RU2054765C1 - Широкополосная рамочная антенна - Google Patents
Широкополосная рамочная антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054765C1 RU2054765C1 SU5018509A RU2054765C1 RU 2054765 C1 RU2054765 C1 RU 2054765C1 SU 5018509 A SU5018509 A SU 5018509A RU 2054765 C1 RU2054765 C1 RU 2054765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- spiral
- primary
- toroidal
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Использование: при измерении переменных и импульсных магнитных полей в широком частотном диапазоне. Сущность изобретения: антенна содержит магнитосвязанные первичную короткозамкнутух спираль 1 и вторичную многовитковую тороидальную катушку 2 индуктивности. Тороидальная катушка индуктивности намотана равномерно по периметру кольцевого сердечника 3 и имеет выводы для подключения нагрузки 4. Спираль 1 выполнена в виде широкой металлической ленты или из отдельных изолированных параллельных проводников и коаксиальна тороидальной катушке 2 индуктивности. Цель - улучшение пространственного и временного разрешения антенны и увеличение ее КПД. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для измерения переменных и импульсных магнитных полей естественного и искусственного происхождения.
Известна широкополосная рамочная антенна, которая является прототипом и содержит магнитно-связанные первичный короткозамкнутый и вторичный многовитковый контуры. Вторичный многовитковый контур выполнен в виде тороидальной катушки индуктивности, намотанной на кольцевой ферритовый сердечник и соединенной концами с коаксиальным кабелем и регистратором. Первичный короткозамкнутый контур представляет собой одновитковую рамку, продетую в окно ферритового сердечника и изолированную от тороидальной катушки индуктивности. При измерении одновитковая рамка ориентируется своей плоскостью поперек вектора магнитного поля. Благодаря сочетанию функций собственно антенны и согласовующего трансформатора тока, широкополосная рамочная антенна имеет малые активное сопротивление и уровень шумов, хорошо защищена от действия электрических помех и лучше согласована с нагрузкой.
Недостатки широкополосной рамочной антенны: ограниченное пространственное и временное разрешение вследствие больших размеров приемной короткозамкутой рамки, малые КПД и выходное напряжение антенны по причине слабой магнитной связи между приемной рамкой (первичным контуром) и согласующей катушкой индуктивности (вторичным контуром), трудное расчетное определение параметров антенны из-за сложности и многосвязности ее геометрии.
Технический результат улучшение пространственного и временного разрешения антенны и увеличение ее КПД.
Технический результат достигается тем, что в широкополосной рамочной антенне, содержащей магнитно-связанные первичный короткозамкнутый контур и вторичный многовитковой контур в виде тороидальной катушки индуктивности на сердечнике, первичный контур выполнен в виде спирали, коаксиальной тороидальной катушке индуктивности. Спираль может быть выполнена из ленточного проводника или расщепленной (из отдельных изолированных проволок). Один из выводов тороидальной катушки индуктивности соединен гальванически со спиралью.
На фиг. 1 показана конструкция широкополосной рамочной антенны; на фиг. 2 ее эквивалентная электрическая схема; на фиг. 3 осциллограмма выходного сигнала с опытного образца рамочной антенны при ее работе в образцовой полосковой линии (развертка осциллографа 0,1 мкс/дел, чувствительность осциллографа 2 мВ/дел).
Широкополосная рамочная антенна содержит (фиг. 1) магнитно-связанные первичный короткозамкнутый контур 1 и вторичный многовитковый контур 2. Вторичный многовитковой контур представляет собой тороидальную катушку индуктивности, намотанную равномерно по периметру ферритового сердечника 3. Число витков тороидальной катушки n2 50-200, материал провод ПЭВ-2 диаметром 0,3-0,5 мм. Выводы тороидальной катушки индуктивности соединены с резистивной нагрузкой 4 величиной 50-75 Ом (согласованным радиочастотным кабелем). Первичный короткозамкнутый контур 1 выполнен в виде ленточной спирали, охватывающей тороидальную катушку 2 и ей коаксиальной. Число витков ленточной спирали n1 1-6, материал медь толщиной 0,1-0,3 мм. Для удобства намотки и снижения активного сопротивления спираль 1 можно выполнять из отдельных изолированных параллельных проволок.
