МАГНИТНАЯ АНТЕННА Российский патент 2000 года по МПК H01Q7/06 

Предлагаемая мобильная ферритовая магнитная антенна может быть использована в шахтах в носимом приемнике горнорабочего для приема сигналов аварийного оповещения, низкочастотного магнитного поля, проходящего через массив горных пород.

Известна ферритовая магнитная антенна (авт.св. 1569925, СССР), состоящая из катушки индуктивности, охватывающей ферромагнитный линейный и короткозамкнутый сердечники, которая вносит собственную помеху в виде "микрофонного эффекта", ухудшая отношение сигнал/помеха.

"Микрофонный эффект" в магнитной ферритовой антенне возникает за счет действия сочетающих факторов: высокой чувствительности приемного устройства (большое усиление), остаточной намагниченности ферритового сердечника, на котором располагается катушка индуктивности магнитной антенны, и вибрации, возникающей при движении горнорабочего. Возникающие при этом ударные колебания достигают больших значений. Еще более усугубляет этот фактор настройка ферритовой магнитной антенны в резонанс, что ухудшает отношение сигнал/помеха.

При частоте вибрации, соизмеримой с частотой сигнала низкочастотного магнитного поля, помеха ("микрофонный эффект") будет принята как полезный сигнал.

Известна магнитная антенна (авт.св. 1597990, СССР) с использованием активного сумматора, выполненного на ОУ. Здесь катушки индуктивности ферритовой магнитной антенны включены синфазно, что не улучшает отношение сигнал/помеха, а ухудшает его за счет сложения сигналов. К тому же, использование ОУ с двумя и более входами заметно ухудшает отношение сигнал/шум магнитной антенны.

Известна всенаправленная ферритовая магнитная антенна, (Калихман С.Т., Левин Я. М. Основы теории и расчета радиовещательных приемников на полупроводниковых приборах. - М.: Связь, 1969, рис. 3.26), в которой используется фазосдвигающая цепь, способствующая увеличению уровня сигнала, но не увеличивающая отношения сигнал/помеха, сигнал/шум.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является ферритовая магнитная антенна (Шварц Б.А. Оперативная беспроводная связь внутри предприятия. - М.: Связь, 1978, рис. 6.11), катушки индуктивности которой расположены под углом 90^o друг к другу.

Однако здесь последовательное включение магнитной антенны не устраняет "микрофонного эффекта", не улучшает отношение сигнал/помеха, а напротив усугубляет его за счет синфазного включения катушек индуктивности магнитных антенн.

Целью предлагаемой ферритовой магнитной антенны является устранение "микрофонного эффекта" - увеличение отношения сигнал/помеха.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что последовательно включенные две катушки индуктивности магнитной антенны с ферромагнитным сердечником с линейной и короткозамкнутой ее частью включаются встречно и располагаются друг относительно друга для приема сигнала под углом 90^o, механически закрепляются между собой жестко на одном шасси, параллельно выводам катушек индуктивности включаются настроечные конденсаторы, для упрощения конструкции и настройки конденсатор может быть один, включенный к свободным выходным концам катушек индуктивности. Для использования ферритовой магнитной антенны в низкочастотном диапазоне короткозамкнутый сердечник выполняется сплошным.

Электрическая схема магнитной антенны показана на чертеже.

Конструктивно ферритовая магнитная антенна для приема низкочастотного магнитного поля сигналов аварийного оповещения в шахтах выполнена следующим образом.

Катушки индуктивности магнитной антенны размещаются внутри ферритовых чашек, которые являются сплошными короткозамкнутыми сердечниками, в торцы которых в отверстие для крепления чашек вставляется немагнитный осевой болт, например из цветного металла, на который с обеих сторон чашек нанизываются ферритовые кольца, являющиеся линейными сердечниками.

Вся эта конструкция идентичных катушек индуктивностей и ферритовых сердечников сжимается каждая своим осевым болтом.

Катушки индуктивности размещаются на жестком шасси, способном передавать действующую вибрацию на обе катушки индуктивности с сердечниками с одинаковой амплитудой.

Работает ферритовая магнитная антенна следующим образом.

При воздействии на нее магнитным полем сигнала (в плоскости приема) независимо от его угла прихода в катушках индуктивности магнитной антенной наводится ЭДС, которая складывается по известному закону и на выходе мы получаем значение принимаемого сигнала

а так как β =90^o то cos β =0,
тогда при условии идентичности катушек индуктивности U_c1=U_c2=U

При воздействии вибрации напряжение на выходе ферритовой магнитной антенны запишется согласно формуле (1) следующим образом:

здесь γ является коэффициентом корреляции между ЭДС двух катушек индуктивности, который и может находиться в пределе -1 ≤ γ ≤ 1, а так как катушки индуктивности установлены на едином жестком шасси и включены электрически противофазно, γ = -1.

Тогда подкоренное выражение формулы (3) для ЭДС от вибрации будет равно
U_ΣП= 0.(4)
Так как

то при выполнении условия сохранения идентичности катушек индуктивности, числа витков, магнитной проницаемости феррита и т.д. можно получить максимальное подавление "микрофонного эффекта" в магнитной антенне и тем самым получить максимальный выигрыш в отношении сигнал/помеха, сигнал/шум.

Таким образом, встречное включение двух катушек индуктивности ферритовой магнитной антенны и размещение их на жестком шасси под углом 90^o, а также использование сплошного короткозамкнутого сердечника обеспечивает соответствие технического решения критерию "новизна" и существенно отличает от всех известных технических решений для достижения положительного эффекта в виде устранения "микрофонного эффекта", что повышает отношение сигнал/помеха и является целью изобретения. Следовательно, указанные отличительные признаки являются существенными, а предлагаемое техническое решение отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемая мобильная ферритовая антенна может быть использована в шахтах в носимом приемнике горнорабочего для приема сигналов аварийного оповещения, низкочастотного магнитного поля, проходящего через массив горных пород. Техническим результатом предлагаемой ферритовой магнитной антенны является устранение "микрофонного эффекта". Технический результат достигается благодаря тому, что последовательно включенные две катушки индуктивности магнитной антенны с ферромагнитным сердечником с линейной и короткозамкнутой ее частью включаются встречно и располагаются друг относительно друга для приема сигнала под углом 90°, механически закрепляются между собой жестко на одном шасси, параллельно выводам катушек индуктивности включаются настроечные конденсаторы. Для упрощения конструкции и настройки конденсатор может быть один, включенный к свободным концам катушек индуктивности. Для использования ферритовой магнитной антенны в диапазоне 5-40 Гц короткозамкнутый сердечник выполняется сплошным. 1 ил.

Магнитная антенна, состоящая из двух катушек индуктивности, выполненных каждая на линейном и короткозамкнутом ферромагнитных сердечниках, располагающихся на жестком шасси друг к другу под углом 90^o и одним из концов соединенных вместе, отличающаяся тем, что катушки индуктивности электрически включены встречно, к свободным концам катушек индуктивности включен конденсатор, для низкочастотного магнитного поля короткозамкнутые ферромагнитные сердечники выполняются сплошными.