную антенну 130 в соответствии с фиг.19, 20.1 и 20.2, включая одинарный проводник, сформированный в виде спирали со встречной намоткой, соответствующие концы которой соединены между собой, посредством чего сигнал по параллельной линии/линии передачи подается на сигнальный вход, который расположен поперек этой спирали со встречной намоткой.

На фиг.31.1, 31.2 и 31.3 представлено распределение электрического тока J и магнитного потока М на связанной резонансной частоте первой гармоники для варианта выполнения согласно фиг.30, наложенное на основное схемное решение, которое показано на фиг.30. На фиг.25.1, 25.2 и 25.3, описание которых представлено выше, показана рамочная антенна 130, работающая на основной резонансной частоте в соответствии с вариантом выполнения, изображенным на фиг. 30, которая обеспечивает распределение связанного магнитного потока М в соответствии с фиг.20.1, без какого-либо заметного связанного электрического тока J.

На фиг. 32 показана группа рамочных антенн 130, 132 и 134, каждая из которых имеет соответствующую резонансную частоту и может быть подключена друг к другу параллельно при помощи соответствующих сигнальных разветвителей 18 с тем, чтобы сформировать единую широкополосную антенную систему 140. Этот вариант выполнения имеет преимущество, заключающееся в том, что каждая из соответствующих рамочных антенн 130, 132 и 134, которые работают при относительно высоком полном сопротивлении на входе соответствующих сигнальных разветвителей 18, после их подключения в параллельную комбинацию, будет направлять ток к соответствующему элементу антенны в соответствии с частотой сигнала. Принимая во внимание, что вариант выполнения, изображенный на фиг.32, характеризуется четным числом связанных магнитных дипольных элементов 130.1, 130.2, 132.1, 132.2, 134.1 и 134.2, антенная система 140 может быть полностью построена из элементов, показанных на фиг.23, чтобы обеспечить любое количество магнитных дипольных элементов - четное или нечетное - в антенной системе 140.

На фиг. 33 представлена группа рамочных антенн 150, включающих два магнитных дипольных элемента 32, 35, изображенных на фиг.19, в которых коэффициент скорости одного из магнитных дипольных элементов 35 меньше, чем коэффициент скорости для другого магнитного дипольного элемента 32.

В результате развития технологии, либо за счет повышения уровня знаний относительно существующих конструкций антенн, в которых осуществляются подобные распределения тока, либо при помощи моделирования или испытаний, появится возможность оценить свойство этих электромагнитных диаграмм направленности антенны и характеристик, связанных с каждым распределением тока, представленным на фигурах. Различные варианты выполнения согласно настоящему изобретению будут иметь предпочтительные характеристики по входному полному сопротивлению, в которых первый резонанс будет характеризоваться высоким полным сопротивлением, более широкой полосой пропускания и значительно меньшей электрической длиной относительно следующего резонанса более высокого порядка. В каждом из этих вариантов выполнения изобретения питание подается предпочтительно через один канал. Для того чтобы адаптировать полное резонансное сопротивление антенны к сопротивлению связанной фидерной линии, может потребоваться цепь согласования полного сопротивления.

Эти антенны выполнены посредством формирования одинарного проводника вокруг поверхности реального или виртуального обобщенного тора, чтобы образовать обобщенную тороидальную спиральную обмотку, характеристики которой изложены в патенте США 5734353. Обобщенный тор, как упомянуто в патенте США 5734353 и как изложено в настоящем патенте, включает в себя две цилиндрические тороидальные конструкции и конструкции, образованные при помощи размещения центральной жилы в некоторой сфере, и включает конфигурации, в которых часть спиральной обмотки расположена в основном по кругу, по отношению к основной оси взятой за основу обобщенной тороидальной формы. Обобщенный тор включает вырожденные случаи, когда главная ось меньше, чем малая ось, включая случаи, когда поверхность представляет собой сферу, цилиндр или призму, а также варианты конструкции, в которых используются ассоциированные плоскости изображения. Все вышеизложенные варианты представлены в патенте США 5654723.

В то время как описание отдельных вариантов выполнения было выполнено подробно, специалисты, обладающие обыкновенными техническими навыками, будут учитывать, что различные изменения и варианты к этим подробностям могут быть развиты в свете полного раскрытия предмета изобретения. Соответственно, конкретное раскрытие предмета изобретения, как оно представлено, является только иллюстративным и не ограничивают объем данного изобретения, полный объем которого определяется нижеследующей формулой изобретения.