Низкочастотная антенна

Низкочастотная антенна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к низкочастотной антенне и, в частности, к компактной низкочастотной антенне и к системе таких антенн, имеющей улучшенную направленность излучения. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе дистанционного зондирования погруженного, или скрытого, объекта. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе дистанционной передачи энергии. Предложенная антенна может быть использована в автомобильной промышленности, телекоммуникационной индустрии, в частности, в мобильных приложениях, при исследовании природных ресурсов и в других приложениях.

Уровень техники

Распространение электромагнитных волн через материалы с изменяющимися свойствами, такими как диэлектрическая проницаемость, электрическая проводимость и магнитная проницаемость, было и остается предметом фундаментальных исследований вследствие его огромного значения для беспроводных систем радиосвязи и зондирования. Из-за высокой эффективности излучения от относительно малых передающих устройств, высокочастотные волны главным образом используются для телекоммуникационных целей. Однако, диапазоны доступных частот ограничены глубиной проникновения поля или скин-слоем, который обычно обратно пропорционален квадратному корню от частоты. С другой стороны, смещение в низкочастотную область дает определенные преимущества, такие как более глубокое проникновение и более низкая чувствительность к рассеянию от объектов, малых по сравнению с длиной волны сигналов. Одной из главных проблем является размер излучающего источника, который обычно должен быть соразмерным с длиной волны излучаемых волн, чтобы достигнуть допустимого уровня сопротивления излучения.

Коэффициент направленности характеризует качество антенны и определяется как отношение удельной мощности Р(θ ,ϕ), излучаемой антенной в направлении ее максимального испускания, к удельной мощности той же самой антенны, усредненной по всему телесному углу Ω (θ ,ϕ),

D i r ( θ , φ ) = max { P ( θ , ϕ ) / ( ∫ d Ω P ( θ , ϕ }

Обычно используемая ориентация рамочной антенны подразумевает максимальный коэффициент усиления при угле θ=0 в предположении, что плоскость излучающей антенной рамки перпендикулярна к оси z, которую обычно рассматривают как ось излучателя. Один из традиционных способов увеличения коэффициента направленности состоит в размещении антенной рамки над плоским отражателем. При такой ориентации коэффициент направленности равен примерно 9 дБ при величине промежутков между антенной рамкой и отражателем, находящейся в диапазоне 0,005≤d/λ≤0,2, где d обозначает расстояние между антенной рамкой и отражателем и λ обозначает длину волны. В целом, коэффициент направленности зависит от размера, формы и электрической проводимости отражателя и является также предметом оптимизации этих параметров, но коэффициент направленности остается примерно равным 9 дБ в максимально оптимизированном диапазоне параметров, то есть, при s/λ ~ 1 для идеально проводящего отражателя квадратной формы, где s обозначает длину его стороны.

Другой способ управления коэффициентом направленности состоит в использовании коаксиальной антенной решетки, в которой все антенные рамки параллельны и их центры расположены на общей оси. Здесь управляемый параметр представляет собой отношение длины антенной рамки к длине волны, 2πr/λ, где r обозначает радиус антенной рамки, а λ обозначает длину волны. Этот способ эффективен; если значение параметра 2πr/λ близко к единице. В этом случае токи, индуцированные во всех антенных рамках, имеют почти одну и ту же фазу и, таким образом, не происходит никакого гашения генерируемого электромагнитного поля. Используемая в большинстве случаев конфигурация включает одну активную антенную рамку и несколько пассивных антенных рамок, причем в этом случае может быть легко получена конфигурация питания, необходимая для получения предписанных значений напряжения в точке питания. Если размер пассивной антенной рамки (или размера активной антенной рамки) немного меньше длины волны, как правило 2πr/λ ~ 0,95, то коэффициент направленности достигает максимального значения, примерно равного 7 дБ, на стороне пассивной антенной рамки, причем последнюю, следовательно, можно полагать вторичным излучателем. Если размер пассивной антенной рамки немного меньше длины волны (или размера активной антенной рамки), как правило 2πr/λ ~ 0,95, то коэффициент направленности достигает максимального значения, примерно равного 7 дБ, на стороне, противоположной пассивной антенной рамке, причем последнюю, следовательно, можно полагать отражателем. Промежуток между активной антенной рамкой и пассивными антенными рамками представляет собой другой контролируемый параметр. Промежуток, составляющий d/λ ~ 0,2 считается оптимальным для достижения максимального значения коэффициента направленности. Физические явления, стоящие за такой конфигурацией антенной решетки, обеспечивающей возможность максимального увеличения коэффициента направленности, связаны с разностями фаз зондового напряжения в месте расположения пассивной антенной рамки и со значением тока, индуцированного этим напряжением: если пассивная антенная рамка уменьшена, то эта разность отрицательна, и наоборот. Взаимное влияние между полями, излучаемыми всеми элементами антенной решетки, приводит к искажению диаграммы направленности антенны и к асимметрии относительно направлений θ=0 и θ=n, то есть, к увеличению коэффициента направленности.

