CN108390697B - 一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通讯设备技术领域，具体涉及一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置，由导电漆包线构成的金属线圈缠绕在磁性铁氧体棒的外围组成天线，天线再按照不同角度排列组成覆盖0‑360°的磁波天线阵列与信号前置式放大器、发射机、智能比较器和接收机组成仿生复眼天线磁波海下通讯装置，使用时，发射机发出的电信号到达发射处理器，发射处理器将电信号分成N束电信号，N束电信号被N个发射放大器放大后连接到发射天线，发射天线发射N束电信号，接收天线接收N束电信号后传送至接收处理器，N个接收放大器将N束电信号放大后传输至智能比较器，智能比较器比较N束电信号后选出最强电信号，智能比较器将最强电信号传送至接收机。
Description
技术领域：
本发明属于通讯设备技术领域，涉及一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置，采用类似昆虫复眼的生理结构设计的通讯装置，应用于海下通讯场合。
背景技术：
在海水中实现长距离和高容量的通信是长久以来一个未能解决的科学难题，因为海水中的导电粒子使得在海水中传播的电磁波的损耗很大，导致海水中电磁波通信的距离很短，水下电磁波通信无法满足实际需要；磁波可以穿透导电物体，甚至金属，在导电介质中的传输损耗也较低，所以在海水中利用磁波通信，磁波的传输距离比电磁场的传输距离远；然而，由于磁波的发射波束和接受波束均很窄，使得成对浮动在三维海洋空间中的发射和接受装置难以精确对准，导致磁波在海水中的通讯变得困难。
复眼是一种由不定数量的小眼组成的视觉器官，主要在昆虫及甲壳类等节肢动物的身上出现，同样结构的器官亦有在双壳纲身上出现，复眼中的小眼面一般呈六角形，小眼面的数目、大小和形状在各种昆虫中变异很大，雄性介壳虫的复眼仅由数个圆形小眼组成。基于复眼的视觉效果，人工仿生复眼应运而生：中国专利200910183930.4公开的人工仿生复眼的制作方法包括以下步骤：Ⅰ、利用飞秒脉冲双光子聚合法制出反型曲面微透镜模子；Ⅱ、以反型曲面微透镜模子为基础，利用紫外纳米压印制成一立体曲面微透镜模板；Ⅲ、在立体曲面微透镜模板上制作弹性模子；Ⅳ、将光敏树脂盛装在弹性模子中，经过加热烘烤制成一极性相反的光敏聚合物模子；Ⅴ、利用透镜把紫外线聚焦正对照射到放置在衬底上的光敏聚合物模子上，通过自写波导法制作出光传输通道，透过光敏聚合物模子贯通至衬底；中国专利201610808686.6公开的一种柔性制作曲面仿生复眼结构的方法的步骤如下：在衬底上旋涂三层正性光刻胶，其中底层和顶层的光刻胶为AZ4620光刻胶，中间层为S1813光刻胶；进行两次无掩膜曝光，第一次完全曝透三层光刻胶，第二次只曝透中间层和顶层的光刻胶；显影得到初步的多级结构；连续进行两次热回流工艺处理，第一次普通热回流得到复眼大透镜结构，第二次倒置非接触式热回流得到复眼大透镜上分布的小透镜阵列结构；中国专利201710080163.9公开的曲面仿生复眼的制作方法，平面复眼模具内注入液态光聚物使固化，取出得到微透镜阵列模具，一侧平面上有多个半圆球凹坑。平面复眼模具上表面中心开设有多个孔。每个孔内均放置一个上表面为半圆球的半圆球凹槽成型件，半圆球凹槽成型件的上半圆球覆盖住孔。在球形模具内注入有机硅材料至固化，取出得到曲面仿生复眼。球形模具包括球形前凹槽和球形前凸盖，凸面朝向一侧并列设置。