磁偶极子辐射器、发射天线以及水下主动电磁探测系统的制作方法
本发明涉及电磁探测，尤其涉及一种磁偶极子辐射器、发射天线以及水下主动电磁探测系统。
背景技术：
1、发射天线是主动电磁探测系统中的重要组成部分，在水下主动电磁探测系统中必须利用谐变磁偶极子辐射器发出源电磁场，在水下进行有源电磁干扰和对抗时需要宽带大功率的电磁辐射源。常用的谐变磁偶极子辐射器一般在一定形状和尺寸的铁芯上密绕单组线圈，由谐变磁偶极子辐射器、调谐电容和发射机构成串联调谐式发射回路，在信号源激励下发出探测电磁场，这种采用串联调谐式发射回路的特点是使谐变磁偶极子辐射器在一定频率条件下获得一定的电流激励，从而实现额定的辐射磁矩。
2、上述的谐变磁偶极子辐射器采用简单的单绕组模式，构成的发射回路只能是串联调谐方式，其缺点是工作带宽太窄，辐射磁矩在频率偏移谐振点时会陡然下降，不能适应宽频带范围、变频工作方式的电磁探测和电磁干扰的实际需要。尽管可以对传统的谐变磁偶极子辐射器根据需要采用多个串联调谐回路形式进行切换，实现多个频率点调谐、拓宽系统的工作频域，但由于结构和工作机理的局限性，其实际工作带宽、辐射电磁场的实时性、连续性、均匀性、稳定性等方面都不能满足宽频带、大功率、连续可调、体积小等现实需求。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是，提供一种磁偶极子辐射器、发射天线以及水下主动电磁探测系统，解决单绕组模式的辐射器工作宽带太窄，辐射磁矩在频率偏移谐振点时陡然下降的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种磁偶极子辐射器，磁偶极子辐射器，包括：第一线圈绕组、第三线圈绕组，分别绕制在铁芯两端，所述第一线圈绕组和所述第三线圈绕组的匝数相同；第二线圈绕组，绕制在所述铁芯的中段，与所述第一线圈绕组和所述第三线圈绕组构成互感耦合的双调谐回路，所述第一线圈绕组、所述第二线圈绕组、所述第三线圈绕组的绕向相同，所述第二线圈绕组的匝数是所述第一线圈绕组的数倍；配谐电容，与所述第二线圈绕组串联并配谐在带宽中心频率上。
3、可选的，所述铁芯为亚纳米晶铁芯。
4、可选的，所述第二线圈绕组与所述配谐电容构成谐振在中心频率的发射回路之一。
5、可选的，所述第一线圈绕组与所述第三线圈绕组调谐在中心频率的两侧，共同构成双调谐式的宽带谐变磁偶极子辐射器。
6、可选的，所述第二线圈绕组的匝数是所述第一线圈绕组的匝数的4-8倍。
7、可选的，所述第二线圈绕组的匝数是所述第一线圈绕组的匝数的6倍。
8、本发明还提供一种发射天线，包括上述的磁偶极子辐射器、第一功率放大器以及第二功率放大器；其中，所述第一线圈绕组的一端与第一功率放大器连接，所述第三线圈绕组的一端与第二功率放大器连接，第一电容与所述第一线圈绕组、所述第三线圈绕组并联，第一二极管和第二二极管串接后与所述第一电容并联。
9、所述第一功率放大器与所述第二功率放大器在激励信号源的驱动下交替导通，所述第一线圈绕组与所述第三线圈绕组在对应的回路电流下产生辐射电磁场信号，且所述第二线圈绕组同步产生辐射电磁场信号，所述第一线圈绕组、第二线圈绕组、第三线圈绕组产生的辐射电磁场信号合成为宽频带、大功率的辐射电磁场。
10、可选的，辐射电磁场的辐射磁矩的数学模型为：
11、
12、其中：
13、
14、η＝kq
15、m(ω)为谐变磁偶极子辐射磁矩；
16、ω为辐射电磁场信号频率；
17、μ0为真空磁导率；
18、μd为电磁辐射器铁芯磁导率；
19、s为电磁辐射器铁芯截面积；
20、n1、n3为电磁辐射线圈l1、l3的匝数；
21、n2为电磁辐射线圈l2的匝数；
22、i1(ω)、i3(ω)为电磁辐射线圈l1、l3的激励电流；
23、i2(ω)为电磁辐射线圈l2的激励电流；
24、φo(ω)为辐射电磁信号的初相位；
25、m为互感；
26、l1、l2、l3为电磁辐射线圈绕组的电感量；
27、u为激励电源电压；
