CN105720371A - 磁棒天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁棒天线。该磁棒天线包括磁棒和导线，所述导线的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒形成多个线圈。多个线圈在同一磁棒的各自横截面的分磁场叠加起来的磁场强度，比现有的均匀缠绕于磁棒的导线所绕制成的线圈的总磁场的磁场强度要强，所以本发明提供的磁棒天线的信号传输距离更长，更不容易受到外部环境的干扰，并且本发明提供的磁棒天线能同时提高天线的磁通量。

Description

磁棒天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种磁棒天线。

背景技术

在工程施工中，经常需要穿透地层将地底的采集信号通过无线传输的方式传输到地表，然后通过地表的仪器如手持仪表还原与分析。

现代通讯技术中WiFi、蓝牙、ZigBee等因无法穿透厚厚的障碍层而无法使用。传统的1k～100kHz的电磁波在采用磁棒天线发射的方式时反而比较容易穿透地层，但是其穿透的距离有限，并且易受外部环境的干扰。随着城市化进程的加快和管网布置的复杂，非开挖的施工从最初的地下10米以内已经扩展到了20米至30米。因此迫切地需要一种信号传输距离长的磁棒天线。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种磁棒天线，以改善现有的磁棒天线信号传输距离有限、易受外部环境的干扰的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁棒天线，包括磁棒和导线，所述导线的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒形成多个线圈。

优选地，上述的磁棒天线中，所述多个线圈中的相邻两个线圈的间距大于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积。

所述多个线圈满足预定的关系时，可以使所述多个线圈所在的磁棒的横截面的分磁场叠加起来，并且上述的分磁场叠加起来后的磁场强度比均匀分布的导线形成的总磁场的磁场强度强。

优选地，上述的磁棒天线中，所述多个线圈中的所述相邻两个线圈的间距小于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积的四倍。

所述多个线圈中的所述相邻两个线圈的间距除了满足大于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积，还需要满足小于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积的四倍。所述多个线圈满足上述条件时，可以使所述多个线圈所在的磁棒的横截面的分磁场叠加起来，并且上述的分磁场叠加起来后的磁场强度比均匀分布的导线形成的总磁场的磁场强度强。

优选地，上述的磁棒天线中，所述相邻两个线圈中的一个线圈的匝数与所述相邻两个线圈中的另一个线圈的匝数不同。

具体地，相邻的两个线圈的匝数可以相同，也可以不相同。应该理解，上述的相邻两个线圈的匝数是否相同不应该理解为是对本发明的限制。

优选地，上述的磁棒天线中，所述多个线圈中的两两相邻的线圈之间的间距不同。

具体地，所述多个线圈中的两两相邻的线圈之间的间距可以相同，也可以不相同。应该理解，所述多个线圈中的两两相邻的线圈之间的间距是否相同不应该理解为是对本发明的限制。

优选地，上述的磁棒天线中，所述多个线圈包括第一线圈、第二线圈、第三线圈以及第四线圈，所述第一线圈的匝数为第一匝数，所述第二线圈的匝数为第二匝数，所述第三线圈的匝数为第三匝数，所述第四线圈的匝数为第四匝数，所述第一线圈与所述第二线圈的间距为第一间距，所述第二线圈与所述第三线圈的间距为第二间距，所述第三线圈与所述第四线圈的间距为第三间距，所述导线的直径与所述第一匝数、第二匝数、第三匝数、第四匝数、第一间距、第二间距以及第三间距满足预定的关系。

具体地，所述多个线圈可以包括第一线圈、第二线圈、第三线圈以及第四线圈，所述多个线圈还可以包括更多数量的线圈，并且多个线圈的数量可以大于四。故多个线圈的具体的线圈数量不应该理解为是对本发明的限制。

上述的第一线圈、第二线圈、第三线圈以及第四线圈每个线圈可以具有各自相应的匝数，并且所述的第一线圈、第二线圈、第三线圈以及第四线圈各自的匝数可以相同，四个线圈中的一个或几个的匝数可以相同，而所述一个或几个的匝数可以与四个线圈中的其他匝数不同，四个线圈各自的匝数也可以互不相同。所述四个线圈的匝数不应该理解为是对本发明的限制。

