CN109713459B - 一种一体化雷体接收天线及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化雷体接收天线及其加工方法，该接收天线与雷体集成一体化加工，能够使线圈口径达到雷体尺寸所能容许的最大限度，并能够满足不同波达方向上的电磁波接收的需求。包括：玻璃钢雷体、三分量接收天线和尾盖；玻璃钢雷体为一端开口、一端封闭的空心圆筒；尾盖用于密封所述玻璃钢雷体的开口端；玻璃钢雷体具有三个夹层，所述三分量接收天线包括三个线圈；三个线圈分别镶嵌埋设在玻璃钢雷体的三个夹层内，与所述玻璃钢雷体形成一体化结构；三个所述线圈中，其中一个线圈为轴线与所述玻璃钢雷体轴线一致的圆形线圈；另外两个线圈为线圈所在平面与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的椭圆形线圈；且两个椭圆形线圈的法线方向相互垂直。

Description

一种一体化雷体接收天线及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种天线装置，具体涉及一种一体化雷体接收天线。

背景技术

甚低频(3k～30kHz)及超低频段(0.3k～3kHz)的电磁波能够穿透海底岩层，经过折射、透射沿海底地层远距离传播。利用这种电磁波可以实现沉底水雷的远程遥控，即由埋设在陆地上的发射天线发出的低频电磁波信号，可以被布放在海底的沉底水雷的接收天线接收。

由于电磁波本质上是介质中磁场与电场相互转换并向远处传播形成的，因此可以用线圈型天线感知磁场信号来实现对电磁波的接收，由电磁场基本理论可知，在测量点的电磁场强度一定的情况下，同样的磁通量变化率在天线线圈匝数越多、口径越大时，感生电动势越高，则天线线圈的接收灵敏度越高。在水雷雷体尺寸限制的情况下，尽量提高线圈匝数和口径，是提高天线接收灵敏度的有效方法；同时，由于电磁场场强是矢量，矢量存在方向，为满足水雷不同姿态下接收电磁波的需求，应当采用空间三轴正交分布的线圈来构成三分量天线。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种一体化雷体接收天线，该接收天线与雷体集成一体化加工，能够使线圈口径达到雷体尺寸所能容许的最大限度，并能够满足不同波达方向上的电磁波接收的需求。

所述的一体化雷体接收天线包括：玻璃钢雷体、三分量接收天线和尾盖；所述玻璃钢雷体为一端开口、一端封闭的空心圆筒；所述尾盖用于密封所述玻璃钢雷体的开口端；

所述玻璃钢雷体具有三个夹层，所述三分量接收天线包括三个线圈；三个线圈分别镶嵌埋设在所述玻璃钢雷体的三个夹层内，与所述玻璃钢雷体形成一体化结构；

三个线圈中，其中一个线圈为轴线与所述玻璃钢雷体轴线一致的圆形线圈；另外两个线圈为线圈所在平面与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的椭圆形线圈；且两个椭圆形线圈的法线方向相互垂直。

作为本发明的优选方式：令三个线圈从内向外依次为内层线圈、中间层线圈和外层线圈；令形成玻璃钢雷体三个夹层的壳体从内向外依次为内层壳体、第一中间层壳体、第二中间层壳体和外壳体；

所述内层线圈沿周向均匀缠绕在所述内层壳体开口端的外圆周面上；

所述中间层线圈为沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在所述第一中间层壳体的外圆周面上的椭圆形线圈；

所述外层线圈为沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在所述第二中间层壳体外圆周面上的椭圆形线圈，且所述外层线圈所在平面的法线方向与中间层线圈所在平面的法线方向垂直。

作为本发明的优选方式：中间层线圈长轴的两端分别位于所述第一中间层壳体开口端的外圆周面上和封闭端的外表面；外层线圈长轴的两端分别位于述第二中间层壳体开口端的外圆周面上和封闭端的外表面。

三个线圈的引线从所述玻璃钢雷体开口端引入所述玻璃钢雷体空腔内，作为后级接收机的输入信号端。

此外，本发明提供上述一体化雷体接收天线的加工方法，加工过程为：

先将玻璃纤维布缠绕在圆柱状内胚模具上，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化后形成一端开口、一端封闭的空心圆筒状的结构，即为内层壳体；然后将带绝缘层的导线在内层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成内层线圈；内层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

