CN110581355A - 一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统 - Google Patents

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崔勇
王琛
宋晓
袁海文
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Beihang University
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明提供一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统，属于低频通信领域。本发明所述柔性机械天线通信系统在旋转驻极体机械天线方法的基础上，采用聚合驻极体材料作为发射天线部分电荷储存的载体，采用柔性材料作为支撑结构，并利用可拆卸方式与驱动电机相配合，发射天线部分整体质量轻、体积小、可拆卸、可弯曲折叠、易于携带，适合在高机动、小空间等复杂环境下使用。

Description

一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统
技术领域
本发明涉及低频通信技术领域，尤其涉及一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统设计。
背景技术
针对目前传统低频通信天线尺寸过大，在战时目标暴露等缺点，2017年1月6日DARPA提出了一种基于新机理的特/超低频无线发射机构想——AMEBA(A MechanicallyBased Antenna)项目，目的从原理上改变产生低频电磁波的方式，并提出新机理初步给出三种原理性方案，分别为旋转电偶极子、旋转电单极子和旋转磁偶极子。
目前针对该项目，大量研究学者已展开相关研究，其产生低频电磁波的实现方式主要集中在旋转带电电极板和旋转永磁体，而无论是电极板和永磁体均属于刚体，本文提出一种基于旋转驻极体的柔性机械天线通信系统设计，能够进一步减小低频天线尺寸，同时具有可弯曲折叠、可拆卸、易于携带，适合在高机动、小空间等复杂环境下使用等优点。
发明内容
本发明在实现通过旋转驻极体完成低频通信方法的基础上，提供一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统，进一步优化结构和提高系统性能。
本发明采取以下技术方案：结构原理基于旋转驻极体机械天线方法，发射天线部分采用聚合物驻极体材料作为电荷储存的载体，并采用柔性材料作为支撑结构，利用可拆卸方式与驱动电机相配合；信号接收部分利用高精度磁场传感器接收磁场信号，并通过锁相放大器进行信号处理，完成低频通信过程
所述的天线结构原理基于旋转驻极体机械天线方法，通过驱动电机旋转带动带有电荷的驻极体材料旋转，从而产生变化的电磁场激发电磁波并向外辐射，实现低频通信的功能
所述的电荷储存的载体采用高分子聚合物非极性纳米驻极体材料，质量轻，易加工，并可采用多层驻极体结构储存更多电荷有利于信号的传输，同时分别充有正负两种相反的极化电荷，实现产生低频电磁波的功能。
所述的支撑结构采用柔性材料，质量轻且可弯曲折叠，且不影响电磁分布，在其上附着所述驻极体材料，随驱动电机旋转产生低频电磁波。
所述的天线结构采用可拆卸方式与驱动电机相配合，在运输携带时，可分离电机和天线结构，并在使用时可快速组装成型。
所述的驱动电机采用高速且可快速变频的旋转电机，高速可提高所述天线产生信号强度，变频可利用调频的方式对通信信号进行调制，均有益于低频通信。
所述的锁相放大器，能够以电机转速的频率信号作为参考频率，锁定提取同频率通信信号并对其进行滤波放大等信号处理。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：所述的一种基于聚合物驻极体材料的低频柔性机械天线通信系统，能够产生并发射低频电磁波，且发射天线结构整体质量轻、体积小、可弯曲折叠、可拆卸、易于携带，适合在高机动、小空间等复杂环境下使用，并且能够通过调制解调完成低频通信过程。
附图说明
图1一种基于驻极体的低频柔性机械天线通信系统设计思路图
图2一种基于驻极体的低频柔性机械天线通信系统具体实现图
具体实施方式
下面将结合本申请说明书中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。
一种基于驻极体的低频柔性机械天线通信系统的一种具体实施方式设计思路如图1所示，所述低频天线低频柔性机械天线通信系统由供电电源、驱动电机、旋转支撑结构、驻极体材料、光电传感模块、锁相放大器以及磁通门计组成。
所述供电电源为整个系统的正常工作供电；
所述驱动电机在电源驱动下带所述旋转支撑结构一同旋转；
所述驻极体材料在经过电晕放电后，带不同种类电荷，粘附在旋转材料上；
所述旋转支撑材料和驻极体材料均采用柔性材料；
所述光电传感模块能够通过光电反射测量驻极体旋转速度，并将其转速信号送入所述锁相放大器；
所述磁通门计是具有较高测量灵敏的磁场传感器，能够测量较小的磁场信号，用来接收包含地磁和电机磁部分干扰的磁场混合信号；
所述锁相放大器能够以光电转速信号为参考频率，在所述磁场混合信号中提取特定频率的磁场信号并通过滤波放大等信号处理方法解调通信信号，实现低频通信功能。
如图2所示是一种基于驻极体的低频柔性机械天线通信系统示意图，即具体实现的结构图，其中比图1中增加了夹具、防护罩、变频器、传感器支架以及支撑底板等结构。
所述夹具用来固定旋转支撑材料和驻极体材料，有助于稳定旋转；
所述防护罩用来防止在高速旋转中材料飞出伤人；
所述变频器用来调节电机的转速，实现调频的信号调制功能；
所述传感器支架用来支撑固定磁通门计和光电传感器；
所述支撑底板用来支撑整个基于驻极体的低频柔性机械天线通信系统。有助于系统稳定工作。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于驻极体的柔性机械天线通信系统，其特征在于，所述结构原理基于旋转驻极体机械天线方法，发射天线部分采用聚合物驻极体材料作为电荷储存的载体，并采用柔性材料作为支撑结构，利用可拆卸方式与驱动电机相配合；信号接收部分利用高精度磁场传感器接收磁场信号，并通过锁相放大器进行信号处理，完成低频通信过程。
2.根据权利要求1所述的天线结构原理基于旋转驻极体机械天线方法，其特征在于，通过驱动电机旋转带动带有电荷的驻极体材料旋转，从而产生变化的电磁场激发电磁波并向外辐射，实现低频通信的功能。
3.根据权利要求1所述的电荷储存的载体采用高分子聚合物非极性纳米驻极体材料，其特征在于，质量轻，易加工，并可采用多层驻极体结构储存更多电荷有利于信号的传输，同时分别充有正负两种相反的极化电荷，实现产生低频电磁波的功能。
4.根据权利要求1所述的支撑结构采用柔性材料，其特征在于，质量轻且可弯曲折叠，且不影响电磁分布，在其上附着权利要求3所述驻极体材料，随驱动电机旋转产生低频电磁波。
5.根据权利要求1所述的天线结构采用可拆卸方式与驱动电机相配合，其特征在于，在运输携带时，可分离电机和天线结构，并在使用时可快速组装成型。
6.根据权利要求1或5所述的驱动电机采用高速且可快速变频的旋转电机，其特征在于，高速可提高所述天线产生信号强度，变频可利用调频的方式对通信信号进行调制，均有益于低频通信。
7.根据权利要求1所述的锁相放大器，其特征在于，能够以电机转速的频率信号作为参考频率，锁定提取同频率通信信号并对其进行滤波放大等信号处理。
8.根据权利要求1所述的一种基于聚合物驻极体材料的低频柔性机械天线结构，其特征在于，发射天线结构整体质量轻、体积小、可弯曲折叠、可拆卸、易于携带，适合在高机动、小空间等复杂环境下使用。
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