微透镜阵列模具有多个半圆球凹坑的一面向外固定在球形前凹槽中心，球形前凹槽和球形前凸盖之间的空间为曲面仿生复眼成型空间；中国专利201710219871.6公开的一种多焦点仿生复眼结构的成形方法包含以下步骤：步骤(1)基材的选择以及光刻胶旋涂；步骤(2)移动掩模曝光，实现平面连续面形多焦点复眼结构的光刻胶成形；步骤(3)将平面多焦点复眼光刻胶结构刻蚀传递到基材上；步骤(4)基于基材上多焦点复眼结构，制备与之互补的柔性多焦点复眼结构模板；步骤(5)引入光固化材料，利用曲率相互匹配的结构装置，将平面多焦点仿生复眼结构信息转移变换为曲面结构，形成一体化的多焦点仿生复眼结构；目前，仿生复眼主要应用于成像领域：中国专利201510872649.7公开的渐变焦距透镜阵列的曲面仿生复眼成像装置包括光电图像传感器、玻璃球壳、透镜阵列、筛孔状金属孔洞阵列和平面玻璃基底；所述透镜阵列中的单眼透镜包括n级，位于阵列中心的单眼透镜计作0级单眼透镜，其单眼透镜圆面基底的中心到光电图像传感器的垂直距离计作；阵列中其它外围层级的单眼透镜子系统逐级计作1级单眼透镜、2级单眼透镜、……n级单眼透镜，且外围各层级单眼透镜的圆面基底中心沿其视场角方向到光电图像传感器的距离分别计作l1、l2……ln；隶属于不同层级上的各级单眼透镜的圆面基底中心沿其视场角方向到光电图像传感器的距离ln随其自身所在层级的增加而逐级递减，但各层级单眼透镜子系统的焦点均与光电图像传感器的感光端面焦平面重合；所述0级单眼透镜位于玻璃球壳的球冠顶点，光电图像传感器位于玻璃球壳的圆腔内；平面玻璃基底覆盖并固连在光电图像传感器的表面，筛孔状金属薄膜孔洞阵列的筛孔状金属薄膜覆盖并固连在平面玻璃基底的表面，筛孔状金属薄膜孔洞阵列定位模板上包含多个筛孔，其每一个筛孔均与透镜阵列上的一个单眼透镜一一对应，并位于该与其对应的单眼透镜的光轴上；中国专利200820032973.3公开的一种仿生复眼视觉成像装置包括复眼透镜，多个复眼透镜密集排列在板上，转动控制台与板相连接，在转动控制台上安置有支架，支架与板的支架平行且位于最中央复眼透镜的焦点，支架可上下调节，通过将多个复眼透镜密集排列在板上，转动控制台与板相连接，在转动控制台上安置有支架，支架与板的支架平行且穿过最中央复眼透镜的焦点，支架可上下调节来实现的；现有技术中并没有将仿生复眼天线磁波应用于通讯领域的文献或报道。因此，研发设计一种采用仿生复眼式磁波天线的通信装置，利用磁波做为信号传输的载体，在海水中进行长距离的高容量通信，实现宽发射角和宽接受角的磁波通讯传输，有良好的社会和经济价值，应用前景广阔。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置，磁波天线采用类似昆虫复眼的设计结构，增强了信号的接收效率，使得海水中的磁波通讯切实可行。
为了实现上述目的，本发明涉及的仿生复眼天线磁波海下通讯装置的主体结构包括发射单元和接收单元；分别独立设置的发射单元与接收单元电连接；发射单元的主体结构包括发射外壳、发射天线阵列、发射天线、发射处理器、发射放大器和发射机；发射外壳中设置有发射天线阵列，发射天线阵列由若干根发射天线排列组成，发射天线与发射处理器电连接，发射处理器中设置有3-12个发射放大器，发射处理器与发射机电连接；接收单元的主体结构包括接收外壳、接收天线阵列、接收天线、接收处理器、接收放大器、比较器和接收机电连接；接收外壳中设置有接收天线阵列，接收天线阵列由若干根接收天线排列组成，接收天线与接收处理器电连接，接收处理器中设置有3-12个接收放大器和1个智能比较器，接收放大器与智能比较器电连接，比较器与接收机电连接。
本发明涉及的发射单元用于发射信号；接收单元用于接收信号；发射外壳和接收外壳的结构相同，发射外壳和接收外壳为导电非磁性外壳；发射天线阵列和接收天线阵列的结构相同，发射天线阵列和接收天线阵列为仿生复眼式结构，发射天线阵列和接收天线阵列的性形状包括锥形、半球形和球形，发射天线阵列和接收天线阵列的排列方式包括点阵式和圆环式；发射天线和接收天线的结构相同，发射天线和接收天线为椎体磁波天线，发射天线阵列和接收天线阵列的角度为0-360°，发射天线和接收天线的内部包裹有磁性结构的铁氧体棒，铁氧体棒的外围缠绕有电线；发射处理器和接收处理器为CPU，能够处理指令、执行操作、控制时间和处理数据；发射放大器和接收放大器为通用型集成运算放大器，能够把输入讯号的电压或功率放大；发射机为通信发射机，能够将信号按照设定的频率发射出去；比较器为智能比较器，比较器对两个或多个数据项进行比较以确定它们之间的大小关系及排列顺序；接收机为AR5001D专业级通信接收机。