上述的四个线圈相邻的两两线圈之间可以形成三个间距，所述三个间距的间隔距离可以相同，也可以互不相同。应该理解，所述三个间距的间隔距离不应该理解为是对本发明的限制。

并且围成线圈的导线与上述的四个匝数的匝数数量以及三个间距的间隔距离之间可以满足预定的关系。

优选地，上述的磁棒天线中，所述预定的关系包括：所述多个线圈的匝数为n_i,i＝1,2,3,4，i＝1,2,3,4中的1、2、3、4分别表示第一匝数、第二匝数、第三匝数以及第四匝数，所述多个线圈中的两个相邻的线圈的间距为L_m,m＝1,2,3，m＝1,2,3中的1、2、3分别表示第一间距、第二间距以及第三间距，所述导线的直径为Ф，L₁满足n₁*Ф<L₁<4(n₁*Ф)并且满足n₂*Ф<L₁<4(n₂*Ф)；L₂满足n₂*Ф<L₂<4(n₂*Ф)并且满足n₃*Ф<L₂<4(n₃*Ф)；L₃满足n₃*Ф<L₃<4(n₃*Ф)并且满足n₄*Ф<L₃<4(n₄*Ф)。

具体地，所述预定的关系如上述的公式所示。

优选地，上述的磁棒天线中，所述多个线圈的匝数数目均大于等于三。

所述多个线圈的匝数数目均可以大于等于三，在满足匝数数目大于等于三的情况下，所述多个线圈的匝数数目可以为三，也可以为四，所述多个线圈的具体匝数数目不应该理解为是对本发明的限制。

优选地，上述的磁棒天线中，所述导线的直径大于0.2毫米。

围成线圈的导线的直径具体可以大于0.2毫米，在满足导线的直径大于0.2毫米的情况下，所述导线的具体直径可以为0.21，也可以为0.25，应该理解，所述导线的直径的具体数值不应该理解为是对本发明的限制。

优选地，上述的磁棒天线中，所述磁棒为铁氧体磁棒。

铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。

本发明提供了一种磁棒天线，该磁棒天线包括磁棒和导线，所述导线的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒形成多个线圈。多个线圈在同一磁棒的各自横截面的分磁场叠加起来的磁场强度，比现有的均匀缠绕于磁棒的导线所绕制成的线圈的总磁场的磁场强度要强，所以本发明提供的磁棒天线的信号传输距离更长，更不容易受到外部环境的干扰，并且本发明提供的磁棒天线能同时提高天线的磁通量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的磁棒天线的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的磁棒天线的结构示意图。

附图标记如下：

磁棒110；导线120；线圈130；第一线圈131；第二线圈132；第三线圈133；第四线圈134。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1示出了本发明第一实施例提供的一种磁棒天线。该磁棒天线包括磁棒110和导线120，所述导线120的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒110形成多个线圈130。

信号发射磁场沿磁棒110被分为若干个分磁场，所述分磁场的数量与所述多个线圈130的数量一致。如图1所示，所述多个线圈130的数量为五个，故同样也有五个分磁场。

由于所述多个线圈130中的每个线圈130的匝数均较少,每段分磁场均可以产生各自线圈的最大磁通密度的磁场。并且由于每段分磁场的极性相同，整个磁棒110的磁场强度相当于五个分磁场的磁场强度之和。

现有的磁棒天线将线圈130均匀绕制于磁棒110，由于线圈130匝数多，故通入较小的电流就会出现超过磁棒110的最大磁通密度的现象。因此现有的磁棒天线能够产生的最大磁场强度为磁棒110的单个截面积内的最大磁通密度，可以将它设为总磁场的磁场强度。当电流继续增加时，由于磁场已经饱和，所增加的部分均变为无用功被消耗掉，因此发射效率很低。