Ситуация резко меняется при наличии сжимающей волну среды, в которую погружена активная антенная рамка, причем именно к этой конфигурации имеет отношение предлагаемое изобретение. Вследствие того, что условия сжатия волны, например, когда изолированная активная антенная рамка погружена в полость, характеризуемую определенными размерами, формой и параметрами материала, могут в целом быть нарушены присутствием в непосредственной близости других объектов! необходимо уделить особое внимание сохранению эффекта сжатия волны при одновременном достижении усиления коэффициента направленности.

Компактные электромагнитные передатчики часто содержат специально сконструированную и имеющую специальную форму диэлектрическую оболочку, обеспечивающую возможность сжатия волны на некоторый коэффициент, который содержит диапазон частот, измененный лишь в несколько раз по сравнению с основной резонансной частотой передатчика. Степень сжатия волны и, следовательно, коэффициент уменьшения частоты обычно ограничены параметрами материала, используемого в антеннах с диэлектрическим объемным резонатором.

Например, патент США №3823403 (1974, Walter et al.) описывает антенну с диэлектрической или ферритовой многовитковой рамкой, обладающей относительно высоким сопротивлением излучения в диапазоне гигагерцевых частот. Высокая частота излучения имеет преимущество высокой плотности при передаче информации вследствие уширенной полосы частот, но часто обладает недостатком, связанным с ограниченной глубиной проникновения при расположении в непосредственной близости объектов, где толщина скин-слоя относительно мала по сравнению с размерами объектов. Кроме того,' волновые явления, подобные рэлеевскому рассеянию на флуктуациях плотности окружающей среды с относительно большой, в противном случае, толщиной скин-слоя, и соответствующие дифракционные явления могут также ограничивать протяженность распространения волны. С другой стороны, использование излучения низкой частоты для передачи электромагнитного излучения, позволяет избежать недостатков, упомянутых в связи с высокочастотным излучением, вследствие увеличенной толщины скин-слоя и, следовательно, увеличеной глубины проникновения и уменьшения дифракционных эффектов.

Патент США №5541610 (1996, Imanishi et al.) описывает антенну для устройства радиосвязи, представляющую собой антенну, выполненную на базе интегрального индуктора, содержащую многослойный миниатюрный интегральный индуктивный элемент, длина которого составляет примерно λ/4, что обеспечивает антенне характеристики полуволнового симметричного вибратора, вместе с заземлением, длина которого составляет, примерно, λ/4. В предпочтительном варианте реализации изобретения индуктивный элемент выполнен из тонких листов изоляционного материала, с нанесенными проводящими сегментами, соединенными через сквозные отверстия в листах с образованием спирального индуктивного элемента в пределах стопки листов! Непосредственное соединение позволяет избежать внесения потерь, связанных с цепью согласования полных сопротивлений, а дешевая миниатюризация вместе со сниженным ухудшением коэффициента усиления антенны, обусловленным воздействием окружающих проводников, позволяет создать эффективное миниатюрное мобильное устройство радиосвязи.