本发明涉及的仿生复眼天线磁波海下通讯装置使用时，发射机发出的电信号到达发射处理器，发射处理器将电信号分成N束电信号，N束电信号被N个发射放大器放大后连接到发射天线，发射天线发射N束电信号，每个发射天线的覆盖发射角为360°/N，接收天线接收N束电信号后传送至接收处理器，N个接收放大器将N束电信号放大后传输至智能比较器，智能比较器比较N束电信号后选出最强电信号，智能比较器将最强电信号传送至接收机，实现电信号的发射和接收。
本发明与现有技术相比，由导电漆包线构成的金属线圈缠绕在磁性铁氧体棒的外围组成天线，天线再按照不同角度排列组成覆盖0-360°的磁波天线阵列与信号前置式放大器、发射机、智能比较器和接收机组成仿生复眼天线磁波海下通讯装置，使用时，发射机发出的电信号到达发射处理器，发射处理器将电信号分成N束电信号，N束电信号被N个发射放大器放大后连接到发射天线，发射天线发射N束电信号，接收天线接收N束电信号后传送至接收处理器，N个接收放大器将N束电信号放大后传输至智能比较器，智能比较器比较N束电信号后选出最强电信号，智能比较器将最强电信号传送至接收机，实现电信号的远距离和高容量的发射和接收；其结构简单，具有宽发射角和宽接收角，电信号接收效率高。
附图说明：
图1为本发明涉及的发射单元的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的接收单元的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的点阵式发射天线阵列的主体结构正面原理示意图。
图4为本发明涉及的圆环式发射天线阵列的主体结构正面原理示意图。
图5为本发明涉及的发射天线阵列的主体结构侧视原理示意图。
图6为本发明涉及的发射天线的主体结构原理示意图。
图7为本发明涉及的铁氧体棒的主体结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1：
本实施例涉及的仿生复眼天线磁波海下通讯装置的主体结构包括发射单元1和接收单元2；分别独立设置的发射单元1与接收单元2电连接；发射单元1的主体结构包括发射外壳10、发射天线阵列11、发射天线12、发射处理器13、发射放大器14和发射机15；发射外壳10中设置有发射天线阵列11，发射天线阵列11由若干根发射天线12排列组成，发射天线12与发射处理器13电连接，发射处理器13中设置有3-12个发射放大器14，发射处理器13与发射机15电连接；接收单元2的主体结构包括接收外壳20、接收天线阵列21、接收天线22、接收处理器23、接收放大器24、比较器25和接收机26电连接；接收外壳20中设置有接收天线阵列21，接收天线阵列21由若干根接收天线22排列组成，接收天线22与接收处理器23电连接，接收处理器23中设置有3-12个接收放大器24和1个智能比较器25，接收放大器24与智能比较器25电连接，比较器25与接收机26电连接。
