CN108808238A - 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线 - Google Patents

一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线 Download PDF

Info

Publication number
CN108808238A
CN108808238A CN201810404928.4A CN201810404928A CN108808238A CN 108808238 A CN108808238 A CN 108808238A CN 201810404928 A CN201810404928 A CN 201810404928A CN 108808238 A CN108808238 A CN 108808238A
Authority
CN
China
Prior art keywords
big dipper
gps
multifrequency point
deep
buoy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810404928.4A
Other languages
English (en)
Inventor
张�浩
吕婷婷
刘兴
夏骁琳
陈戈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN201810404928.4A priority Critical patent/CN108808238A/zh
Publication of CN108808238A publication Critical patent/CN108808238A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/04—Adaptation for subterranean or subaqueous use

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，由多频点北斗/GPS天线、天线馈线以及耐压壳体组成；耐压壳体包括穿线管、法兰以及天线罩，天线罩位于耐压壳体的顶部并密封连接在法兰的一侧，多频点北斗/GPS天线放置在天线罩内，穿线管密封连接在法兰的另一侧，天线馈线穿过穿线管连接多频点北斗/GPS天线以及位于浮标舱内的北斗模块。本发明能够保证智能浮标在水深4000米的水下环境下进行作业，同时在深海智能浮标浮上水面后，该北斗/GPS多频点天线能够有效发射或接收北斗一代S/L、北斗二代B1以及GPS L1四个频段的电磁波信号，为深海智能浮标卫星定位及通信功能的实现提供保障。