Патент США №6046707 (2000, Gaughan et al.) описывает многослойную керамическую спиральную антенну, предназначенную для миниатюрного радио- или микроволнового устройства связи. Маленькая прочная антенна, предназначенная для использования с радио- и микроволновыми средствами связи, выполнена в виде спирального проводника, содержащегося в многослойном неферритовом керамическом чипе. Диэлектрическая постоянная керамики выбрана так, чтобы соответствовать антенне на ее рабочей частоте, которая может составлять от 0,5 до 10,0 ГГц. Также описан способ выполнения таких антенн.

Улучшение характеристик низкопрофильной антенны часто достигают посредством использования специально разработанных электромагнитных материалов.

В патенте США №6509880 (Sabet et al.) описана одна такая реализация в виде совмещенной плоской антенны, напечатанной на компактной диэлектрической пластине, имеющей некоторую эффективную диэлектрическую постоянную. Разработка элементов антенны с большим значением коэффициента обратного излучения обычно выполнена при использовании металлизированных подложек. Однако, печатные антенны на металлизированных подложках имеют ограниченные ширину полосы и эффективность излучения антенны. Эта проблема обусловлена тем, что поле, излучаемое изображением электрического тока антенны, размещенного в непосредственной близости к печатной электронной схеме и параллельного ей, имеет тенденцию нейтрализовывать поле, излученное самим током антенны. В этом случае согласование входного полного сопротивления антенны достаточно затруднительно, и при достижении условия согласования оно реализуемо лишь в относительно узкой полосе частот. Для устранения этого недостатка, как предложено в патенте США №6509880, диэлектрическая подложка антенны имеет поверхность с реактивной составляющей комплексного сопротивления (RIS), содержащую случайные пустоты между плоскими щелевыми элементами и металлической пластиной заземления, проходящие через диэлектрическую пластину. Выполненная таким образом поверхность с реактивной составляющей полного сопротивления имеет следующие основные особенности: она обеспечивает отражательную способность, увеличивающую коэффициент обратного излучения антенны; поверхность с реактивной составляющей полного сопротивления может служить в качестве резонирующей полости, что приводит к уменьшению размера антенны вследствие уменьшенной длины волны λ ~ 1/sqrt (εµ). Однако, из-за присущих печатным полосковым линиям структурных особенностей, при размещении проводящих линий между диэлектрической пластиной и воздухом, резонансные поверхностные волны, распространяющиеся вдоль поверхности пластины, интерферируют с волнами, генерируемыми в диэлектрическом резонаторе, что приводит к уменьшению мощности выхода для низкопрофильной антенны. Использование предложенных для минимизации влияния поверхностных волн случайных пустот в плите приводит к неоднородному распределению параметров материала, что уменьшает связь излучающей щели с диэлектрической пластиной и, таким образом, интегральная плоская антенна, напечатанная на компактной диэлектрической металлизированной пластине, имеет ограниченные возможности в отношении уменьшения частоты и увеличении эффективности излучения антенны.

Известен магнитный метаматериал (IEEE Transactions on microwave theory and techniques, Vol.54, No. 1, январь 2006 г.), в значительной степени пригодный для использования в качестве подложки для антенн. Указанный магнитный метаматериал представляет собой естественно немагнитный материал с металлическими включениями. Представляющая собой эффективную среду подложка из метаматериала работает на малых по сравнению с длиной волны электромагнитного излучения внедренные цепи (ECs) для достижения значений магнитной проницаемости и диэлектрической проницаемости, превышающих значения для диэлектрика-основы. Геометрический контроль внедренных цепей обеспечивает возможность приспособления значений µ и ε к конкретному приложению. Этот магнитный метаматериал показывает увеличенные значения µ и λ с приемлемыми уровнями коэффициента потерь. Магнитная проницаемость материала сильно и предсказуемым образом зависит от частоты, причем коэффициент миниатюризации может быть выбран посредством подстройки рабочей частоты. Значения относительной магнитной проницаемости в диапазоне µ_отн=1-5 достижимы для приложений с умеренно низким уровнем потерь. Были продемонстрированы (с указанием возможности более высоких значений эффективности) характерные значения коэффициента миниатюризации антенны порядка 4-7 для умеренной (примерно 10%-ой) ширины полосы передачи и эффективностей в умеренном диапазоне (20%-35%).