再将玻璃纤维布缠绕在带有内层线圈的内层壳体的外圆周上，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成第一中间层壳体；用与形成内层线圈同样的导线在第一中间层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成中间层线圈；中间层线圈的法线方向与内层线圈的法线方向垂直；中间层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

重复将玻璃纤维布缠绕在带有中间层线圈的第一中间层壳体4的外圆周上，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成第二中间层壳体；用与形成内层线圈同样的导线在第一中间层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成外层线圈；所述外层线圈的发向分别与中间层线圈的法线方向、内层线圈的法线方向垂直；外层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

最后在带有外层线圈的第二中间层壳体的外圆周缠绕玻璃纤维布，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成外层壳体，由此完成与雷体一体化的三轴接收天线。

有益效果：

(1)将接收天线与雷体集成一体化加工，能够使线圈口径与雷壳横截面尺寸相同，达到雷体尺寸所能容许的最大限度，能够有效提高天线接收灵敏度。

(2)采用空间三轴正交分布的线圈来构成三分量天线，能够满足不同波达方向上的电磁波接收的需求。

(3)完整闭合的线圈埋设雷壳夹层内，不破坏雷壳的完整性，不影响雷体内部装药、仪器仪表和尾盖的安装。

附图说明

图1为本发明的一体化雷体接收天线内层线圈示意图；

图2为本发明的一体化雷体接收天线中层线圈示意图；

图3为本发明的一体化雷体接收天线外层线圈示意图；

图4为本发明的三分量接收天线投影分布方向示意图。

其中：1-内层壳体、2-内层线圈、3-尾盖、4-第一中间层壳体、5-中间层线圈、6-第二中间层壳体、7-外层线圈

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

为提高水雷遥控电磁波信号的接收灵敏度，本实施例提供一种水雷壳体一体化集成结构的线圈式接收天线。

具体为：该一体化雷体接收天线包括：玻璃钢雷体、三分量接收天线和尾盖，三分量接收天线与玻璃钢雷体同步加工，形成一体化雷体接收天线，尾盖用于密封玻璃钢雷体的尾部开口。三分量接收天线包括三个线圈，为实现三个线圈的安装，在玻璃钢雷体内部设置三个夹层，三个线圈分别镶嵌埋设在玻璃钢雷体的三个夹层内，构成与玻璃钢雷体一体化的三分量接收天线。即三个线圈分层缠绕在玻璃钢雷壳体内的不同层玻璃纤维布之间，并在雷尾端盖板处收敛聚集。三个线圈中，其中一个线圈为轴线与所述玻璃钢雷体轴线一致的圆形线圈；另外两个线圈为线圈所在平面与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的椭圆形线圈；且两个椭圆形线圈的法线方向相互垂直。由于线圈缠绕镶嵌在玻璃钢雷壳内部的玻璃纤维布之间，玻璃纤维布用环氧树脂浸透粘合，达到防水绝缘的目的。

令三个线圈从内向外依次为内层线圈2、中间层线圈5和外层线圈7；令形成玻璃钢雷体三个夹层的壳体从内向外依次为内层壳体1、第一中间层壳体4、第二中间层壳体6和外壳体。为使线圈的口径与雷壳截面相等，达到雷体尺寸允许的最大限度，提高电磁波接收的灵敏度，内层线圈2沿周向均匀缠绕在所述内层壳体1开口端的外圆周面上，如图1所示；设内层线圈的匝数为n1，线圈内封闭面积为s1。

中间层线圈5沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在第一中间层壳体4的外圆周面上，由此形成椭圆形线圈；即中间层线圈的缠绕时从第一中间层壳体的开口端的外圆周面上向封闭端向下倾斜缠绕，中间层线圈5长轴的两端分别位于第一中间层壳体4开口端的外圆周面上和封闭端的外表面上，如图2所示；设中间层线圈5的匝数为n2,线圈内封闭面积为s2；

外层线圈7沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在第二中间层壳体6上，形成椭圆形线圈，且外层线圈所在平面的法线方向与中间层线圈所在平面的法线方向垂直，外层线圈长轴的两端分别位于第二中间层壳体开口端的外圆周面上和封闭端的外表面，如图3所示，设外层线圈7匝数为n3，线圈内封闭面积为s3。