Эквивалентная электрическая схема предлагаемой широкополосной рамочной антенны близка к электрической схеме трансформатора тока (фиг. 2), где ε1 ЭДС, возбуждаемая внешним магнитным полем в первичном контуре антенны; L1 и L2 индуктивность первичного и вторичного конту- ров антенны; Ксв и М Ксв коэффициент магнитной связи и взаимоиндуктивность между первичным и вторичным контурами антенны; R2 активное сопротивление вторичного контура антенны; Rн активное сопротивление нагрузки антенны. Активным сопротивлением первичного короткозамкнутого контура и емкостями первичного и вторичного контуров антенны пренебрегают вследствие их малости.
Работает широкополосковая рамочная антенна следующим образом.
При ориентации антенны своей плоскостью поперек вектора напряженности магнитного поля Н в первичном короткозамкнутом контуре ленточной спирали 1 индуцируется ЭДС ε1=-μoх хS1dH/dt, где μo=4π· 10-7 Г/м магнитная постоянная; S1 π D /4 площадь поперечного полю окна антенны; D1ср средний диаметр ленточной спирали, численно равный среднему диаметру ферритового сердечника 3; dH/dt скорость изменения магнитного поля.
В первичной ленточной спирали 1 и вторичной тороидальной катушке 2 возникают при этом токи I1 и I2, имеющие встречные поперечно-круговые направления, создающие встречные азимутальные магнитные потоки и связанные друг с другом соотношениями
Если во второе уравнение системы подставить значение производной dI1/dt из первого уравнения, то
L2- + R2+RI2= ε1
или
+ • I2= • ε1
Так как постоянная времени измерения антенны τA L2 (1 K )/(R2 + Rн) выбирается обычно значительно большей длительности импульса магнитного поля tu или 1/ωн, где ωн нижняя граничная частота в спектре импульса магнитного поля, то в последнем уравнении можно пренебречь чле- ном • I2
В результате для тока и напряжения во вторичном контуре антенны получаются простые соотношения:
• H;
Из выражения для выходного напряжения антенны Uн легко выделяются три коэффициента три наиболее важных параметра антенны:
эффективная приемная площадь Sэф= • S1;
постоянная времени измерения τA=
чувствительность к магнитному полю Kн= •
Выполнение первичного контура в виде n-витковой спирали, коаксиальной тороидальной катушке индуктивности, позволяет уменьшить диаметр антенны до диаметра тороидальной катушки и соответственно улучшить пространственное разрешение антенны и обеспечить условия точечности измерений магнитного поля, уменьшить емкость и индуктивность первичного приемного контура антенны (пропорциональные периметру этого контура) и следовательно увеличить верхнюю граничную частоту антенны или улучшить ее временное разрешение, увеличить коэффициент магнитной связи Ксв между первичным и вторичным контурами антенны и вследствие этого увеличить коэффициенты передачи тока Кi и магнитной энергии КЕ из первичного контура антенны во вторичный контур и нагрузку антенны:
Ki M/L2 Ксв n1/n2 и KE ≈ К , где n1 и n2 число витков первичного и вторичного контуров антенны соответственно, увеличить постоянную времени измерения антенны τA= M/Rн= Kсв / Rн облегчить расчет и прогнозирование характеристик антенны, так как антенна максимально приближена к идеальному трансформатору тока.
Если во второе уравнение системы подставить значение производной dI1/dt из первого уравнения, то
L2- + R2+RI2= ε1
или
+ • I2= • ε1
Так как постоянная времени измерения антенны τA L2 (1 K
В результате для тока и напряжения во вторичном контуре антенны получаются простые соотношения:
• H;
Из выражения для выходного напряжения антенны Uн легко выделяются три коэффициента три наиболее важных параметра антенны:
эффективная приемная площадь Sэф= • S1;
постоянная времени измерения τA=
чувствительность к магнитному полю Kн= •
Выполнение первичного контура в виде n-витковой спирали, коаксиальной тороидальной катушке индуктивности, позволяет уменьшить диаметр антенны до диаметра тороидальной катушки и соответственно улучшить пространственное разрешение антенны и обеспечить условия точечности измерений магнитного поля, уменьшить емкость и индуктивность первичного приемного контура антенны (пропорциональные периметру этого контура) и следовательно увеличить верхнюю граничную частоту антенны или улучшить ее временное разрешение, увеличить коэффициент магнитной связи Ксв между первичным и вторичным контурами антенны и вследствие этого увеличить коэффициенты передачи тока Кi и магнитной энергии КЕ из первичного контура антенны во вторичный контур и нагрузку антенны:
Ki M/L2 Ксв n1/n2 и KE ≈ К
Выполнение первичной спирали из ленточного проводника способствует равномерному распределению индуцированного магнитным полем тока по внутренней поверхности ленточного проводника (токи в спирали и тороидальной катушке имеют противоположные направления и притягиваются друг к другу). Соответственно уменьшаются индуктивность и активное сопротивление первичной спирали и увеличиваются верхняя граничная частота и КПД антенны.