Использование технологии сжатия волны в области антенных элементов требует подхода, отличающегося от обычных способов управления коэффициентом направленности, таких как использование отражающей проводящей плоскости или коаксиальной антенной решетки из антенных рамок.

Проблемы возникают главным образом на низких частотах и упоминаются ниже.

Во-первых, согласование напряжения в питаемом входе с полным входным сопротивлением зависит от расстояния между пассивными элементами и не эффективно на низких частотах вследствие большой длины волны.

Во-вторых, низкочастотный диапазон не доступен без резонансной полости, поскольку размер излучателя должен быть соизмеримым с длиной волны, если не используется устройство сжатия волны.

В-третьих, сведение к минимуму многократного рассеяния и, таким образом, процессов боковой диффузии от поверхностей раздела, что подразумевает отсутствие использования резко изменяющихся в пространстве параметров. Последнее переходит в плавное изменение собственного полного электрического сопротивления при увеличении коэффициента направленности.

В-четвертых, значение коэффициента направленности зависит от количества элементов в многокомпонентной рамочной антенне, что, однако, увеличивает ее общий размер. Это несовместимо с требованием уменьшения размера.

В связи с вышеупомянутым существует насущная потребность в компактных антеннах, работающих на низких частотах и имеющих улучшенные рабочие характеристики, включая эффективность излучения антенны и высокий коэффициент направленности.

Сущность изобретения

Таким образом, в связи с описанным выше уровнем техники задача настоящего изобретения состоит в выполнении компактной резонансной антенны, имеющей длину излучаемой волны на порядки меньше физического размера антенны, и в то же самое время сопротивление излучения достаточно велико для резонансной антенны, чтобы ее можно было использовать в области связи и для беспроводной передачи энергии электромагнитного поля.

В соответствии с настоящим изобретением предложена низкочастотная антенна. Эта низкочастотная антенна содержит различные функциональные материалы, используемые при выполнении согласованной с длиной волны оболочки, окружающей провод антенны, для согласования длины сжатой волны с физическим размером резонансной антенны, для согласования полного электрического сопротивления в пределах оболочки с полным электрическим сопротивлением внешней среды, для увеличения коэффициента направленности посредством использования неоднородного распределения параметров материала и минимизации рассогласования собственных полных электрических сопротивлений между областью оболочки, формирующей сжатую волну, и внешней средой.

Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения низкочастотная антенна, предназначенная для излучения/приема электромагнитной волны, содержит: питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи; провод антенны, соединенный с питаемым входом; и оболочку по меньшей мере частично окружающую провод антенны, причем оболочка содержит внутреннюю часть, примыкающую к проводу антенны, и внешнюю часть, примыкающую к внутренней части и имеющую периферию, внутренняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что каждая из величин магнитной проницаемости внутренней части оболочки, электрической проводимости внутренней части оболочки и диэлектрической проницаемости внутренней части оболочки постоянна в пределах внутренней части, внешняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что по меньшей мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются вдоль по меньшей мере одного направления в пределах внешней части оболочки от внутренней части к периферии оболочки, причем структура или материал внешней части оболочки выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды.

В одном варианте реализации настоящего изобретения электрическая проводимость внешней части оболочки постоянна, а магнитная проницаемость внешней части оболочки и диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки увеличиваются.

В одном варианте реализации настоящего изобретения магнитная проницаемость внешней части оболочки постоянна, а электрическая проводимость внешней части оболочки и диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки увеличиваются.

В одном варианте реализации настоящего изобретения диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки постоянна, а магнитная проницаемость внешней части оболочки и электрическая проводимость внешней части оболочки увеличиваются.

В одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются постепенно.

В одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются ступенчато.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения магнитная проницаемость внешней части оболочки, диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки и электрическая проводимости внешней части оболочки увеличиваются в 5-20 раз.

