РАМОЧНАЯ АНТЕННА Российский патент 2008 года по МПК H01Q7/00 

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.

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.

Недостатком данного технического решения является возможность работы только с измерительными приборами, имеющими дифференциальный вход.

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.

Недостатком данного технического решения является возможность работы только с измерительными приборами, имеющими дифференциальный вход, незначительная широкополосность.

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.

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.

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.

На фиг.1 представлена конструкция рамочной антенны; на фиг.2 - пример выполнения и установки контактного элемента.

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.

Рамочная антенна работает следующим образом.

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.

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.

Изобретение 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. Технический результат заключается в расширении полосы пропускания с незначительной неравномерностью амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот, с возможностью отсечки низкочастотных помех большого уровня и выходом рамочной антенны на несимметричную линию передачи. Сущность изобретения состоит в том, что рамочная антенна содержит многовитковую рамку, размещенную в многовитковом экране, выполненном в виде трубы с поперечным разрезом кольцевой формы, контактный элемент гальванически установлен на конец последнего витка трубы экрана и обеспечивает гальваническое соединение с одной стороны с концом последнего витка рамки, а с другой стороны - с началом первого витка трубы, при этом электрическая длина одной части многовиткового экрана рамки равна электрической длине другой части многовиткового экрана рамки, при этом начало первого витка рамки и соответствующее ему начало первого витка трубы образуют отрезок коаксиальной линии передачи, который подключен к трансформатору импедансов, выход которого является выходом антенны. 2 ил.

Рамочная антенна, содержащая многовитковую рамку, размещенную в многовитковом экране, выполненном 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, отличающаяся тем, что введен контактный элемент, который гальванически установлен на конец последнего витка трубы экрана и 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 к входу введенного трансформатора импедансов, выход которого является выходной линией передачи рамочной антенны.