一种闪电宽带磁场信号探测天线系统技术方案

本申请公开了一种闪电宽带磁场信号探测天线系统，包括磁天线以及与磁天线连接的放大电路；所述的磁天线包括两个垂直交叉分布的磁环，所述的磁环以所在平面的中心线为轴交叉设置。本申请利用磁环天线自身独有的磁场变化率（dB/dt）测量特性，控制频带内高频端的截止频率，并通过放大电路，将整个频带始终保持dB/dt的增益特性，这样可以使得高频端的信号获得超过20dB的增益，有效保证了对高频脉冲信号的测量，使得低频定位系统可以获得更多的高频辐射源定位信息，进一步丰富了低频定位系统的适用场景。场景。场景。

【技术实现步骤摘要】
一种闪电宽带磁场信号探测天线系统


[0001]本专利技术涉及一种天线系统，尤其是涉及一种闪电宽带磁场信号探测天线系统。

技术介绍

[0002]雷电信号具有极宽的辐射频带，但在低频段（一般30 kHz
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100 kHz）具有极强的能量，可以在地球表面传播几千公里，因此也使得低频段信号成为对雷电进行远距离测量和定位应用最广泛的频段之一。近来随着技术的发展，低频电磁信号也逐渐被应用到局地三维闪电定位网的建设中。系统通过架设5个以上工作在低频频段（30 kHz
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300kHz）并且时间同步的电磁测量站点，利用时间差定位算法获得雷电辐射源的三维位置。
[0003]目前国内的三维定位系统大多使用的是垂直电场传感器系统，此系统主要通过测量闪电放电过程中辐射源的垂直电场变化特性。这种系统可以比较直接的获得所定位到的放电过程的辐射源放电极性，而且电路设计中也往往通过加入具有不同时间常数的积分电路控制所探测信号的衰减快慢。多数用在定位系统中的电天线具有几到十几毫秒的积分时间，使工作频带具有几乎固定的增益特性。与普通电天线类似，少数利用水平磁场传感器的三维定位系统，其磁场天线往往通过设计电路（控制斩波电阻的大小或增加积分电路），使系统工作频带（3dB带宽）具有增益固定的频带特性，使系统在较广的频带范围内具有增益近似一致的变化特性，也即所谓的B天线或积分天线 （V = n*B）。
[0004]根据以往对闪电电磁信号频谱的测量，闪电辐射的电磁信号在低频段具有极强的能量，而且在较广的低频频带范围内，放电产生的电磁波信号的频谱具有随频率升高而降低的（1/f）的特性，具体变化曲线如图1所示。因此目前所使用的频带特性一致的电场与磁场低频宽带测量系统，会使得测量信号在其频带范围内的高频端比低频端低产生超过20dB的信号强度衰减。导致整个测量系统一般在30kHz的低频段具有较强的探测能力，而在稍高频段，如100
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300kHz的探测能力相对削弱。而这种较强的低频信号与相对较弱的高频信号会造成：1）降低信号脉冲数量，单次闪电过程中可用于定位的事件数目减少，2）降低信号的时间分辨率。因此具有整体频带增益的低频天线从一定程度上限制了其在定位系统中的应用，可能会造成：1）单次闪电过程定位辐射源偏少；2）定位精度偏低；而且由于云内放电过程具有相对较小的空间尺度与较高的辐射频率，此类探测天线也会导致云闪定位能力偏弱。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是为了闪电宽带信号测量时，高频信号较弱而导致定位精度偏低或定位辐射源数量偏少的问题，提供一种闪电宽带磁场信号探测天线系统。
[0006]本申请提供的一种闪电宽带磁场信号探测天线系统，采用的如下的技术方案：
[0007]一种闪电宽带磁场信号探测天线系统，包括磁天线以及与磁天线连接的放大电路；所述的磁天线包括两个垂直交叉分布的磁环，所述的磁环以所在平面的中心线为轴交叉设置。
[0008]通过上述技术方案，利用磁环天线自身独有的磁场变化率（dB/dt）测量特性，控制频带内高频端的截止频率，并通过放大电路，将整个频带始终保持dB/dt的增益特性，这样可以使得高频端的信号获得超过20dB的增益，有效保证了对高频脉冲信号的测量，使得低频定位系统可以获得更多的高频辐射源定位信息。
[0009]可选的，所述的磁环由多匝单层漆包线构成。
[0010]通过上述技术方案，通过将磁环采用多匝单层漆包线制成，便于控制磁环天线的各种参数，并选取合适的形状和参数，控制高频端的截止频率。
[0011]可选的，所述的磁天线包括两个垂直交叉设置的环形框架，在每个环形框架上绕设有多匝单层漆包线。
