从电流传感器的发展过程中可以看出，传统的电磁式电流互感器在测量电流、继电保护等多个领域有着广泛的发展和应用，拥有不可替代的地位。但是，随着电压等级的提高，当有较大的脉冲电流、冲击电流或雷电流出现的时候，由于传统的电流传感器有磁芯，因此会出现电磁饱和等问题。当电流传感器出现电磁饱和时，二次侧信号将会发生畸变甚至会引发继电装置的误判。传统的电流传感器电磁饱和主要是由一次侧的电流造成的。当线路发生短路故障时，暂态磁通会比稳态磁通大很多，这是由于直流分量的作用，从而使互感器形成电磁饱和，励磁电流快速增加。此外，如果铁芯内存在大量剩磁，且剩磁的极性和暂态磁通直流分量的极性一致，电磁饱和的现象会变得更加严重。随着特高压和超高压输电技术的进一步发展，高压电流传感器一般都体积庞大，因此，会增加运输及安装的困难，同时也会出导致现漏油等现象，这些缺点都限制了传统电流传感器的推广。
针对上述传统电流传感器所存在的一系列问题，罗氏线圈具有结构简单、输出功率较低、线性度好、无磁饱和等一系列的优点，因此，已经在部分领域取代了传统的电流传感器，并将取得了广泛的发展和应用，罗氏线圈是电流传感器的未来发展方向之一。随着对罗氏线圈的不断研究和发展，其结构也在不断变化，从最早的手动绕制漆包线的罗氏线圈，到后来的印刷电路板罗氏线圈，其间也经历过漫长的历史过程。在对电流传感器的要求不断提高的情况下，只有将罗氏线圈的结构不断改进，才能制作出更符合测量要求的传感器，适应各种测量环境。为了解决绕制罗氏线圈的缺点，人们开始设计PCB 型罗氏线圈，多种样式的PCB 罗氏线圈就不断出现。通过计算机辅助设计软件绘制PCB 板，并经过PCB 板制作从工艺上保证线匝的截面积相等、导线布置均匀、分布参数一致性高、也减小了传感器的体积，不但弥补了传统罗氏线圈的缺陷，并且在灵敏度、精度、稳定性、带宽等各方面都优于传统的绕制罗氏线圈，便于大批量生产。
如图3.1 所示是一种单面板螺旋结构的罗氏线圈[33]，这种板的特点是需要偶数块顺串连接，待测母线两侧各一块。但是中间需要连接两块板的导线，测量过程中不好固定，而且位于板子两侧的两块板不在一个位置，抵消外界磁场干扰较为困难，抗干扰性能较差。而且从文献中也可以看出当电压加到10kV 时，输出电压最大只能达到0.1V，该种结构的罗氏线圈互感太小，测量结果幅值太小，不易观察。
图3.2 为一种测量小电流平面型PCB 罗氏线圈[59]，这种结构的罗氏线圈一次导体与二次线圈几乎处于同一平面，电磁耦合较强烈，由多个小螺旋线圈构成的二次线圈之间相互补偿，抵抗外界磁场的干扰。如图（a）所示，每层PCB 板上设有四个相同的螺旋线圈，围绕同一中心均匀分布，上下左右两两对称，相邻的两个螺旋线圈之间串联；层与层之间的螺旋线圈通过过孔顺次串联，首尾两个端头作为输出端，用于接入采样电阻，如图 (a)、图(b)所示。整个传感器可以设计为单层、双层或多层PCB，图3.2 仅显示了两层PCB 的结构。使用时，一次导体需要镶嵌或紧贴在PCB 板上，如图 (c)所示，围绕每层半数互不相邻的螺旋线圈构成环路。但是这种罗氏线圈存在的缺点要将待测母线紧贴或镶嵌在PCB 板上，紧贴在上面时，要围绕螺旋线圈，这样对于较粗的待测母线而言比较困难，但是如果镶嵌在PCB 板上，就需要将原电路接入PCB 板，违反了不接触测量的原则，使用起来有限制。
图3.3 所示的是一种铜箔直连贯通双面的结构，Ra 是线圈的外径，Rb 是线圈的内径，r’是线径。该类直连的结构布线简单，绕线也较紧密，可以避免待测导体偏离线圈中心和线圈外与待测导体平行的干扰电流的影响。但是，由于绕线并未形成真正对称的圆环结构，及单匝线圈所在的平面没有通过线圈轴心。因此，也存在较大的分散性，抗干扰能力差，因此又设计出了一种双面铜箔对称布线结构的PCB 式罗氏线圈，如图3.4 所示。这种结构的单匝线圈所在的平面均通过线圈轴心且与PCB 平面完全垂直，使被测载流导体产生的磁通全部通过线圈，可以得到精确的互感系数，也可以避免外界与一次导体平行的干扰电流的影响。
但是，仅这样的结构，受外界磁场的干扰较大。为了消除外界磁场的干扰，借鉴传统罗氏线圈利用回线的技术，设置与绕线方向相反的回线，如图3.5 所示。回线的作用是用来消除外界垂直于线圈平面的磁场干扰[16][17]。当线圈外存在垂直于被测导体的干扰电流时，将无回线和设有回线的罗氏线圈的互感实测结果相对比，实验发现设有回线的线圈互感误差远小于没有回线的。结果表明回线确实可以有效抵消干扰电流的作用。但是，从图中可以看出，回线的半径略大于线圈的外径，因此，回线并不能完全抵消垂直磁场的干扰，因此仍然存在一定的误差。
根据PCB 式罗氏线圈的结构及优缺点，本文设计一种新的PCB 式罗氏线圈，在双面铜箔对称布线结构的基础上，将偶数块PCB 板顺次相连，相邻两块PCB 板的线圈绕向相反,如图3.6 所示为两块PCB 板相连，且线圈绕向相反。这样设计既可以消除外界磁场的影响，并且也不需要设计回线，使得制作更加简便；板子数量增加，线圈匝数也因此增加，互感也随之增大。但是，多层PCB 板串联会存在串扰的影响，具体影响因素及设计方法在第四章有所介绍。
设计PCB 式罗氏线圈行波传感器使其符合行波故障测距的要求，除了确定传感器的结构，其次就是要确定各结构参数，而结构参数决定了传感器的电磁参数，电磁参数直接影响传感器的性能。所以，文章从研究电磁参数对传感器性能的影响的角度出发，确定PCB 罗氏线圈电流传感器的结构参数。