Description

一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，具体地，涉及一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线。
背景技术
面向全球深海大洋的智能浮标能够突破现有海洋观测技术局限性，实现对2000米以深海洋的观测，拓展海洋观测的时空覆盖范围及监测尺度，实现海洋立体探测，并且可以搭载物理、化学、生物学等各种传感器实现高精度、低漂移深海长时间观测，在海洋环境监测、海洋学研究、海洋生成与海洋灾害预报中都有重要应用。智能浮标在完成海洋剖面观测后，获取的海洋数据需及时上传至岸站进行存储及分析处理。在移动网络等无线电信号无法覆盖的深远海区域，往往依赖于卫星系统进行定位及数据交互。目前常用的有ARGOS卫星系统、全球卫星导航系统(GPS)以及铱星系统等。
北斗卫星导航系统是我国自主研发并完全独立运行的全球卫星导航系统，自2012年起已正式服务于亚太地区，预计2020年将具备覆盖全球的能力。北斗卫星导航系统在国际上首创了定位、短报文通信、差分增强三种服务融为一体的新模式，在海洋渔业、海洋探测等领域有着广泛的应用。采用我国自主知识产权的北斗卫星导航系统作为海上浮标定位及通信的技术方式，是保障敏感海域、重要海上通道等测量数据安全的一个重要手段。
文献“洪常委.北斗卫星导航系统在海洋浮标中的应用[J].声学与电子工程,2014(2):41-43”研究了北斗卫星导航系统在海洋浮标的定位及通信应用，并进行湖试、海试，验证了北斗卫星系统在海洋浮标应用的可行性。文中涉及一种北斗卫星通信水密天线外径80mm，高度220mm，但对耐压没有说明。中国专利CN201285448“北斗卫星浮标定位通讯装置”中天线及模块均安装在球形浮标内。国家海洋技术中心近期在自研的Argos及C-Argos浮标中应用北斗系统进行通信，最大工作水深达2000米，“张少永,李文彬,商红梅,等.北斗一号卫星导航定位系统在抛弃式海洋移动观测平台的应用[J].海洋技术学报,2014,33(2):93-98”。中船重工第710研究所研制的HM2000型剖面浮标，也是基于北斗卫星导航系统进行数据传输和定位，工作水深也达2000米，“[4].卢少磊,孙朝辉,刘增宏,等.COPEX和HM2000与APEX型剖面浮标比测试验及资料质量评价[J].海洋技术学报,2016,35(1):84-92”。
目前，基于北斗卫星导航系统进行定位及通信的浮标已开始有小批量的产品，但工作水深一般在2000米以内。然而，2000米以下深海大洋不仅对地球气候、生态环境等有影响，同时也是深海资源开发、保障我国国防安全的关键所在。由于深海压力增加，对卫星天线的耐压和密封提出了较高要求，目前尚无满足4000米水深耐压要求的北斗天线产品。因此需要对天线外形、壳体材料、加工工艺、水密等各个环节进行优化设计。因此，研究4000米水深的智能浮标有重要的科研、经济以及国防价值。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线。
根据本发明提供的一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，由多频点北斗/GPS天线、天线馈线以及耐压壳体组成；
所述耐压壳体包括穿线管、法兰以及天线罩，所述天线罩位于所述耐压壳体的顶部并密封连接在所述法兰的一侧，所述多频点北斗/GPS天线放置在所述天线罩内，所述穿线管密封连接在所述法兰的另一侧，所述天线馈线穿过所述穿线管连接所述多频点北斗/GPS天线以及位于浮标舱内的北斗模块。
较佳的，所述天线罩与所述法兰之间，以及所述穿线管与浮标舱之间设置有O型圈。
较佳的，所述穿线管与所述法兰之间通过螺纹连接后焊接在一起。
较佳的，所述穿线管与所述法兰的连接处包覆硫化橡胶。
较佳的，所述穿线管与所述法兰经过阳极氧化处理。
较佳的，所述天线罩为树脂基纤维复合材料制成。
较佳的，所述树脂基纤维复合材料包括聚醚酰亚胺。
较佳的，所述多频点北斗/GPS天线为微带贴片陶瓷天线，收发北斗S/L、北斗B1以及GPS L1频段电磁信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明能够保证智能浮标在水深4000米的水下环境下进行作业，同时在深海智能浮标浮上水面后，该北斗/GPS多频点天线能够有效发射或接收北斗一代S/L、北斗二代B1以及GPS L1四个频段的电磁波信号，为深海智能浮标卫星定位及通信功能的实现提供保障。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线的整体结构示意图；
图2为本发明穿线管与法兰的连接方式示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明提供的一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，由多频点北斗/GPS天线1、天线馈线以及耐压壳体组成。耐压壳体包括穿线管2、法兰3以及天线罩4，天线罩4位于耐压壳体的顶部并密封连接在法兰3的一侧，多频点北斗/GPS天线1放置在天线罩4内，穿线管2密封连接在法兰3的另一侧，天线馈线穿过穿线管连接多频点北斗/GPS天线1以及位于浮标舱内的北斗模块。其中，多频点北斗/GPS天线1为微带贴片陶瓷天线，能够有效接收及发射北斗S/L、北斗B1以及GPS L1频段电磁信号，如表1所示。天线馈线可选用美标RG316系列同轴线缆。
表1.多频点北斗/GPS天线所覆盖电磁信号的中心频率及带宽
GPS BD-1 BD-2
L1:1575.42±1.023MHz S:2492MHz B1:1561.098±2.046MHz