三个线圈的匝数n1,n2,n3之间满足以下关系：

n1×s1＝n2×s2＝n3×s3

根据电磁场基本理论，感应电动势V＝2πfKB

其中：f是工作频率，B是磁场场强，K是线圈常数，也称匝面积；

K＝线圈匝数n与线圈面积s的乘积；

可见，增大线圈内的磁通封闭面积，可以提高感生电动势的电压，而保证各层线圈的匝数与磁通面积的乘积(匝面积)相同，这样使三轴方向上的接收灵敏度相似相同，便于进行电磁波波达方向的估计或者数据分析。

同时由于完整闭合的线圈埋设雷壳夹层内，不破坏雷壳的完整性，不影响雷体内部装药、仪器仪表和尾盖的安装。

该接收天线的工作原理为：

水雷遥控低频电磁波信号穿透海底岩层，经过折射、透射的方式沿海底传播，磁场信号被放置在海底的沉底水雷一体化雷体接收天线感应接收，通过线圈的磁电转换效应，转变为电信号输出到后级电路处理。

实施例2：

本实施例提供上述一体化雷体接收天线的具体加工工艺：

如图1为该一体化雷体接收天线内层线圈结构示意图：一体化雷体接收天线内层线圈2在雷体加工过程中预埋在雷体玻璃钢夹层中：加工时，先将玻璃纤维布逐层缠绕在圆柱状内胚模具上，将液态的环氧树脂涂覆在玻璃纤维布上，充分浸润并固化，固化后形成首端封闭、尾端开口的空心圆筒形状的玻璃钢内层壳体1，然后将带绝缘层的导线如漆包导线在内层壳体1开口端的外圆周面上沿内层壳体1的圆周方向均匀缠绕若干匝，形成内层线圈2，设匝数为n1，线圈内封闭面积为s1(即内层线圈2的磁通量面积)；s1即为内胚磨具的外径；则内层线圈的匝面积为：K1＝s1×n1；内层线圈2的两端引入内层壳体1的空腔内，以备作为后级接收机信号输入端的引线；

如图2为该一体化雷体接收天线中层线圈结构示意图：将玻璃纤维布蒙覆缠绕在带有内层线圈1的玻璃钢内层壳体1的外圆周，重复环氧树脂的涂覆过程，待环氧树脂固化形成第一中间层壳体4，由于线圈要避开雷体开口端，则中间层线圈5所在平面与雷体轴线方向需要呈一定的夹角，由此在缠绕中间层线圈时，用同样的导线在第一中间层壳体4外圆周面上沿与第一中间层壳体4横剖面方向倾斜一定角度的斜面缠绕若干匝，形成中间层线圈5；中间层线圈5的缠绕时从中间层壳体4的开口端向封闭端向下倾斜缠绕，使其所在平面与玻璃钢雷体轴线方向具有一定夹角，令该夹角为θ2，设令中间层线圈5线圈匝数为n2,线圈磁通量面积为s2，则中间层线圈5线圈匝面积在正交坐标系投影方向的等效匝面积为：

K2＝s2×n2×cosθ2

中间层线圈5在雷体开口端的外圆周面收敛聚集，漆包线两端的引线从雷尾处引入雷体空腔内，作为后级接收机的输入信号端。

如图3为该一体化雷体接收天线外层线圈结构示意图：重复将玻璃纤维布蒙覆缠绕在带有中间层线圈5的玻璃钢中间层壳体4外，重复环氧树脂的涂覆过程，树脂固化后形成外层壳体6；将壳体沿轴向旋转90°后绕制外层线圈7，则外层线圈7平面的法线方向与中间层线圈平面5的法线方向呈90°夹角；同样的漆包线线圈沿玻璃钢壳体体侧方向绕制，形成椭圆形线圈，线圈避开雷尾的开口端，则线圈平面与雷体轴线方向需要呈一定的夹角，夹角设为θ3，线圈匝数为n3,线圈面积为s3，由此外层线圈7线圈匝面积在正交坐标系投影方向的等效匝面积为：

K3＝s3×n3×cosθ3

外层线圈7在雷尾处收敛聚集，漆包线两端的引线从雷尾处引入雷体空腔内，作为后级接收机的输入信号端。

最后用玻璃纤维布缠绕在带有外层线圈7的玻璃钢外壳体6上，并涂覆环氧树脂，固化后形成线圈与雷壳一体化的三轴接收天线。

电磁波透地通信是靠低频、甚低频电磁波穿透海底岩层，经过折射、透射的方式沿海底传播来实现的，低频透地电磁波的传播特性可以用经典电磁理论来分析，而根据地层媒质中电磁参数分布的特点，可以将大地媒质等效成具有不同层数、各层各向异性非均匀媒质，低频电磁波传播过程中穿过不同的岩层时发生透射、反射、折射，经过复杂的传输信道到达接收端，造成接收端天线在不同的指向性上实际接收效果差别很大。而沉底水雷在布放过程中或服役期内受到外力作用产生的翻转、横滚，使其在水下呈现不同的姿态。