28、η为耦合因数；
29、ξ为广义失谐；
30、c为配谐电容；
31、k k为耦合系数，0≤k≤1。
32、本发明还提供一种水下主动电磁探测系统，包括上述的发射天线。
33、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
34、本发明技术方案的磁偶极子辐射器，通过在铁芯上绕制三组线圈，形成一种宽带、大功率、小尺寸的谐变磁偶极子辐射器，为水下宽带发射、变频发射的电磁探测与电磁干扰提供了实用而便捷的技术手段。
35、本发明技术方案的发射天线，当第一功率放大器和第二功率放大器在激励信号源的驱动下交替导通时，对应的回路电流分别通过第一线圈绕组、第三线圈绕组时产生辐射电磁场信号，同时第二线圈绕组也同步产生辐射电磁场信号，因此第一线圈绕组、第二线圈绕组和第三线圈绕组合成产生一定频率、一定功率的辐射电磁场，使得双调谐条件下的磁偶极子辐射器辐射的电磁场信号频带宽度比常规磁偶极子辐射器的频带宽度大大增加。
36、本发明技术方案的水下主动电磁探测系统，通过在铁芯上绕制三组线圈的磁偶极子辐射器，为水下宽带发射、变频发射的电磁探测与电磁干扰提供了实用而便捷的技术手段。
技术特征：
1.一种磁偶极子辐射器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的磁偶极子辐射器，其特征在于，所述铁芯为亚纳米晶铁芯。
3.如权利要求1所述的磁偶极子辐射器，其特征在于，所述第二线圈绕组与所述配谐电容构成谐振在中心频率的发射回路之一。
4.如权利要求3所述的磁偶极子辐射器，其特征在于，所述第一线圈绕组与所述第三线圈绕组调谐在中心频率的两侧，共同构成双调谐式的宽带谐变磁偶极子辐射器。
5.如权利要求1-4任一项所述的磁偶极子辐射器，其特征在于，所述第二线圈绕组的匝数是所述第一线圈绕组的匝数的4-8倍。
6.如权利要求5所述的磁偶极子辐射器，其特征在于，所述第二线圈绕组的匝数是所述第一线圈绕组的匝数的6倍。
7.一种发射天线，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的磁偶极子辐射器、第一功率放大器以及第二功率放大器；其中，所述第一线圈绕组的一端与第一功率放大器连接，所述第三线圈绕组的一端与第二功率放大器连接，第一电容与所述第一线圈绕组、所述第三线圈绕组并联，第一二极管和第二二极管串接后与所述第一电容并联。
8.如权利要求7所述的发射天线，其特征在于，所述第一功率放大器与所述第二功率放大器在激励信号源的驱动下交替导通，所述第一线圈绕组与所述第三线圈绕组在对应的回路电流下产生辐射电磁场信号，且所述第二线圈绕组同步产生辐射电磁场信号，所述第一线圈绕组、第二线圈绕组、第三线圈绕组产生的辐射电磁场信号合成为宽频带、大功率的辐射电磁场。
9.如权利要求7所述的发射天线，其特征在于，所述辐射电磁场的辐射磁矩的
10.一种水下主动电磁探测系统，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述的发射天线。
技术总结
一种磁偶极子辐射器，包括：第一线圈绕组、第三线圈绕组，分别绕制在铁芯两端，第一线圈绕组和第三线圈绕组的匝数相同；第二线圈绕组，绕制在铁芯的中段，与第一线圈绕组和第三线圈绕组构成互感耦合的双调谐回路，第一线圈绕组、第二线圈绕组、第三线圈绕组的绕向相同，第二线圈绕组的匝数是第一线圈绕组的数倍；配谐电容，与第二线圈绕组串联并配谐在带宽中心频率上。本发明还提供一种包括磁偶极子辐射器的发射天线。通过在铁芯上绕制三组线圈，形成一种宽带、大功率、小尺寸的谐变磁偶极子辐射器，为水下宽带发射、变频发射的电磁探测与电磁干扰提供了实用而便捷的技术手段。
技术研发人员：方渭斌,任志良
受保护的技术使用者：上海舶美船舶科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5