Способ калибровки магнитных антенн Российский патент 2020 года по МПК H01Q7/00 

Способ калибровки рамочных магнитных антенн и ферритовых магнитных антенн по чувствительности к напряженности магнитному полю и волновому сопротивлению относится к радиотехнике, далее магнитная антенна (МА).

Из [1] известен способ калибровки магнитных антенн с помощью колец Гельмгольца, когда испытуемая МА вносится в магнитное поле двух магнитных колец/рамок. Однако по такому способу нельзя определить волновое /характеристическое/сопротивление МА.

Волновое сопротивление МА необходимо знать при разработке приемных устройств, в частности ферритовых МА, например в [2], способ, позволяющий определить расстояние до объекта радиоизлучения в ближней зоне по волновому сопротивлению приемной ферритовой МА из одной точки.

Из электротехники известно, что максимальная мощность выделяется в нагрузке тогда, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению генератора. Это условие действует и в радиотехнике. На этом принципе и основывается предлагаемый способ калибровки МА по чувствительности к магнитному полю и определения по нему волнового сопротивления МА.

В системах связи волновое сопротивление может значительно меняться с расстоянием [стр. 159, 3], особенно в ближней, индуктивной зоне.

Известны и другие способы калибровки МА, например, приведенные на сайте: patents.su/2-987730-sposob-kalibrovki-magnitnykh-antenn.html, но при каком волновом сопротивлении происходит калибровка, не указывается.

А также см. Метод калибровки рамочных магнитных антенн больших геометрических размеров. А.А. Галахов, Ю.В. Федоренко, журнал Измерительная техника, №6, 1990, с. 48-49.

Реализация способа

Наиболее близким к предлагаемому способу калибровки МА является способ по созданию калиброванного магнитного поля цилиндром, соленоидом, цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков проволоки [стр. 400-401, 4], где напряженность магнитного поля в соленоиде создается током протекающем по его катушке индуктивности и определяется по формуле

где n - число витков провода в катушке соленоида;

I - ток в катушке соленоида;

d - длина намотки провода соленоида;

r - радиус окружности соленоида,

катушка соленоида однослойная.

Волновое сопротивление поля соленоида задается и определяется из его индуктивного сопротивления, например с помощью измерителя индуктивности. Реактивное сопротивление катушки соленоида вычисляется по известной формуле:

где f – частота, на которой производится калибровка МА;

L - индуктивность катушки соленоида.

Z_В - волновое сопротивление поля, создаваемое катушкой индуктивности соленоида.

Калибровка МА происходит при разных индуктивностях катушек соленоида, т.е. при разном волновом сопротивлении поля излучателя. Напряженность поля излучателя должна быть постоянной или эта величина должна учитываться при вычислениях. Мощность излучения, создаваемая полем катушки соленоида, должна быть одинаковой или учитываться в расчетах, так как из [стр. 117, 5] реактивная мощность магнитного поля порождается индуктивностью соленоида и определяется, как

где U_L - напряжение на катушке соленоида на резонансной частоте МА;

I - ток в катушке соленоида.

Из формул (2) и (1) следует, что при изменении индуктивного сопротивления катушки соленоида путем изменения числа витков при одной и той же длине намотки катушки, но при разном диаметре провода катушки, будет меняться индуктивность, а по сути, будет меняться волновое сопротивление в поле соленоида. Таким образом, задается волновое сопротивление поля излучателя. При этом необходимо поддерживать одинаковую напряженность поля или мощности на излучение, либо учитывать это изменение при вычислениях.

Например, для равенства напряженности поля в соленоиде, формулы (1), при изменении числа витков провода, путем изменения его в сторону уменьшения или увеличения диаметра провода, повлечет изменение индуктивности. Это изменит реактивное сопротивление соленоида, а по сути, приведет к изменению волнового сопротивления поля. Уравнивать напряженность поля соленоида необходимо током соленоида или учитывать эти изменения в расчетах.

Аналогично и по формуле (2).