结合前面描述的内、中、外三层线圈的绕制过程可知，接收天线由X、Y、Z三个方向轴上各自独立的电磁感应线圈组成，分别对应X、Y、Z三个方向轴上接收灵敏度最高的方向，三个线圈独立工作，低频电磁波穿透海底岩层，经过折射、透射沿海底传播，到达接收天线后在三轴线圈上产生不同的电流\电压响应，而且通过调整线圈的匝数，使三个线圈的匝面积近似相同：K1＝K2＝K3，由于感应电动势V＝2πfKB，则三个线圈的接收灵敏度近似相同。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种一体化雷体接收天线，其特征在于，包括：玻璃钢雷体、三分量接收天线和尾盖；所述玻璃钢雷体为一端开口、一端封闭的空心圆筒；所述尾盖用于密封所述玻璃钢雷体的开口端；

所述玻璃钢雷体具有三个夹层，所述三分量接收天线包括三个线圈；三个线圈分别镶嵌埋设在所述玻璃钢雷体的三个夹层内，与所述玻璃钢雷体形成一体化结构；

三个所述线圈中，其中一个线圈为轴线与所述玻璃钢雷体轴线一致的圆形线圈；另外两个线圈为线圈所在平面与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的椭圆形线圈；且两个椭圆形线圈的法线方向相互垂直。

2.如权利要求1所述的一体化雷体接收天线，其特征在于，令三个线圈从内向外依次为内层线圈、中间层线圈和外层线圈；令形成玻璃钢雷体三个夹层的壳体从内向外依次为内层壳体、第一中间层壳体、第二中间层壳体和外壳体；

所述内层线圈沿周向均匀缠绕在所述内层壳体开口端的外圆周面上；

所述中间层线圈为沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在所述第一中间层壳体外圆周面上的椭圆形线圈；

所述外层线圈为沿与玻璃钢雷体轴线方向具有设定夹角的方向均匀缠绕在所述第二中间层壳体外圆周面上的椭圆形线圈，且所述外层线圈所在平面的法线方向与中间层线圈所在平面的法线方向垂直。

3.如权利要求2所述的一体化雷体接收天线，其特征在于，所述中间层线圈长轴的两端分别位于所述第一中间层壳体开口端的外圆周面上和封闭端的外表面；

所述外层线圈长轴的两端分别位于所述第二中间层壳体开口端的外圆周面上和封闭端的外表面。

4.如权利要求1、2或3所述的一体化雷体接收天线，其特征在于，三个线圈的引线从所述玻璃钢雷体开口端引入所述玻璃钢雷体空腔内，作为后级接收机的输入信号端。

5.一种一体化雷体接收天线的加工方法，所述接收天线为权利要求1所述的一体化雷体接收天线，其特征在于，令三个线圈从内向外依次为内层线圈、中间层线圈和外层线圈；令形成玻璃钢雷体三个夹层的壳体从内向外依次为内层壳体、第一中间层壳体、第二中间层壳体和外壳体；加工过程为：

先在圆柱状内胚模具上缠绕玻璃纤维布，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化后形成一端开口、一端封闭的空心圆筒状的结构，即为内层壳体；然后将带绝缘层的导线在内层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成内层线圈；内层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

再在带有内层线圈的内层壳体的外圆周上缠绕玻璃纤维布，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成第一中间层壳体；用与形成内层线圈同样的导线在第一中间层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成中间层线圈；中间层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

在带有中间层线圈的第一中间层壳体的外圆周缠绕玻璃纤维布，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成第二中间层壳体；用与形成内层线圈同样的导线在第一中间层壳体的外圆周面上均匀缠绕设定匝，形成外层线圈；外层线圈的两端引入内层壳体的空腔内，作为后级接收机信号输入端的引线；

最后在带有外层线圈的第二中间层壳体的外圆周缠绕玻璃纤维布，然后在玻璃纤维布外涂覆液态的环氧树脂，环氧树脂固化形成外层壳体，由此完成与雷体一体化的三轴接收天线。

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