Магнитная антенна Советский патент 1992 года по МПК H01Q7/08 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема и обработки сигналов.

Известна магнитная антенна, содержащая сердечник из ферромагнитного материала, обмотки накачки и сигнальную. Однако такая антенна не дает возможности оперативного управления диаграммой направленности, так как расположение обмоток допускает только одно азимутальное направление характерной диаграммы направленности (ДН) таких антенн - восьмерки, кроме того, данная антенна обладает большой трудоемкостью изготовления ввиду сложной двухоконной структуры сердечника, помимо этого антенна является трехкон- турной конструкцией - контуры накачки, сигнальный и связи, что увеличивает трудоемкость изготовления и не позволяет управление ДН ввиду своей ориентации.

Наиболее близким к предлагаемому является феррозонд, используемый в качестве магнитной антенны и содержащий ферромагнитный сердечник с размещенными на

нем взаимно ортогонально сигнальной обмоткой и обмоткой накачки, генератор накачки, но такая антенна несмотря на ортогональность расположения обмоток обладает всеми недостатками аналога.

Цель изобретения - обеспечение возможности электронного управления диаграммой направленности в азимутальной плоскости.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитную антенну введены два фильтра нижних частот (ФНЧ), два фильтра верхних частот (ФВЧ), два фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), первый, второй и третий управляемые делители (УД) и генератор постоянного тока, выход которого соединен с входом первого УД, выходы которого через ФНЧ соединены с выходами сигнальной обмотки и обмотки накачки, выход генератора накачки соединен со входом второго УД, выходы которого соединены через ФВЧ с выходами сигнальной обмотки и обмотки накачки, которые в свою очередь соединены через первый и второй ФСС с входами

(Л

С

-ч

hO

о

ь.

третьего УД, выход которого является выходом магнитной антенны, при этом ферромагнитный сердечник выполнен в виде плоского диска из изотропного ферромагнитного материала.

На фиг. 1 приведен сердечник с расположенными на нем обмотками; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемой магнитной антенны; на фиг. 3 - поворот магнитной оси антенны (МОА).

Магнитная антенна состоит из сердечника 1 и выполненных на нем обмоток накачки 2 и сигнальной 3 (см. фиг. 1), двух одинаковых фильтров низких частот (ФНЧ) 4 и 5, первого управляемого делителя 6, генератора 7 постоянного тока, двух фильтров одинаковых высоких частот (ФВЧ) 8 и 9, второго управляемого делителя (УД) 10, генератора 11 переменного тока, двух одинаковых фильтров сосредоточенной селекции (ФСС) 12 и 13,третьего управляемого делителя (УД) 14.

Магнитная антенна работает следующим образом.

Постоянный ток, подаваемый через ФНЧ 4,5 и управляемый делитель (УД) б (все три делителя могут быть выполнены в виде потенциометра) с генератора постоянного тока 7 на обмотки накачки 2 и сигнальную 3, служит для намагничивания сердечника и для управления магнитной осью антенны (МОА). Считая ось обмотки накачки 2 за х, а ось сигнальной обмотки 3 за у, имеем

выражение

/

tg у /Лу/рх ,

где у-угол МОА;

/, у«у - проекции динамической проницаемости по осям.

Для поворота МОА на 360° необходимо только использование управляемого делителя 6, который, используя весовые коэффициенты, может повернуть ось на 180°, после чего, меняя полярность тока, поступающего на обмотки накачки 2 и сигнальную 3, дости- гается поворот МОА на 360°. В соответствии с очевидными и известными положениями параметрической теории вектор напряженности падающего поля Н будет проецироваться на МОА, т.е. азимутальный угол прихода падающей волны будет изменяться в соответствии с поворотом МОА, проникновению ВЧ колебаний по тракту постоянного тока препятствует ФНЧ. Присутствие же постоянного поля, воздействующего на сердечник, приводит к возможности работы по первой гармонике поля накачки (параметрические постоянные смещения).

Поле накачки наводится переменным током, протекающим делитель 10 и ФВЧ 8,

9 (которые препятствуют прохождению постоянного тока), причем оно с помощью управляемого делителя наводится так, чтобы вектор поля Вн был перпендикулярен вектору постоянного поля В0. Чаще всего в качестве накачки используется простое синусоидальное колебание с частотой (Он.

Считая частоту падающей волны Шп и учитывая работу системы по первой гармонике, имеем в выходном спектре частоты а) +(Оп (при (Он УП);, большие по амплитуде, чем остальные в том же спектре. На одну из этих частот настраиваются ФСС 12, 13 в выходные цепи, а с помощью весовых коэффициентов, подбираемых третьим управляемым делителем 14,в выходной цепи устанавливается такой режим, при котором ось квазивыходной обмотки - суммарный вектор В2с будет перпендикулярен вектору Вп.

