RU2318275C1

RU2318275C1 - Loop antenna

Info

Publication number: RU2318275C1
Application number: RU2006145196/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Орлов (RU); Александр Борисович Орлов; Сергей Григорьевич Ященко (RU); Сергей Григорьевич Ященко; Константин Михайлович Волков (RU); Константин Михайлович Волков
Original assignee: Александр Борисович Орлов; Сергей Григорьевич Ященко; Константин Михайлович Волков
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-02-27

Abstract

FIELD: recording and measuring sine-wave noise and pulsed magnetic fields at heavy noise, transmitting loop antennas.

SUBSTANCE: proposed loop antenna has multiturn loop disposed in multiturn screen made in the form of tube with transversal annular notch; contact member is electrically connected to finish of last turn of screen tube and affords electrical connection with finish of last turn of loop on one end and with start of first turn of tube, on other end; electric length of one part of multiturn screen equals that of other part of multiturn screen of loop; start of first turn of loop and respective start of first turn of tube form coaxial transmission line section which is connected to impedance transformer whose output functions as antenna output.

EFFECT: enlarged passband with negligible irregularity of amplitude-frequency response in operating frequency band, provision for cutting off high-level and low-frequency noise and for antenna output to asymmetric transmission line.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может найти применение для регистрации и измерения синусоидальных, шумовых и импульсных магнитных полей в условиях больших электрических помех, а также в качестве передающих рамочных антенн.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and may find application for recording and measuring sinusoidal, noise, and pulsed magnetic fields in conditions of high electrical noise, as well as transmitting antenna antennas.

Известна рамочная антенна (патент Российской Федерации №2054764 С1, МКИ Н01Q 7/00, 1996), выполненная из двух отрезков коаксиального кабеля, каждый из которых образует по крайней мере один виток, причем витки первого и второго отрезков имеют противоположное направление намотки. На первых концах каждого отрезка между центральным и внешним проводниками включена нагрузка, а на вторых концах центральные и внешние проводники первого отрезка центрального кабеля соединены соответственно с внешним и центральными проводниками второго отрезка.Known loop antenna (patent of the Russian Federation No. 2054764 C1, MKI H01Q 7/00, 1996), made of two pieces of coaxial cable, each of which forms at least one turn, and the turns of the first and second segments have the opposite direction of winding. At the first ends of each segment between the central and external conductors, a load is connected, and at the second ends the central and external conductors of the first segment of the central cable are connected respectively to the external and central conductors of the second segment.

Недостатком данного технического решения является возможность работы только с измерительными приборами, имеющими дифференциальный вход.The disadvantage of this technical solution is the ability to work only with measuring instruments having a differential input.

Наиболее близким техническим решением - прототипом - является рамочная антенна (авторское свидетельство СССР №1040558 А, МКИ Н01Q 7/00, 1983), содержащая многовитковую рамку, экран которой выполнен в виде трубы с поперечным кольцевым разрезом, и конденсатор настройки, включенный в разрез трубы экрана, последний выполнен многовитковым, причем каждый отдельный виток рамки размещен в отдельном витке экрана, а все витки экрана соединены последовательно и расположены симметрично относительно поперечного кольцевого разреза трубы экрана, при этом нагрузка включена между началом первого витка рамки и концом последнего витка рамки, образуя тем самым дифференциальный выход.The closest technical solution - the prototype - is a loop antenna (USSR author's certificate No. 1040558 A, MKI H01Q 7/00, 1983), containing a multi-turn frame, the screen of which is made in the form of a pipe with a transverse ring section, and a tuning capacitor included in the pipe section screen, the latter is multi-turn, with each individual turn of the frame placed in a separate turn of the screen, and all turns of the screen are connected in series and are located symmetrically relative to the transverse annular section of the screen tube, while viscous included between the beginning frame of the first coil and the end of the last winding frame, thereby forming a differential output.

Недостатком данного технического решения является возможность работы только с измерительными приборами, имеющими дифференциальный вход, незначительная широкополосность.The disadvantage of this technical solution is the ability to work only with measuring instruments having a differential input, low bandwidth.

