[发明专利]一种探测闪电的中低频辐射磁场天线

说明书

本发明提供一种探测闪电的中低频辐射磁场天线，包括：十字交叉放置的两根磁棒天线、电路板、天线罩、底座、金属管和固定底板；每一根磁棒天线通过与磁棒两端连接的磁棒支架固定于底座之上；电路板位于两根磁棒天线的下方位置，通过与电路板四个角连接的电路板支架固定于底座之上；天线罩放置于底座之上，用于密封两根磁棒天线和电路板；金属管通过线缆接口与底座反面中心位置相连接，用于敷设信号线缆和电源线缆；固定底板的中心位置与金属管相连接，用于固定于目标位置。本发明提出的探测闪电的中低频辐射磁场天线，使中低频磁场天线测量信号更加丰富，能解析出强度非常弱的磁场脉冲，并显著提升对闪电电流等参数的反演能力。

技术领域

本发明涉及闪电探测技术领域，尤其涉及一种探测闪电的中低频辐射磁场天线。

背景技术

闪电按照发生位置的不同，可分为地闪和云闪两类，其中地闪是指发生于云与地面之间的放电过程，云闪统指没有接地的放电过程。一次闪电放电对应的空间尺度跨度极大，因此闪电能够产生频谱范围很宽的电磁辐射，其中主要集中在无线电(射频)频段。对于地闪预击穿和先导等一些小空间尺度(米量级或以下)的放电过程，往往能够产生更多的甚高频频段的辐射；而对于闪电发展传输伴随的较大空间尺度(百米/千米量级)的放电过程，如地闪回击过程和云内的长距离放电，会产生更多的中低频甚至频段更低的辐射。中低频辐射信号对于研究闪电物理具有重要意义，能够体现闪电发展传输特征，也可用于闪电电流等物理参数的反演，因此对于闪电的中低频辐射信号的探测非常重要。

传统测量闪电的中低频辐射信号的方法通常是利用闪电快/慢电场变化仪(简称快/慢天线)来实现，其基本原理是采用负反馈放大电路，将全金属平板感应天线连接到运算放大器的输入端，感应板维持到“虚地”状态，负反馈放电电路的电阻和电容跨接于运算放大器的输入和输出端。当闪电引起电场变化时，在感应板天线中会因为感应电荷的变化产生感应电流，感应电流通过积分电路输出测量电压，通过标定可以确定输出电压和闪电电场变化之间的关系。不过传统快/慢天线灵敏度相对较小，不能很好地解析闪电放电过程中强度较弱的放电过程，而且闪电电场极易受到天线架设环境、地形地物的畸变影响，测量结果误差很大。与电场测量相比，闪电磁场信号所受畸变干扰很小，而且磁场信号仅包含感应场和辐射场分量，更加有利于闪电电磁场数值模拟和电流反演，因此磁场天线在传统的闪电信号测量中也发挥了重要作用。目前用到的磁场天线通常分为两种，即环形天线和软磁棒天线，这两种天线配合外部放大电路可以实现对闪电磁场信号的测量。不过，环形天线同样存在灵敏度低的问题，很难测量到闪电弱放电过程引起的磁场变化；磁棒天线是通过将金属导线密绕在相对磁导率较高的软磁材料磁棒上制成，能够极大地提高磁场天线探测弱放电过程的能力，不过目前常用的磁棒天线频段主要集中在低频频段，即3-dB上截止频率约为300kHz，不能很好地探测更高频率的闪电磁场信号。

因此，为了获取闪电放电的高灵敏度中低频磁场信号，需要将传统的高灵敏低频天线的探测频段进行有效扩展，并且根据不同的探测距离或者探测对象设置合适的灵敏度。

发明内容

本发明提供一种探测闪电的中低频辐射磁场天线，用以解决现有技术中探测闪电中磁场测量带宽不足的缺陷。

本发明提供的探测闪电的中低频辐射磁场天线，包括：

十字交叉放置的两根磁棒天线、电路板、天线罩、底座、金属管和固定底板；

每一根磁棒天线通过与磁棒两端连接的磁棒支架固定于所述底座之上；

所述电路板位于所述两根磁棒天线的下方位置，通过与电路板四个角连接的电路板支架固定于所述底座之上；

所述天线罩放置于所述底座之上，用于密封所述两根磁棒天线和所述电路板；

所述金属管通过线缆接口与所述底座反面中心位置相连接，用于敷设信号线缆和电源线缆；

所述固定底板的中心位置与所述金属管相连接，用于固定于目标位置。