В одном варианте реализации настоящего изобретения магнитная проницаемость внешней части оболочки изменяется в 5-10 раз по сравнению со значением этой величины во внутренней части, причем происходит постепенное или ступенчатое увеличение на одной стороне внутренней части в направлении от периферии внешней части оболочки к внутренней части, и постепенное или ступенчатое увеличение на противоположной стороне внутренней части в направлении от внутренней части к периферии внешней части оболочки, а отношение параметров, включающих диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость и электрическую проводимость, во внешней части оболочки сохраняется равным этому отношению во внутренней части.

В одном варианте реализации настоящего изобретения диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки изменяется в 5-10 раз по сравнению со значением этой величины во внутренней части, причем происходит постепенное или ступенчатое увеличение на одной стороне внутренней части в направлении от периферии внешней части оболочки к внутренней части, и постепенное или ступенчатое увеличение на противоположной стороне внутренней части в направлении от внутренней части к периферии внешней части оболочки, причем отношение параметров, включающих диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость и электрическую проводимость, во внешней части оболочки сохраняется равным этому отношению во внутренней части.

В одном варианте реализации настоящего изобретения электрическая проводимость внешней части оболочки изменяется в 5-10 раз по сравнению со значением этой величины во внутренней части, причем происходит постепенное или ступенчатое увеличение на одной стороне внутренней части в направлении от периферии внешней части оболочки к внутренней части, и постепенное или ступенчатое увеличение на противоположной стороне внутренней части в направлении от внутренней части к периферии внешней части оболочки, а отношение параметров, включающих диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость и электрическая проводимость, во внешней части оболочки сохраняется равным этому отношению во внутренней части.

В одном варианте реализации настоящего изобретения магнитная проницаемость внешней части оболочки и диэлектрическая проницаемость внешней части оболочки изменяется в диапазоне от 1 до 10⁶.

В одном варианте реализации настоящего изобретения электрическая проводимость внешней части оболочки изменяется в диапазоне от 0 до 60×10⁶ См/м.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения оболочка содержит материал с высокой магнитной проницаемостью и высокой/низкой электрической проводимостью, выбранный из группы: металлическое стекло, наноперм, мю-металл, пермаллой, электрическая сталь, Ni-Zn феррит, Mn-ZN феррит, сталь, Fe₄₉Co₄₉V₂, Fe3%Si, Fe₆₇Co₁₈B₁₄Si₁, пермаллой Ni₅₀Fe₅₀, тонкая фракция Fe_73,3Si_13,5Nb₃B₉Cu₁, супермаллой Ni₇₈Fe₁₇Mo₅, материал с высокой диэлектрической проницаемостью, выбранный из группы: диоксид титана, титанат стронция, титанат бария-стронция, титанат бария, титанат циркония-свинца, сопряженные полимеры, титанат кальция-меди, или материал с умеренной/низкой электрической проводимостью, выбранный из группы: аморфный углерод, углерод в форме графита, константан, GaAs, манганин, ртуть.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения оболочка содержит метаматериал.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения рабочая частота антенны не превышает 3 МГц, до 2 МГц, до 1 МГц.

В одном варианте реализации настоящего изобретения линейный размер внутренней части превышает четверть длины провода антенны.

В одном варианте реализации настоящего изобретения внешняя часть выполнена из материала, выбираемого из группы, содержащей материалы с постепенно или ступенчато изменяющимися параметрами, изменяющимися вдоль воображаемой линии, проходящей через среднюю точку внутренней части таким образом, чтобы волновое сопротивление оставалось неизменным вдоль этой линии.

В одном варианте реализации настоящего изобретения отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки постоянно.

В одном варианте реализации настоящего изобретения отношение электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки постоянно.

В одном варианте реализации настоящего изобретения провод антенны выполнен в виде линейного проводника, длина которого составляет от 0,001 м до 1 м.

В одном варианте реализации настоящего изобретения провод антенны выполнен в виде асимметричной рамки, диаметр которой составляет от 0,05 м до 1 м.

В одном варианте реализации настоящего изобретения асимметричная антенная рамка выбрана из группы, состоящей из круговой, квадратной и ромбовидной рамок.

В одном варианте реализации настоящего изобретения провод антенны покрыт изоляционным материалом, толщина которого не превышает 1/100L, где L равна длине провода антенны.