Технической задачей данного изобретения является расширение полосы пропускания с незначительной неравномерностью амплитудно-частотной характеристикой в рабочем диапазоне частот, с возможностью отсечки низкочастотных помех большого уровня (помех от сети питания с частотой 50 Гц и его гармоник) и выходом рамочной антенны на несимметричную линию передачи - коаксиальную.The technical task of this invention is to expand the bandwidth with slight non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic in the operating frequency range, with the possibility of cutting off low-frequency noise of a high level (interference from the power supply with a frequency of 50 Hz and its harmonics) and the output of the frame antenna to an asymmetric transmission line - coaxial .

Технический результат достигается тем, что рамочная антенна, содержащая многовитковую рамку размещенную в многовитковом экране, выполненным в виде трубы с поперечным разрезом кольцевой формы, каждый отдельный виток рамки размещен в отдельном витке экрана, а все витки экрана соединены последовательно и расположены симметрично относительно поперечного кольцевого разреза трубы экрана, причем введенный контактный элемент гальванически установлен на конец последнего витка трубы экрана, обеспечивает гальваническое соединение с одной стороны с концом последнего витка рамки, а с другой стороны - с началом первого витка трубы экрана, при этом электрическая длина одной части многовиткового экрана рамки на отрезке от края гальванического соединения контактного элемента с концом последнего витка трубы экрана и концом последнего витка рамки до одной боковой кромки поперечного кольцевого разреза трубы экрана равна электрической длине другой части многовиткового экрана рамки на отрезке от края гальванического соединения контактного элемента с началом первого витка трубы экрана до другой боковой кромки поперечного кольцевого разреза трубы экрана, причем начало первого витка рамки и соответствующего ему начала первого витка трубы экрана рамки образуют отрезок коаксиальной линии передачи, который подключен ко входу введенного трансформатора импедансов, выход которого является выходной линией передачи рамочной антенны.The technical result is achieved in that a loop antenna containing a multi-turn frame placed in a multi-turn screen made in the form of a pipe with a transverse cross-section of an annular shape, each individual turn of the frame is placed in a separate turn of the screen, and all the turns of the screen are connected in series and are located symmetrically relative to the transverse ring cut screen tubes, and the inserted contact element is galvanically mounted at the end of the last turn of the screen tube, provides galvanic connection with one at the end of the last turn of the frame, and on the other hand, at the beginning of the first turn of the screen pipe, the electrical length of one part of the multi-turn screen of the frame at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element with the end of the last turn of the screen pipe and the end of the last turn of the frame to one side the edge of the transverse annular section of the screen pipe is equal to the electric length of the other part of the multi-turn screen of the frame at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element with the beginning of the first turn of the pipe ana to the other side edge of the annular cross section of the screen tube, the beginning of the first coil and the corresponding frame to the first coil tube screen frame segment to form a coaxial transmission line which is connected to the input transformer is inputted impedances, the output of which is an output transmission line of the loop antenna.