В соответствии с канонами параметрической теории выходная ЭДС магнитной антенны будет рассчитываться по формуле:

еЈ -1S Nfio е /4 Нн (d/d t) cos/1 fi (d HH/dt)cos/

+

fig - slna sin/3

J

(л cosacos. где Нп - напряженность падающего поля; Нн - напряженность поля накачки;

/4 d В/Хио d Е),уИ B/(u0 H)- главные компоненты тензора динамической проницаемости ферромагнитного сердечника /i,Hi (t), называемые соответственно дифференциальной и нормальной проница- емостями (звездочка указывает на необходимость учета размагничивающего фактора);

S - площадь эквивалентного поперечного сечения сердечника;

W - количество витков сигнальной обмотки;

Е- коэффициент небаланса, характеризующий неидентичность полуэлементов магнитной.

нитнои антенны; а ./3 Нн, Југлы между векторами;

°j - единичный вектор, определяющий направление оси сигнальной обмотки;

i0 4л 10 7Гн/м;Ј 1 - конструкционный коэффициент.

При этом при величине поля В0 магнитного смещения, достаточной для насыщения сердечника, если поле падающей волны отсутствует, то на входах третьего управляемого делителя под действием накачки возникает ЭДС удвоенной частоты. Если же величина поля полезного сигнала (падающей волны) отлична от нуля, то только тогда в спектре выходной ЭДС появится несущая полезную информацию.

Для пояснения принципа поворота ДН антенны, как функций МОА, рассмотрим изображение предельных случаев для синтеза МОА на предлагаемой антенне с правыми обмотками (т.е. обмотки выполнены по часовой стрелке). Обозначим обмотки цифрами 2 и 3 (см. фиг. Зд-г).

Как видно из фиг. 3 а-г в каждом случае при сохранении полярности на обмотках и изменении амплитуды постоянного тока от О до макс и наоборот (на соответствующих обмотках) МОА, а соответственно ДН магнитной антенны (так как Им МОА в оптимальном случае, т.е. при максимальном выходном токе антенны). Таким образом плавное и синхронное изменение амплитуд И и h - одного тока на возрастание, а другого на убывание при соответствующей полярности обмоток дает вращение МОА на 360° (а соответственно и ДН магнитной антенны). Иллюстрируем это так - расположение МОА в квадрантах фиг. 3 д возможно при выполнении условий табл. 1.

Т.е. при полярности обмоток антенны (фиг. 3 д) в соответствии с приведенной табл. и плавном изменении амплитуд токов И и la, МОА будет находится в указанном в таблице квадранте. Вектор Нн поля накачки должен быть перпендикулярен МОА. Ориентация Нн обесгзчивается так же, как и МОА с помощью весовых коэффициентов.

Кроме возможности оперативного управления ДН с поворотом характерной восьмерки на 360°. данная магнитная антенна имеет следующие преимущества перед другими типами и видами антенн:

-позволяет проводить перемагничива- ние сердечника (составляющая B0t (x, у) поля постоянного магнитного смещения) эффективнее с помощью поля накачки, так как при этом уменьшается мощность, потребляемая магнитной антенной в отличие от других вариантов, что в свою очередь

ведет к уменьшению уровня шумов;

-уменьшаются скачки Баркгаузена, так как опрокидывание жестких векторов намагниченности качественней осуществляется поперечным полем;

- уменьшается порог чувствительности магнитной антенны;

-упрощается ее изготовление.

В предлагаемом устройстве увеличено качество приема полезного сигнала и улуч- шена технологичность данной антенны.

Формула изобретения Магнитная антенна, содержащая ферромагнитный сердечник с размещенными

на нем взаимно ортогонально сигнальной обмоткой и обмоткой накачки, генератор накачки, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности электронного управления диаграммой направленности в

азимутальной плоскости, введены два фильтра нижних частот (ФНЧ), два фильтра верхних частот (ФВЧ), два фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), первый, второй и третий управляемые делители (УД)

и генератор постоянного тока, выход которого соединен с входом первого УД, выходы которого через ФНЧ соединены с выходами сигнальной обмотки и обмотки накачки, выход генератора накачки соединен с входом

второго УД, выходы которого соединены через ФВЧ с выходами сигнальной обмотки и обмотки накачки, которые, в свою очередь, соединены через первый и второй ФСС с входами третьего УД, выход которого является выходом магнитной антенны, при этом ферромагнитный сердечник выполнен в виде плоского диска из изотропного ферромагнитного материала.

Использование: антенная техника для приема и обработки сигналов. Сущность изобретения: магнитная антенна содержит ферромагнитный сердечник с обмоткой накачки и сигнальной обмоткой. Введены два фильтра нижних частот, два фильтра верхних частот, два фильтра сосредоточенной селекции, три управляемых делителя и генератор постоянного тока. Ферромагнитный сердечник выполнен в виде изотропного плоского диска. Достигнута возможность электронного управления диаграммой направленности антенны в азимутальной плоскости. 3 ил., 1 табл.

/

/Ч

фиг. 1

L

/V

/ч

Фл 2 55

4