本实施例涉及的发射单元1用于发射信号；接收单元2用于接收信号；发射外壳10和接收外壳20的结构相同，发射外壳10和接收外壳20为导电非磁性外壳；发射天线阵列11和接收天线阵列21的结构相同，发射天线阵列11和接收天线阵列21为仿生复眼式结构，发射天线阵列11和接收天线阵列21的性形状包括锥形、半球形和球形，发射天线阵列11和接收天线阵列21的排列方式包括点阵式和圆环式；发射天线12和接收天线22的结构相同，发射天线12和接收天线22为椎体磁波天线，发射天线阵列11和接收天线阵列21的角度为0-360°，发射天线12和接收天线22的内部包裹有磁性结构的铁氧体棒30，铁氧体棒30的外围缠绕有电线300；发射处理器13和接收处理器23为CPU，能够处理指令、执行操作、控制时间和处理数据；发射放大器14和接收放大器24为通用型集成运算放大器，能够把输入讯号的电压或功率放大；发射机15为通信发射机，能够将信号按照设定的频率发射出去；比较器25为智能比较器，比较器25对两个或多个数据项进行比较以确定它们之间的大小关系及排列顺序；接收机26为AR5001D专业级通信接收机。
本实施例涉及的仿生复眼天线磁波海下通讯装置使用时，发射机15发出的电信号到达发射处理器13，发射处理器13将电信号分成N束电信号，N束电信号被N个发射放大器14放大后连接到发射天线12，发射天线12发射N束电信号，每个发射天线12的覆盖发射角为360°/N，接收天线22接收N束电信号后传送至接收处理器23，N个接收放大器24将N束电信号放大后传输至智能比较器25，智能比较器25比较N束电信号后选出最强电信号，智能比较器25将最强电信号传送至接收机26，实现电信号的发射和接收。
Claims (3)
1.一种仿生复眼天线磁波海下通讯装置，主体结构包括发射单元和接收单元；其特征在于，分别独立设置的发射单元与接收单元电连接；发射单元的主体结构包括发射外壳、发射天线阵列、发射处理器和发射机；发射外壳中设置有发射天线阵列，发射天线阵列由若干根发射天线排列组成，发射天线与发射处理器电连接，发射处理器中设置有3-12个发射放大器，发射处理器与发射机电连接；接收单元的主体结构包括接收外壳、接收天线阵列、接收处理器和接收机；接收外壳中设置有接收天线阵列，接收天线阵列由若干根接收天线排列组成，接收天线与接收处理器电连接，接收处理器中设置有3-12个接收放大器和1个智能比较器，接收放大器与智能比较器电连接，智能比较器与接收机电连接；发射天线阵列和接收天线阵列的结构相同，发射天线阵列和接收天线阵列为仿生复眼式结构；发射天线和接收天线的结构相同，发射天线和接收天线均为椎体磁波天线，内部包裹有磁性结构的铁氧体棒，铁氧体棒的外围缠绕有电线。
2.根据权利要求1所述的仿生复眼天线磁波海下通讯装置，其特征在于，所述发射单元用于发射信号；接收单元用于接收信号；发射外壳和接收外壳的结构相同，均为导电非磁性外壳；发射天线阵列和接收天线阵列的形状包括锥形、半球形和球形，排列方式包括点阵式和圆环式；发射天线阵列和接收天线阵列的角度为0-360°；发射处理器和接收处理器为CPU，能够处理指令、执行操作、控制时间和处理数据；发射放大器和接收放大器为通用型集成运算放大器，能够把输入讯号的电压或功率放大；发射机为通信发射机，能够将信号按照设定的频率发射出去；智能比较器对两个或多个电信号进行比较以确定它们之间的大小关系及排列顺序；接收机为AR5001D专业级通信接收机。
3.根据权利要求1所述的仿生复眼天线磁波海下通讯装置，其特征在于，使用时，发射机发出的电信号到达发射处理器，发射处理器将电信号分成N束电信号，N束电信号被N个发射放大器放大后连接到发射天线，发射天线发射N束电信号，每个发射天线的覆盖发射角为360°/N，接收天线接收N束电信号后传送至接收处理器，N个接收放大器将N束电信号放大后传输至智能比较器，智能比较器比较N束电信号后选出最强电信号，智能比较器将最强电信号传送至接收机，实现电信号的发射和接收，其中，N为正整数。
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| GR01 | Patent grant | ||
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