ЭКРАНИРОВАННАЯ МАГНИТНАЯ РАМОЧНАЯ АНТЕННА
SCREENED MAGNET LOOP ANTENNA

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может найти применение в системах радиомониторинга, в системах контроля электромагнитной обстановки, в задачах ЭМС, в системах пеленгации, в системах связи, для регистрации и измерения синусоидальных, шумовых и импульсных магнитных полей в условиях больших электрических помех.
Известна экранированная магнитная рамочная антенна (Патент RU №2054764, МПК H01Q 7/00, опубл. 20.02.1996 г.), выполненная из двух отрезков коаксиального кабеля, каждый из которых образует, по крайней мере, один виток, причем витки первого и второго отрезков коаксиального кабеля имеют противоположное направление намотки. На первых концах каждого отрезка коаксиального кабеля между центральным и внешним проводниками включена нагрузка, а на вторых концах центральный и внешний проводник первого отрезка коаксиального кабеля соединены, соответственно, с внешним и центральным проводниками второго отрезка коаксиального кабеля.
Недостатком данного технического решения является работа в узкой полосе частот, возможность работы только с устройствами, имеющими дифференциальный вход.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является экранированная магнитная рамочная антенна (Авторское свидетельство SU №1040558, МПК H01Q 7/00, опубл. 07.09.1983 г.), содержащая экранированную многовитковую рамку, экран которой выполнен в виде трубы с поперечным кольцевым разрезом, и конденсатор настройки, включенный в разрез трубы экрана, 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.
Недостатком данного технического решения является малая составляющая действующей высоты антенны, значительные габариты антенны на низких частотах, низкая чувствительность в полосе частот.
Основной технической задачей предложенного решения является увеличение действующей высоты антенны при неизменной площади рамки, повышение чувствительности, работа в широкой полосе частот с низким уровнем неравномерности амплитудно-частотной характеристики.
Основная техническая задача достигается тем, что в экранированной магнитной рамочной антенне, содержащей, по крайней мере, рамку с одним витком, размещенную в экране, который выполнен в виде трубы с поперечным разрезом кольцевой формы, который выполнен симметрично относительно начала и конца витка рамки, согласно предложенному решению, каждый виток рамки выполнен зигзагообразной формы и расположен на одной плоскости, при этом верхняя и нижняя вершина каждого зигзага витка рамки выполнены подковообразной формы.
Вершины зигзага, образующие виток рамки, могут быть расположены с постоянным шагом.
Витки рамки могут быть соединены последовательно и расположены на одной плоскости по концентрическим кольцам, или по концентрическим прямоугольникам, или по концентрическим квадратам, количество которых равно количеству витков в рамке.
Верхние и нижние вершины зигзага каждого витка рамки могут быть расположены на единых лучах, соответствующих им и выходящих из общего для всех витков геометрического центра.
Каждый виток рамки может быть расположен на своей плоскости, а все плоскости расположения витков параллельны между собой, при этом все витки рамки соединены последовательно.
Верхние и нижние вершины зигзага одного витка рамки могут быть расположены над нижними и верхними вершинами зигзага другого витка рамки, соответственно, причем лучи, выходящие из геометрического центра каждого витка рамки, лежат в одной плоскости, перпендикулярной плоскости расположения витков рамки.
В одновитковой рамке конец витка рамки гальванически может быть соединен с трубой экрана рамки, при этом электрическая длина одной части витка рамки, расположенной на отрезке от гальванического соединения конца витка рамки с трубой экрана рамки до одной боковой кромки поперечного кольцевого разреза трубы экрана рамки, равна электрической длине другой части витка рамки, расположенной на отрезке от начала витка рамки до другой боковой кромки поперечного кольцевого разреза трубы экрана.
Форма огибающих верхних и нижних вершин зигзага витков рамки может быть выполнена в виде круга, или квадрата, или прямоугольника, или трапеции, или треугольника, или ромба, или правильного многоугольника.