Выполнение первичной спирали расщепленной из отдельных изолированных проволок обеспечивает еще большее снижение активного сопротивления спирали (токонесущим оказывается все сечение проволоки) и соответственно увеличение отношения ω L1/R1 и уменьшение нижней граничной частоты антенны, где ω частота измеряемого магнитного поля.
Claims (3)
1. ШИРОКОПОЛОСНАЯ РАМОЧНАЯ АНТЕННА, содержащая магнитносвязанные первичный короткозамкнутый контур и вторичный многовитковый контур, выполненный в виде тороидальной катушки индуктивности с сердечником и выводами, отличающаяся тем, что первичный контур выполнен в виде спирали, коаксиальной тороидальной катушке индуктивности.
2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что спираль выполнена расщепленной.
3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что один из выводов тороидальной катушки индуктивности гальванически соединен со спиралью.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5018509 RU2054765C1 (ru) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Широкополосная рамочная антенна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5018509 RU2054765C1 (ru) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Широкополосная рамочная антенна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2054765C1 true RU2054765C1 (ru) | 1996-02-20 |
Family
ID=21592543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5018509 RU2054765C1 (ru) | 1991-12-25 | 1991-12-25 | Широкополосная рамочная антенна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054765C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601527C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-11-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Монопольная антенна с замкнутым сердечником для мобильного применения |
-
1991
- 1991-12-25 RU SU5018509 patent/RU2054765C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Заявка ФРГ N 3536837, кл. H 01Q 7/00, 1987. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601527C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-11-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Монопольная антенна с замкнутым сердечником для мобильного применения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3434052A (en) | Deformable loop apparatus for measuring alternating currents | |
US6563296B2 (en) | Closely-coupled multiple-winding magnetic induction-type sensor | |
US5633648A (en) | RF current-sensing coupled antenna device | |
CA2203833C (en) | A device for sensing of electric discharges in a test object | |
US10901005B2 (en) | Low power based Rogowski coil | |
US12027305B2 (en) | Openable current transformer comprising a flexible magnetic core | |
US6577284B1 (en) | Component field antenna for induction borehole logging | |
RU2054765C1 (ru) | Широкополосная рамочная антенна | |
US5132607A (en) | Electrical field strength sensing probe | |
EP0302746B1 (en) | Apparatus for and method of discriminating signals | |
JP2000147023A (ja) | 感度調整機能付き大口径電流プローブ | |
Turner et al. | Rogowski coils for short duration (< 10/spl mu/S) pulsed current (> 10 kA) measurements | |
Strait | Frequency response of metal‐clad inductive magnetic field probes | |
Zhang et al. | A non-contact broad bandwidth current sensor | |
US9000776B1 (en) | Structure characteristic impedance estimator using current probe | |
CN116953324A (zh) | 一种非接触式宽频电流传感器 | |
EP1522825A2 (en) | Probe with transformator coupling | |
WO2021198589A3 (fr) | Capteur de courant a tres large bande passante | |
ten Kate et al. | A new type of superconducting direct current meter for 25 kA | |
US3736541A (en) | Detector probe for mapping discontinuities in electromagnetic paths | |
CN213275740U (zh) | 多特征量测量的柔性电流传感器 | |
CN219039203U (zh) | 一种抗电磁干扰的罗氏线圈电流传感器 | |
SU1215023A1 (ru) | Устройство дл экранировани магнитных полей | |
RU2298802C2 (ru) | Преобразователь (варианты) | |
Kaplan et al. | Evaluation of inductance for various distributions of windings on straight ferromagnetic cores: an unusual approach |