Чувствительность МА, как известно из [стр. 86, 174, 175, 6] определяется передаточной функцией МА, как

где Е_A - ЭДС на катушке индуктивности испытуемой/калибруемой МА.

Пример изготовления одного из соленоидов.

Соленоид изготавливался из трубы материала ПВХ (пластик, труба для канализации) диаметром 110 мм с длиной намотки медным проводом диаметром ~1 мм, составила 245 мм, число витков 240, измеренная индуктивность составила 2,73 мГн, активное сопротивление провода составило 3,4 Ом.

Расчетное волновое сопротивление на частоте 11 кГц для соленоида, считаем по формуле (2) составило: Z_В=2π 11000 0,00273=188,6 Ом.

Ток соленоида задавался следующим образом. Последовательно катушке индуктивности соленоида включалось активное сопротивление, параллельно которому подключался вольтметр, после чего подключался генератор. По вольтметру согласно Закону Ома определялся ток соленоида. По формуле (1) определялась напряженность магнитного поля соленоида.

Испытуемая МА помещалась вовнутрь катушки индуктивности соленоида. На резонансной частоте МА измерялась ЭДС на ее катушке индуктивности, и по формуле (4) определялась чувствительность к магнитному полю.

Количество соленоидов для точного определения волнового сопротивления МА нужно несколько с разным волновым сопротивлением. Затем полученные значения чувствительности сравниваются между собой. И по максимальному значению чувствительности МА определяется, при каком индуктивном сопротивлении соленоида было получено это значение, тем волновым сопротивлением и обладает калибруемая МА.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа калибровки МА по магнитному полю является возможность с помощью разных по волновому сопротивлению соленоидов - излучателя, менять его индуктивное сопротивление и по максимальной чувствительности определять волновое сопротивление МА с высокой точностью, чего не дает их расчет.

Предлагаемый способ соответствует критерию новизны и отвечает требованию критерия существенное отличие, так как ни в одном из известных способов не определяется экспериментально волновое сопротивление МА.

ЛИТЕРАТУРА

1. С.Г. Калихман, Я.М. Левин. Основы теории расчета радиовещательных приемников на полупроводниковых приборах. Изд. «Связь», М., 1969.

2. SU 1669284 А1.

3. Отт Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. М.: Мир, 1979.

4. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. Издание 3, М., Изд. «Наука», 1965.

5. И.П. Жеребцов. Электрические и магнитные цепи. Основы электротехники. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1982.

6. И.Ф. Огороднейчук, И.Я. Журавлев, В.И. Яцишин. Низкочастотная беспроводная связь в шахтах. М., «Недра», 1975.

Изобретение относится к антенной технике. Способ калибровки магнитной антенны (рамочной или ферритовой) по чувствительности к напряженности магнитного поля, состоящей из катушки индуктивности, колебательного контура, настроенной в резонанс путем внесения калибруемой магнитной антенны в уже известное по напряженности и частоте магнитное поле и определения чувствительности магнитной антенны, заключается в том, что для определения волнового сопротивления магнитной антенны, волновое сопротивление соленоида известно и задается его реактивностью, в плоскость однородного магнитного поля соленоида вноситься магнитная антенна, а волновое сопротивление магнитной антенны определяется по равенству реактивных сопротивлений соленоида, создающего магнитное поле и магнитной антенны, определяемой по максимальной чувствительности калибруемой магнитной антенны.

Способ калибровки магнитной антенны (рамочной или ферритовой) по чувствительности к напряженности магнитного поля, состоящей из катушки индуктивности, колебательного контура, настроенной в резонанс путем внесения калибруемой магнитной антенны в уже известное по напряженности и частоте магнитное поле и определения чувствительности магнитной антенны, отличающийся тем, что для определения волнового сопротивления магнитной антенны, волновое сопротивление соленоида известно и задается его реактивностью, в плоскость однородного магнитного поля соленоида вноситься магнитная антенна, а волновое сопротивление магнитной антенны определяется по равенству реактивных сопротивлений соленоида, создающего магнитное поле и магнитной антенны, определяемой по максимальной чувствительности калибруемой магнитной антенны.