[0012]通过上述技术方案，通过设置环形的框架，并在环形框架上绕设多匝单层漆包线，能够保证两个磁环天线的位置稳定牢靠。
[0013]可选的，在所述的环形框架上设置有沟槽，所述的多匝单层漆包线绕设在所述的沟槽内。
[0014]通过上述技术方案，通过将多匝单层漆包线绕设在沟槽内，能够保证漆包线能够稳定的设置在环形框架上，能够在使用的时候防止漆包线从环形框架上滑落。
[0015]可选的，所述的环形框架采用圆形框架，在圆形框架的外圆面上设置有与圆形框架同心设置的沟槽，两个圆形框架构成一球形框架。
[0016]通过上述技术方案，通过采用圆形框架，在圆形框架的外圆面上设置有与圆形框架同心设置的沟槽，通过在圆形框架上的沟槽上绕设多匝漆包线，能够实现圆形框架上的磁环的设置。
[0017]可选的，所述的球形框架包括上半球体和下半球体，下半球体和上半球体之间通过支撑连接架固定。
[0018]通过上述技术方案，将球形框架设置成上半球体和下半球体，下半球体和上半球体之间通过支撑连接架固定，既便于球形框架的制作和安装，同时也保证了球形框架的强度和牢靠性，进而保证了两个磁环之间的垂直角度与定型。
[0019]可选的，所述的两个磁环直径均为248mm，每个磁环上设置有32匝单层漆包线紧密排列在每个方向上的磁环上，漆包线直径为0.41mm。
[0020]通过上述技术方案，通过该参数，使得此天线设计使得低频端与高频段具有相差100倍的增益区别，因此高频端信号的放大倍数明显提升，因此使得对定位精度以及数量有较大作用的高频端分量，测量系统获得的更多的高频分量。
[0021]可选的，所述的放大电路包括第一放大电路和第二放大电路，其中第一放大电路的信号输入端与其中一个磁环信号连接，第二放大电路的信号输入端与另一个磁环信号连接；所述的第一放大电路包括斩波谐振调整电路、高通滤波放大电路、低通滤波放大电路、匹配电路以及电源电路；所述的磁环的信号与斩波谐振调整电路连接，斩波谐振调整电路的输出端与高通滤波放大电路的输入端连接，高通滤波放大电路输出端与低通滤波放大电路的输入端连接，低通滤波放大电路的输出端与匹配电路的输入端连接；所述的电源电路为斩波谐振调整电路、高通滤波放大电路、低通滤波放大电路、匹配电路供电；所述的第二放大电路与第一放大电路的结构相同。
[0022]通过上述技术方案，通过第一放大电路与一个磁环的信号连接，第二放大电路与
另一个磁环的信号连接，能够分别对两个磁环的信号进行斩波、高通滤波放大、低通滤波放大等处理，使得频带内低频与高频端具有相对一致的增益特性，从而使整个探测系统的带宽具有与磁环天线测量的磁场变化率一致的频带特性。
[0023]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0024]1、本申请利用磁环天线自身独有的磁场变化率（dB/dt）测量特性，控制频带内高频端的截止频率，并通过放大电路，将整个频带始终保持dB/dt的增益特性，这样可以使得高频端的信号获得超过20dB的增益，有效保证了对高频脉冲信号的测量，使得低频定位系统可以获得更多的高频辐射源定位信息。
[0025]2、本申请通过将多匝单层漆包线绕设在沟槽内，形成磁环天线，便于控制磁环天线的各种参数，并选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种闪电宽带磁场信号探测天线系统，其特征在于：包括磁天线以及与磁天线连接的放大电路；所述的磁天线包括两个垂直交叉分布的磁环，所述的磁环以所在平面的中心线为轴交叉设置；所述的放大电路包括第一放大电路和第二放大电路，其中第一放大电路的信号输入端与其中一个磁环信号连接，第二放大电路的信号输入端与另一个磁环信号连接；所述的第一放大电路包括斩波谐振调整电路（6）、高通滤波放大电路（7）、低通滤波放大电路（8）、匹配电路（9）以及电源电路（10）；所述的磁环的信号与斩波谐振调整电路（6）连接，斩波谐振调整电路（6）的输出端与高通滤波放大电路（7）的输入端连接，高通滤波放大电路（7）输出端与低通滤波放大电路（8）的输入端连接，低通滤波放大电路（8）的输出端与匹配电路（9）的输入端连接；所述的电源电路（10）为斩波谐振调整电路（6）、高通滤波放大电路（7）、低通滤波放大电路（8）、匹配电路（9）供电；所述的第二放大电路与第一放大电路的结构相同。2.根据权利要求1所述的闪电宽带...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕凡超，秦子龙，陆高鹏，
申请(专利权)人：南京气象科技创新研究院，
类型：新型
国别省市：