Экранированная рамочная антенна структурно состоит из двух отрезков коаксиального кабеля одинаковой электрической длины, каждый из которых образует, по крайней мере, один виток, при этом внутренний проводник коаксиального кабеля является рамкой, а внешний проводник - экраном рамки. Выполнение одного отрезка коаксиального кабеля короткозамкнутым на одном конце контактным элементом и одновременно гальваническое соединение с внешним проводником другого отрезка коаксиального кабеля при равенстве электрических длин одного и другого отрезков коксиального кабеля позволяет рассматривать кольцевой поперечный зазор нагруженным - с одной стороны отрезком внешнего проводника коаксиального кабеля короткозамкнутым на конце, а с другой стороны отрезком внешнего проводника коаксиального кабеля разомкнутого на другом конце. Короткозамкнутый и разомкнутый отрезки коаксиального кабеля одинаковой электрической длины имеют комплексные сопротивления, у которых активные составляющие равны, а реактивные составляющие равны по модулю, т.к. одна из них имеет индуктивный характер, а другая емкостной характер. Причем частотная зависимость у обоих комплексных сопротивлений имеет одинаковый характер. Таким образом в зазоре происходит компенсация реактивных составляющих и в результате этого происходит расширение рабочего диапазона частот. Выравнивание амплитудно-частотной характеристики рамочной антенны и согласование входного сопротивления с 50-омной коаксиальной линией осуществляется трансформатором импедансов, который может одновременно осуществлять отсечку низкочастотных помех большого уровня (Вай Кайчэнь. Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей: Пер. с англ. / Под ред. Ю.Л.Хотунцева. - М.: Связь, 1979. - 288 с.). Выходной линией передачи является несимметричная линия, т.е. коаксиальная линия.A shielded loop antenna structurally consists of two segments of a coaxial cable of the same electrical length, each of which forms at least one turn, while the inner conductor of the coaxial cable is a frame, and the outer conductor is a frame screen. The execution of one segment of the coaxial cable with a shorted contact element at one end and at the same time galvanic connection with the external conductor of the other segment of the coaxial cable with equal electrical lengths of one and the other segments of the coaxial cable allows us to consider the annular transverse gap loaded - on one side, the segment of the external conductor of the coaxial cable is short-circuited at the end , and on the other hand a piece of the outer conductor of the coaxial cable open on the other end ce. Short-circuited and open-ended segments of a coaxial cable of the same electrical length have complex resistances in which the active components are equal and the reactive components are equal in modulus, because one of them is inductive and the other is capacitive. Moreover, the frequency dependence of both complex resistances is the same. Thus, in the gap, compensation of the reactive components occurs and as a result of this, the working frequency range is expanded. The amplitude-frequency characteristics of the loop antenna are aligned and the input impedance is matched with the 50-ohm coaxial line by an impedance transformer, which can simultaneously cut off low-frequency noise of a high level (Wai Kaichen. Theory and design of broadband matching circuits: Transl. From English / Ed. Yu.L. Khotuntseva. - M .: Communication, 1979. - 288 p.). The output transmission line is an asymmetric line, i.e. coaxial line.

На фиг.1 представлена конструкция рамочной антенны; на фиг.2 - пример выполнения и установки контактного элемента.Figure 1 shows the design of a loop antenna; figure 2 is an example of the implementation and installation of the contact element.

Рамочная антенна 1 содержит многовитковую рамку 2 размещенную в многовитковом экране 3, выполненным в виде трубы с поперечным разрезом 4 кольцевой формы, каждый отдельный виток рамки 2 размещен в отдельном витке экрана 3, а все витки 2 экрана 3 соединены последовательно и расположены симметрично относительно поперечного кольцевого разреза 4 трубы экрана 3, контактный элемент 5 гальванически установлен на конец последнего витка 6 трубы экрана 3 и обеспечивает гальваническое соединение с одной стороны с концом последнего витка 7 рамки 2, а с другой стороны - с началом первого витка 8 трубы экрана 3, при этом электрическая длина одной части многовиткового экрана 3 рамки 2 на отрезке от края гальванического соединения контактного элемента 5 с концом последнего витка 6 трубы экрана 3 и концом последнего витка 7 рамки 2 до одной боковой кромки 9 поперечного кольцевого разреза 4 трубы экрана 3 равна электрической длине другой части многовиткового экрана 3 рамки 2 на отрезке от края гальванического соединения контактного элемента 5 с началом первого витка 8 трубы экрана 3 до другой боковой кромки 10 поперечного кольцевого разреза 4 трубы экрана 3, причем начало первого витка рамки 2 и соответствующего ему начала первого витка 8 трубы экрана 3 рамки 2 образуют отрезок коаксиальной линии передачи 11, который подключен ко входу введенного трансформатора импедансов 12, выход 13 которого является выходной линией передачи рамочной антенны 1.The frame antenna 1 contains a multi-turn frame 2 located in a multi-turn screen 3, made in the form of a pipe with a cross section 4 of an annular shape, each separate turn of the frame 2 is placed in a separate turn of the screen 3, and all the turns 2 of the screen 3 are connected in series and are located symmetrically relative to the transverse annular section 4 of the screen pipe 3, the contact element 5 is galvanically mounted on the end of the last turn 6 of the screen pipe 3 and provides galvanic connection on one side with the end of the last turn 7 of the frame 2, and on the other the first side - with the beginning of the first turn 8 of the pipe of the screen 3, while the electrical length of one part of the multi-turn screen 3 of the frame 2 at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element 5 with the end of the last turn 6 of the pipe of the screen 3 and the end of the last turn 7 of the frame 2 to one side the edge 9 of the transverse annular section 4 of the pipe of the screen 3 is equal to the electric length of the other part of the multi-turn screen 3 of the frame 2 at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element 5 with the beginning of the first turn 8 of the pipe of the screen 3 to the other side edge and 10 of the transverse annular cross-section 4 of the screen 3 pipe, and the beginning of the first turn of the frame 2 and the corresponding beginning of the first turn 8 of the screen 3 pipe pipe 2 form a segment of the coaxial transmission line 11, which is connected to the input of the input impedance transformer 12, the output 13 of which is the output line transmissions of the loop antenna 1.