В одном варианте реализации настоящего изобретения антенна, кроме того, содержит линзовый материал с высокой магнитной проницаемостью для достижения увеличенного значения коэффициента направленности. Высокая магнитная проницаемость превышает магнитную проницаемость во внутренней части по меньшей мере в 5 раз.

В одном варианте реализации настоящего изобретения оболочка имеет геометрическую форму, выбранную из группы: цилиндрический диск, разделенный на несколько областей цилиндр, разделенный на сектора цилиндр, цилиндрические кольца, треугольник, прямоугольник, прямоугольник с выемкой, оболочка со скошенной кромкой, конус, эллипсоид, сфера, полусфера, сферический сегмент, четырехгранник, перфорированная оболочка, ступенчатая оболочка, или любая комбинация этих форм.

В одном варианте реализации настоящего изобретения антенна содержит по меньшей мере один теплоотвод. Например, теплоотвод представляет собой структурный элемент антенны.

В одном варианте реализации настоящего изобретения антенна содержит усиление. Усиление представляет собой структурный элемент антенны.

В одном варианте реализации настоящего изобретения оболочка содержит внешний слой, предотвращающий окисление оболочки.

Согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения предложена антенная решетка, содержащая несколько низкочастотных антенн, предназначенных для излучения/приема электромагнитной волны во внешнюю среду и из нее, и соединительное устройство для соединения указанных низкочастотных антенн, в которой каждая антенна из указанных антенн содержит: питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи; провод антенны, соединенный с питаемым входом; и оболочку по меньшей мере частично окружающую провод антенны, причем оболочка содержит внутреннюю часть, примыкающую к проводу антенны, и внешнюю часть, примыкающую к внутренней части и имеющую периферию, внутренняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что каждая из величин магнитной проницаемости внутренней части оболочки, электрической проводимости внутренней части оболочки и диэлектрической проницаемости внутренней части оболочки постоянна в пределах внутренней части, внешняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что по меньшей мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются вдоль по меньшей мере одного направления в пределах внешней части оболочки от внутренней части оболочки к ее периферии, причем структура или материал внешней части оболочки выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды.

В одном варианте реализации настоящего изобретения антенная решетка выполнена в виде одномерной антенной решетки или двумерной антенной решетки.

В одном варианте реализации настоящего изобретения антенная решетка содержит несколько фазирующих устройств, индивидуальных для каждой антенны.

Согласно третьему варианту выполнения настоящего изобретения предложена система для дистанционного зондирования погруженного, или скрытого, объекта, содержащая по меньшей мере одну низкочастотную передающую антенну, выполненную с возможностью излучения электромагнитной волны по направлению к погруженному, или скрытому, объекту; по меньшей мере одну низкочастотную приемную антенну, выполненную с возможностью приема электромагнитной волны по меньшей мере от одной низкочастотной передающей антенны; в которой каждая из по меньшей мере одной низкочастотной передающей антенны и по меньшей мере одной низкочастотной приемной антенны содержит: питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи; провод антенны, соединенный с питаемым входом; и оболочку по меньшей мере частично окружающей провод антенны, причем оболочка содержит внутреннюю часть, примыкающую к проводу антенны, и внешнюю часть, примыкающую к внутренней части и имеющую периферию, внутренняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что каждая из величин магнитной проницаемости внутренней части оболочки, электрической проводимости внутренней части оболочки и диэлектрической проницаемости внутренней части оболочки постоянна в пределах внутренней части, внешняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что по крайней мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются вдоль по меньшей мере одного направления в пределах внешней части оболочки от внутренней части к периферии оболочки, причем структура или материал внешней части оболочки выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается1 постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды.

В одном варианте реализации настоящего изобретения низкочастотная передающая антенна и низкочастотная приемная антенна объединены вместе.

В другом варианте реализации настоящего изобретения низкочастотная передающая антенна и низкочастотная приемная антенна размещены на расстоянии друг от друга.

В одном варианте реализации настоящего изобретения система работает в режиме, выбранном из группы: режим отражения, режим дифракции, режим передачи, или в режим, являющийся комбинациейэтих режимов.