L:1616MHz
天线罩4与法兰3之间，以及穿线管2与浮标舱之间设置有O型圈5，O型圈5的数量可以是两个或者三个，本发明不做限制，从而实现密封(斜角密封+径向密封)。穿线管2与法兰3之间通过螺纹连接后焊接在一起。穿线管2与法兰3的连接处包覆硫化橡胶6，保证穿线管2与法兰3之间密封，同时穿线管2与法兰3经过阳极氧化处理，增强零件的抗腐蚀能力，提高产品的耐腐蚀连续使用时间。
穿线管2的主要功能是加高天线，能够穿过北斗天线馈线，并安装天线。采用钛合金TC4棒料加工而成，因需穿过3根3mm同轴线，穿线管的内径为φ14。管类零件的承压能力计算公式如下：
P＝(2σt)/(SD)
式中：P-管子承受压力，单位:MPa；D-管子外径,单位:mm；t-管子壁厚，单位:mm；σ-材料抗拉强度，单位:MPa；S-安全系数，压力大于17.5MPa时，S＝4。
当管子内径为14mm(D＝14+2t)，TC4棒σ＝825MPa。
承压能力P＝(2σt)/(SD)＝412.5t/(14+2t)，t越大，则P越大。
若P＝50MPa，则t＝2.5mm。故穿线管壁厚应大于2.5mm，即外径大于19mm，则承压能力大于50MPa。
天线罩4的主要功能是保护天线，其材料必须具有较好透波性，不能干扰北斗/GPS信号的接收。由于无机材料多用于高温环境(如超声速飞行器)，故本设计主要考虑树脂基纤维复合材料。本项目中，由于浮标需要在水深4000米下作业的特殊工作环境，还需要考虑除透波能力外的其它性能。本方案中采用聚醚酰亚胺，它具有较强的耐压性、尺寸稳定性、抗腐蚀、耐老化性等，并且具有较小的介电常数和介质损耗角正切值，在多频点北斗/GPS天线的4个工作频段中均具有较低的传输损耗，透波性能好。
整个北斗/GPS多频点天线陆地上重量约2.6Kg，水中负浮力约1.5Kg。装配好的北斗/GPS多频点天线安装在深海智能浮标的尾部端盖处，同样需要先安装O型圈、垫圈及涂抹密封硅脂，并在深海智能浮标尾部端盖内部用两个M20*1的螺母固定。通过穿线管的天线馈线另一端连接多频点北斗/GPS天线1。
为了检验该北斗/GPS多频点天线的承压能力和水密性，我们对其进行水静压力试验，将该用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线放入压力试验系统内，首先升压至20Mpa，保持30分钟；再升压至30Mpa，保持30分钟,；再升压至44Mpa，保持30min；最后卸压至0。重复上述试验过程3次。试验后经检查该天线无变形，无渗漏。
为了检验该用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线的透波性能，将该天线通过馈线连接智能浮标所使用的北斗通信定位模块进行室外通信、定位成功率测试。测试情况如下：
1)天气：晴。
2)地点：室外无遮挡开阔处，(东经120°29′34.50″北纬26°09′38.20″)。
3)测试结果：通信100次，成功率100％；定位100次，成功率100％。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，由多频点北斗/GPS天线、天线馈线以及耐压壳体组成；
所述耐压壳体包括穿线管、法兰以及天线罩，所述天线罩位于所述耐压壳体的顶部并密封连接在所述法兰的一侧，所述多频点北斗/GPS天线放置在所述天线罩内，所述穿线管密封连接在所述法兰的另一侧，所述天线馈线穿过所述穿线管连接所述多频点北斗/GPS天线以及位于浮标舱内的北斗模块。
2.根据权利要求1所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述天线罩与所述法兰之间，以及所述穿线管与浮标舱之间设置有O型圈。
3.根据权利要求1所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述穿线管与所述法兰之间通过螺纹连接后焊接在一起。
4.根据权利要求3所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述穿线管与所述法兰的连接处包覆硫化橡胶。
5.根据权利要求3所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述穿线管与所述法兰经过阳极氧化处理。
6.根据权利要求1所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述天线罩为树脂基纤维复合材料制成。
7.根据权利要求6所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述树脂基纤维复合材料包括聚醚酰亚胺。
8.根据权利要求1所述的用于深海智能浮标的北斗/GPS多频点天线，其特征在于，所述多频点北斗/GPS天线为微带贴片陶瓷天线，收发北斗S/L、北斗B1以及GPS L1频段电磁信号。
CN201810404928.4A 2018-04-28 2018-04-28 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线 Pending CN108808238A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810404928.4A CN108808238A (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810404928.4A CN108808238A (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108808238A true CN108808238A (zh) 2018-11-13