Выполнение витка рамки зигзагообразной формы, с одной стороны, увеличивает длину проводника витка рамки при неизменных размерах экрана рамки и, соответственно, увеличивает амплитуду наведенного магнитным полем тока на витках рамки, а с другой стороны, позволяет уменьшить межвитковую емкость и, тем самым, уменьшить потери за счет уменьшения реактивного тока в проводнике рамки, что позволяет увеличить действующую высоту антенны при неизменной площади рамки, увеличить чувствительность и коэффициент калибровки, обеспечить работу в широкой полосе частот с низким уровнем неравномерности амплитудно-частотной характеристики.
Расположение витков рамки на раздельных плоскостях позволяет реализовывать антенну без ограничения количества витков.
Выполнение магнитной рамочной антенны многовитковой позволяет повысить коэффициент усиления антенны.
Гальваническое соединение конца витка рамки с трубой экрана рамки и обеспечение равенства электрических длин частей витка рамки от его начала и конца до соответствующих боковых кромок поперечного кольцевого разреза трубы экрана рамки позволяет рассматривать кольцевой поперечный разрез экрана нагруженным, с одной стороны, короткозамкнутым на конце отрезком, а с другой стороны, отрезком, разомкнутым на другом конце. Короткозамкнутый и разомкнутый отрезки витка рамки одинаковой электрической длины имеют комплексные сопротивления, у которых активные составляющие равны, а реактивные составляющие имеют разные знаки, но равные по модулю величины, т.е. когда одна из них имеет индуктивный характер, то другая - емкостной характер, и наоборот. При этом частотная зависимость у обеих реактивных составляющих комплексных сопротивлений имеет одинаковый характер. Таким образом, в разрезе происходит компенсация реактивных составляющих, в результате чего происходит расширение рабочего диапазона частот и выравнивание амплитудно-частотной характеристики.
Форма рамки определяет собственные резонансные свойства экранированной магнитной рамочной антенны, диапазон рабочих частот, широкополосность, уровень согласования (Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей // Справочная книга. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 488 с.; ил).
Изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция одновитковой экранированной магнитной рамочной антенны, виток рамки которой выполнен зигзагообразной формы; на фиг.2 представлена конструкция двухвитковой экранированной магнитной рамочной антенны с последовательно соединенными витками, расположенными в одной плоскости; на фиг.3 представлена проекция одного витка на другой в двухвитковой экранированной магнитной рамочной антенне с последовательно соединенными витками, расположенными на параллельных между собой плоскостях; на фиг.4 - расположение последовательно соединенных витков в двухвитковой экранированной магнитной рамочной антенне в поперечном сечении экрана.
Экранированная магнитная рамочная антенна (фиг.1) содержит рамку 1 с одним витком, размещенную в экране 2, который выполнен в виде трубы с поперечным разрезом 3 кольцевой формы, причем поперечный кольцевой разрез 3 экрана 2 рамки 1 выполнен симметричным относительно начала 4 и конца 5 витка рамки 1, а виток рамки 1 выполнен зигзагообразной формы и расположен на одной плоскости, при этом верхняя и нижняя вершина каждого зигзага витка рамки 1 выполнены подковообразной формы.
В многовитковой рамке (фиг.2) витки 6 и 7 соединены последовательно и расположены по концентрическим кольцам 8 и 9, соответственно. Верхние 10 и нижние 11 вершины зигзага витков 6 и 7 расположены на единых, соответствующих им лучах 12 и 13.
В многовитковой рамке (фиг.3) витки 14 и 15 расположены каждый на своей плоскости таким образом, что верхние 16 и нижние 17 вершины зигзага витка 14 расположены над нижними 18 и верхними 19 вершинами зигзага витка 15, соответственно, и лежат на одних лучах 20, выходящих из геометрического центра каждого витка 14 и 15.
Экранированная магнитная рамочная антенна работает следующим образом. Падающая электромагнитная волна (фиг.1) наводит ЭДС на наружной поверхности витка трубы экрана 2 рамки 1. В результате этого на поперечном разрезе 3 экрана 2 возникает разность потенциалов, под действием которой на внутренней поверхности экрана 2 возникает электрический ток, создающий напряжение на витке рамки 1, разность потенциалов которого создает напряжение между началом 4 и концом 5 витка рамки 1, которое и является принятым экранированной магнитной рамочной антенной сигналом.