Рамочная антенна работает следующим образом.The loop antenna operates as follows.

Падающее электромагнитное поле на рамочную антенну 1 наводит на наружней поверхности витков экрана 3 ЭДС. В результате этого на поперечном кольцевом разрезе 4 возникает разность потенциалов, под действием которой на внутренней поверхности витков экрана 3 возникает ток. Внутренняя поверхность витков экрана 3 и витки рамки 2 представляют собой коаксиальную линию, поэтому в витках рамки 3 возникает ток, создающий напряжение на выходе рамочной антенны 1. Трансформатор импедансов 12 обеспечивает согласование входного сопротивления рамочной антенны 1 с 50-омной коаксиальной линией 13 в полосе частот рамочной антенны 1. Трансформатор импедансов 12 может быть выполнен как на пассивных элементах, так и на активных элементах. Коаксиальная выходная линия 13 рамочной антенны 1 позволяет использовать ее с любыми измерительными или приемными техническими средствами, которые, как правило, имеют коаксиальный вход.The incident electromagnetic field on the frame antenna 1 induces on the outer surface of the turns of the screen 3 EMF. As a result of this, a potential difference arises on the transverse annular cross-section 4, under which a current arises on the inner surface of the turns of the screen 3. The inner surface of the turns of the screen 3 and the turns of the frame 2 are a coaxial line, therefore, a current is generated in the turns of the frame 3, which creates a voltage at the output of the frame antenna 1. The impedance transformer 12 matches the input impedance of the frame antenna 1 with the 50-ohm coaxial line 13 in the frequency band loop antenna 1. The impedance transformer 12 can be performed on both passive elements and active elements. The coaxial output line 13 of the frame antenna 1 allows you to use it with any measuring or receiving technical means, which, as a rule, have a coaxial input.

Контактный элемент 5 может быть выполнен в виде металлической заглушки (фиг.2), гальванический контакт которой осуществляется пайкой. Для осуществления выравнивания электрических длин одной и другой части трубы экрана 3 контактный элемент 5 может быть выполнен в виде трамбона, а именно гальваническое соединение его с началом первого витка 8 трубы экрана 3, а со стороны конца последнего витка 6 трубы экрана 3 и конца последнего витка 7 рамки 2 - цанговым выполнением контактного элемента 5.The contact element 5 can be made in the form of a metal plug (figure 2), the galvanic contact of which is carried out by soldering. To align the electrical lengths of one and the other part of the screen pipe 3, the contact element 5 can be made in the form of a rammer, namely, its galvanic connection with the beginning of the first turn 8 of the screen pipe 3, and from the end of the last turn 6 of the screen pipe 3 and the end of the last turn 7 frame 2 - collet execution of the contact element 5.

Claims

A loop antenna comprising a multi-turn frame placed in a multi-turn screen made in the form of a pipe with a transverse cross-section of an annular shape, each separate turn of the frame is placed in a separate turn of the screen, and all turns of the screen are connected in series and are located symmetrically relative to the transverse annular section of the screen pipe, characterized in that a contact element is introduced, which is galvanically mounted on the end of the last turn of the screen pipe and provides galvanic connection on one side with the end of the last its turn of the frame, and on the other hand, with the beginning of the first turn of the screen pipe, the electrical length of one part of the multi-turn screen of the frame at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element with the end of the last turn of the screen pipe and the end of the last turn of the frame to one side edge of the transverse ring section the screen tube is equal to the electric length of the other part of the multi-turn screen of the frame at a distance from the edge of the galvanic connection of the contact element from the beginning of the first turn of the screen pipe to the other side Romka annular cross-section of the screen tube, the beginning of the first coil and the corresponding frame to the first tube coil segment screen frame form a coaxial transmission line which is connected to the input impedance of the transformer inputted, the output of which is an output transmission line of the loop antenna.