Согласно четвертому варианту выполнения настоящего изобретения предложена система для дистанционной передачи энергии, причем система содержит по меньшей мере одну низкочастотную передающую антенну, выполненную с возможностью подсоединения к источнику энергии и излучения электромагнитной волны к потребителю энергии; и по меньшей мере одну низкочастотную приемную антенну, выполненную с возможностью подсоединения к потребителю энергии и с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одной низкочастотной передающей антенной посредством приема электромагнитной волны, излученной низкочастотной передающей антенной, в которой каждая из по меньшей мере одной низкочастотной передающей антенны и по меньшей мере одной низкочастотной приемной антенны содержит: питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи; провод антенны, соединенный с питаемым входом; и оболочку по меньшей мере частично окружающую провод антенны, причем оболочка содержит внутреннюю часть, примыкающую к проводу антенны, и внешнюю часть, примыкающую к внутренней части и имеющую периферию, внутренняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что каждая из величин магнитной проницаемости внутренней части оболочки, электрической проводимости внутренней части оболочки и диэлектрической проницаемости внутренней части оболочки постоянна в пределах внутренней части, внешняя часть оболочки имеет такую структуру или выполнена из такого материала, что по меньшей мере две величины из магнитной проницаемости внешней части оболочки, электрической проводимости внешней части оболочки и диэлектрической проницаемости внешней части оболочки увеличиваются вдоль по меньшей мере одного направления в пределах внешней части оболочки от внутренней части оболочки к ее периферии, причем структура или материал внешней части оболочки выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды; посредством чего потребитель энергии может быть снабжен энергией из источника энергии, когда по меньшей мере одна низкочастотная передающая антенна и по меньшей мере одна низкочастотная приемная антенна взаимодействуют друг с другом.

В одном варианте реализации настоящего изобретения передающая антенна имеет телесный угол, соизмеримый с угловым размером приемной антенны.

В одном варианте реализации настоящего изобретения рабочая частота электромагнитной волны передающей антенны выбрана с возможностью обеспечения толщины скин-слоя в среде вне передающей антенны по меньшей мере равной 2,7 г, где г равно расстоянию между передающей антенной и приемной антенной.

В одном варианте реализации настоящего изобретения система, дополнительно содержит обратную связь между передающей антенной и приемной антенной.

В одном варианте реализации настоящего изобретения низкочастотная передающая антенна расположена в здании, а низкочастотная приемная антенна установлена на мобильном устройстве.

В одном варианте реализации настоящего изобретения мобильное устройство выбрано из группы: ноутбуки, мобильные телефоны, электронные секретари, смартфоны, электронные планшеты.

В одном варианте реализации настоящего изобретения низкочастотная приемная антенна установлена на электрическом транспортном средстве.

В одном варианте реализации настоящего изобретения система работает в режиме, выбранном из группы: режим дифракции, режим передачи, или в режим, являющийся комбинацией этих режимов.

Согласно пятой варианту выполнения настоящего изобретения предложена низкочастотная антенна, предназначенная для излучения/приема электромагнитной волны, причем антенна содержит: питаемый вход, выполненный с возможностью соединения с линией передачи; провод антенны, соединенный с питаемым входом; и оболочку по меньшей мере частично окружающую провод антенны, в которой оболочка имеет магнитную проницаемость оболочки, электрическую проводимость оболочки и диэлектрическую проницаемость оболочки и содержит несколько чередующихся первых областей и вторых областей, при этом каждая первая область имеет магнитную проницаемость первой области, электрическую проводимость первой области и диэлектрическую проницаемость первой области; а каждая вторая область имеет магнитную проницаемость второй области, электрическую проводимость второй области и диэлектрическую проницаемость второй области, причем магнитная проницаемость первой области, электрическая проводимость первой области и диэлектрическая проницаемость первой области выше магнитной проницаемости второй области, электрической проводимости второй области и диэлектрической проницаемости второй области.

В одном варианте реализации настоящего изобретения протяженность каждой второй области не превышает 1/10L, где L обозначает длину провода антенны. Каждая вторая область представляет собой воздух.

Различные цели, особенности, примеры реализации и преимущества настоящего изобретения