而在如图1所示的磁棒天线中，虽然分磁场的磁场强度与总磁场的磁场强度相比小一些，但五个分磁场的磁场强度之和大于总磁场的磁场强度。磁场强度越强，磁棒天线所能产生的电磁信号强度越强，故本发明实施例提供的磁棒天线的信号传输距离更长。

具体地，所述多个线圈130中的相邻两个线圈的间距L大于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积。并且所述多个线圈130中的所述相邻两个线圈的间距L小于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积的四倍。

所述多个线圈130中的所述相邻两个线圈的间距L除了满足大于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积，还需要满足小于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积的四倍。所述多个线圈130满足上述条件时，可以使所述多个线圈130所在的磁棒110的横截面的分磁场叠加起来，并且上述的分磁场叠加起来后的磁场强度比均匀分布的导线形成的总磁场的磁场强度强。并且当所述多个线圈130满足上述条件时，还可以提高磁棒天线的磁通量。

所述相邻两个线圈中的一个线圈的匝数与所述相邻两个线圈中的另一个线圈的匝数可以不同，详情请参见图2。

具体地，相邻的两个线圈的匝数可以相同，也可以不相同。应该理解，上述的相邻两个线圈的匝数是否相同不应该理解为是对本发明的限制。

所述多个线圈130中的两两相邻的线圈之间的间距可以不同，详情请参见图2。

具体地，所述多个线圈130中的两两相邻的线圈之间的间距可以相同，也可以不相同。应该理解，所述多个线圈130中的两两相邻的线圈之间的间距是否相同不应该理解为是对本发明的限制。

所述多个线圈130包括第一线圈131、第二线圈132、第三线圈133以及第四线圈134，所述第一线圈131的匝数为第一匝数，所述第二线圈132的匝数为第二匝数，所述第三线圈133的匝数为第三匝数，所述第四线圈134的匝数为第四匝数，所述第一线圈131与所述第二线圈132的间距为第一间距L1，所述第二线圈132与所述第三线圈133的间距为第二间距L2，所述第三线圈133与所述第四线圈134的间距为第三间距L3，请参见图2。所述导线120的直径与所述第一匝数、第二匝数、第三匝数、第四匝数、第一间距L1、第二间距L2以及第三间距L3满足预定的关系。

具体地，所述多个线圈130可以包括第一线圈131、第二线圈132、第三线圈133以及第四线圈134，所述多个线圈130还可以包括更多数量的线圈，并且多个线圈130的数量可以大于四。故多个线圈130的具体的线圈数量不应该理解为是对本发明的限制。

上述的第一线圈131、第二线圈132、第三线圈133以及第四线圈134每个线圈可以具有各自相应的匝数，并且所述的第一线圈131、第二线圈132、第三线圈133以及第四线圈134各自的匝数可以相同；四个线圈中的一个或几个的匝数可以相同，而所述一个或几个的匝数可以与四个线圈中的其他匝数不同；四个线圈各自的匝数也可以互不相同。所述四个线圈的匝数不应该理解为是对本发明的限制。

上述的四个线圈相邻的两两线圈之间可以形成三个间距，所述三个间距的间隔距离可以相同，也可以互不相同。应该理解，所述三个间距的间隔距离不应该理解为是对本发明的限制。

所述预定的关系包括：所述多个线圈130的匝数为n_i,i＝1,2,3,4，i＝1,2,3,4中的1、2、3、4分别表示第一匝数、第二匝数、第三匝数以及第四匝数，所述多个线圈130中的两个相邻的线圈的间距为L_m,m＝1,2,3，m＝1,2,3中的1、2、3分别表示第一间距、第二间距以及第三间距，所述导线120的直径为Ф，

L₁满足n₁*Ф<L₁<4(n₁*Ф)并且满足n₂*Ф<L₁<4(n₂*Ф)；

L₂满足n₂*Ф<L₂<4(n₂*Ф)并且满足n₃*Ф<L₂<4(n₃*Ф)；

L₃满足n₃*Ф<L₃<4(n₃*Ф)并且满足n₄*Ф<L₃<4(n₄*Ф)。

具体地，所述多个线圈130的匝数数目均可以大于等于三。在满足匝数数目大于等于三的情况下，所述多个线圈130的匝数数目可以为三，也可以为四，所述多个线圈130的具体匝数数目不应该理解为是对本发明的限制。