Family

ID=64093269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810404928.4A Pending CN108808238A (zh) 2018-04-28 2018-04-28 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108808238A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111684655A (zh) * 2019-05-15 2020-09-18 深圳市大疆创新科技有限公司 天线装置及具有其的图传设备
CN112072282A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 北京蔚海明祥科技有限公司 一种用于水下航行器的耐压天线
CN112635979A (zh) * 2021-03-10 2021-04-09 中国人民解放军海军工程大学 一种水下接收天线的双辐射体结构参数确认方法及装置
CN112954794A (zh) * 2021-03-31 2021-06-11 天津大学 一种全海深、模块化和多模式的通讯定位装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09223911A (ja) * 1996-02-14 1997-08-26 Toyo Commun Equip Co Ltd アンテナの防水通気構造
JP2010164156A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Yokogawa Electric Corp フランジ締結構造
CN205620531U (zh) * 2016-04-29 2016-10-05 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种穿透密封组件及磁共振设备
CN206419877U (zh) * 2017-02-13 2017-08-18 王勇 一种内河航道的智能航标天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09223911A (ja) * 1996-02-14 1997-08-26 Toyo Commun Equip Co Ltd アンテナの防水通気構造
JP2010164156A (ja) * 2009-01-16 2010-07-29 Yokogawa Electric Corp フランジ締結構造
CN205620531U (zh) * 2016-04-29 2016-10-05 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种穿透密封组件及磁共振设备
CN206419877U (zh) * 2017-02-13 2017-08-18 王勇 一种内河航道的智能航标天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOLIN XIA等: "Design of a Beidou Satellite Radome for Deep-Sea Buoys", 《2017 IEEE PACIFIC RIM CONFERENCE ON COMMUNICATION, COMPUTERS AND SIGNAL PROCESSING(PACRIM)》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111684655A (zh) * 2019-05-15 2020-09-18 深圳市大疆创新科技有限公司 天线装置及具有其的图传设备
CN111684655B (zh) * 2019-05-15 2021-06-29 深圳市大疆创新科技有限公司 天线装置及具有其的图传设备
CN112072282A (zh) * 2020-09-21 2020-12-11 北京蔚海明祥科技有限公司 一种用于水下航行器的耐压天线
CN112635979A (zh) * 2021-03-10 2021-04-09 中国人民解放军海军工程大学 一种水下接收天线的双辐射体结构参数确认方法及装置
CN112635979B (zh) * 2021-03-10 2021-05-11 中国人民解放军海军工程大学 一种水下接收天线的双辐射体结构参数确认方法及装置
CN112954794A (zh) * 2021-03-31 2021-06-11 天津大学 一种全海深、模块化和多模式的通讯定位装置
CN112954794B (zh) * 2021-03-31 2021-11-05 天津大学 一种全海深、模块化和多模式的通讯定位装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108808238A (zh) 一种用于深海智能浮标的北斗/gps多频点天线
CN104035106B (zh) 一种基于北斗导航通信的海上救援系统及方法
KR20170098572A (ko) 해상에 포설된 어구 모니터링 시스템, ｉｏｔ 부표, ｉｏｔ 마스터 부표, ｉｏｔ 게이트웨이 부표
CN105548982B (zh) 一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法
CN110715648A (zh) 一种实现智能网络的海洋监测系统及其海洋监测设备
CN104443280A (zh) 一种海洋浮标
CN203497134U (zh) 一种海洋浮标
CN209321187U (zh) 一种自动巡视海洋漂浮平台
CN114013572A (zh) 一种多传感器智能海气界面参数观测连续运行工作站
CN204578524U (zh) 基于卫星通信的浮标式水上信息收发装置
WO2020248323A1 (zh) 防浪涌浮体、水体温度测量装置和综合测量系统
CN207832229U (zh) 水下水文探测系统
CN110865575A (zh) 一种港口水体环境持续监测浮标设备
CN107140161A (zh) 一种基于水下检测目标的双体auv载荷设备搭载系统
CN206900620U (zh) 一种基于水下检测目标的双体auv载荷设备搭载系统
US10926842B2 (en) Line intended to be immersed in an aquatic environment
CN105109626A (zh) 一种地波雷达用浮标平台
CN210721102U (zh) 一种港口水体环境持续监测浮标设备
CN108535284A (zh) 一种基于射频法的双天线结构原油含水率测量传感器
TWM530407U (zh) 海氣象觀測作業浮標結構改良
Wang et al. Observation and communication platform design of USV for marine environmental parameters
CN114194339A (zh) 一种基于波浪滑翔器作为移动平台的海洋内波预警装置
CN208860836U (zh) 一种水域半潜式水质实时监测装置
Specht et al. Polish DGPS system: 1995-2018–studies of reference station operating zones
TWM624353U (zh) 海氣象觀測浮標

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181113