所述导线120的直径可以大于0.2毫米。在满足导线120的直径大于0.2毫米的情况下，所述导线120的具体直径可以为0.21毫米，也可以为0.25毫米，应该理解，所述导线120的直径的具体数值不应该理解为是对本发明的限制。

所述磁棒110可以为铁氧体磁棒110。铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。

可以理解，所述磁棒110可以为铁氧体磁棒110，也可以为由其他导磁性材料制成的棒体，所述磁棒110的具体材料不应该理解为是对本发明的限制。

本发明提供了一种磁棒天线，该磁棒天线包括磁棒110和导线120，所述导线120的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒110形成多个线圈130。多个线圈130在同一磁棒110的各自横截面的分磁场叠加起来的磁场强度，比现有的均匀缠绕于磁棒的导线所绕制成的线圈的总磁场的磁场强度要强，所以本发明提供的磁棒天线的信号传输距离更长，更不容易受到外部环境的干扰，并且本发明提供的磁棒天线能同时提高天线的磁通量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种磁棒天线，其特征在于，包括磁棒和导线，所述导线的多个部分以疏密相间的方式依次缠绕于所述磁棒形成多个线圈。

2.根据权利要求1所述的磁棒天线，其特征在于，所述多个线圈中的相邻两个线圈的间距大于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积。

3.根据权利要求2所述的磁棒天线，其特征在于，所述多个线圈中的所述相邻两个线圈的间距小于所述相邻两个线圈中的任何一个线圈的匝数与围成该线圈的导线的直径的乘积的四倍。

4.根据权利要求3所述的磁棒天线，其特征在于，所述相邻两个线圈中的一个线圈的匝数与所述相邻两个线圈中的另一个线圈的匝数不同。

5.根据权利要求3所述的磁棒天线，其特征在于，所述多个线圈中的两两相邻的线圈之间的间距不同。

6.根据权利要求1所述的磁棒天线，其特征在于，

所述多个线圈包括第一线圈、第二线圈、第三线圈以及第四线圈，所述第一线圈的匝数为第一匝数，所述第二线圈的匝数为第二匝数，所述第三线圈的匝数为第三匝数，所述第四线圈的匝数为第四匝数，所述第一线圈与所述第二线圈的间距为第一间距，所述第二线圈与所述第三线圈的间距为第二间距，所述第三线圈与所述第四线圈的间距为第三间距，所述导线的直径与所述第一匝数、第二匝数、第三匝数、第四匝数、第一间距、第二间距以及第三间距满足预定的关系。

7.根据权利要求6所述的磁棒天线，其特征在于，所述预定的关系包括：所述多个线圈的匝数为n_i,i＝1,2,3,4，i＝1,2,3,4中的1、2、3、4分别表示第一匝数、第二匝数、第三匝数以及第四匝数，所述多个线圈中的两个相邻的线圈的间距为L_m,m＝1,2,3，m＝1,2,3中的1、2、3分别表示第一间距、第二间距以及第三间距，所述导线的直径为Ф，L₁满足n₁*Ф<L₁<4(n₁*Ф)并且满足n₂*Ф<L₁<4(n₂*Ф)；L₂满足n₂*Ф<L₂<4(n₂*Ф)并且满足n₃*Ф<L₂<4(n₃*Ф)；L₃满足n₃*Ф<L₃<4(n₃*Ф)并且满足n₄*Ф<L₃<4(n₄*Ф)。

8.根据权利要求1所述的磁棒天线，其特征在于，所述多个线圈的匝数数目均大于等于三。

9.根据权利要求1所述的磁棒天线，其特征在于，所述导线的直径大于0.2毫米。

10.根据权利要求1所述的磁棒天线，其特征在于，所述磁棒为铁氧体磁棒。