CN112542683B - 一种用于星载的低频信号发射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于星载的低频信号发射天线，采用压电材料和驻极体材料，利用压电材料的逆压电效应，通过与输入激励源的谐振，使高电荷密度驻极体材料运动，从而产生变化的电磁场，从而向外激发低频电磁波。同时由于其材料均为柔性材料，能够安装于通讯卫星上，适用于通讯卫星的工作环境，能够产生并发射低频电磁波，且发射天线结构简单，整体质量轻、体积小，适合在卫星运行的太空环境中使用，且无须其他电磁元件，不会对所发射的低频信号产生干扰。

Description

一种用于星载的低频信号发射天线
技术领域
本发明属于低频通信领域，特别涉及一种用于星载的低频信号发射天线。
背景技术
目前的星载低频信号发射系统大致有两种：美国和意大利等国采用细长天线，而俄罗斯采用的则是环天线。1959年，美国宇航局(NASA)开始实施Loft-1 卫星试验。1993年4月，NASA和意大利空间机构(ASI)合作在“亚特兰大号”航天飞机上成功地发射地试验系留卫星系统。1996年，NASA和ASI再次合作在“亚特兰大号”航天飞机发射系留卫星。不过遗憾的是，由于天线尺寸过大，在天线展开过程中失败了。而俄罗斯亦投巨资对此项试验进行了研究，不过其低频发射装置是一种金属环天线。早在1987年，苏联在“进步--28号”空间站成功地发射了两付直径20m的环天线。俄罗斯在之前实验成功的基础上，计划于1998 年下半年进行命名为“Parameter”的低频发射试验。但由于经费原因，此项计划推迟。此项实验若取得满意的结果，将对星载的低频信号发射与传播研究有着重要的意义。
无论那种星载低频天线，都存在着尺寸较大，目标过于明显，隐蔽性和机动性较差的问题，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(AMechanicallyBasedAntenna)项目，目的从原理上改变产生低频电磁波的方式，目前大量研究学者已展开相关研究，若能将机械天线用于星载低频信号的发射，则会大幅度降低尺寸。
发明内容
本发明针对于目前星载低频信号发射系统发射天线尺寸过长，导致其较难在空间有效展开的问题，提出了一种用于星载的低频信号发射天线，采用压电材料和驻极体材料，利用其压电效应，通过与输入激励源的谐振，使其储存的电荷运动，从而产生变化的电磁场，从而向外激发低频电磁波。同时由于其材料均为柔性材料，能够安装于通讯卫星上，适用于通讯卫星的工作环境。
本发明提出一种用于星载的低频信号发射天线，包括：
控制器，用于为所述低频信号发射天线提供交流激励电信号；
驻极体层，用于产生低频电磁场，向空间激发电磁波；
驱动层，用于驱动所述驻极体层的驻极体运动；
所述控制器与所述驱动层连接；
所述驱动层与所述驻极体层连接。
优选地，所述驻极体层，包括：第一驻极体层、第二驻极体层；
所述第一驻极体层通过所述驱动层与所述第二驻极体层连接；
所述驱动层用于驱动所述第一驻极体层和第二驻极体层的驻极体运动，产生低频电磁场，向空间激发电磁波。
优选地，所述第一驻极体层和所述第二驻极体层具有相同的层间结构。
优选地，所述驻极体层包括，第一致密驻极体薄膜层、多孔驻极体薄膜层、第二致密驻极体薄膜层；
所述多孔驻极体薄膜层设置在所述第一致密驻极体薄膜层与所述第二致密驻极体薄膜层之间。
优选地，所述第一致密驻极体薄膜层和第二致密驻极体薄膜层的材料为FEP 薄膜；
所述多孔驻极体薄膜层的材料为PTFE、PP薄膜，厚度为100μm。
优选地，所述驱动层，包括驱动层第一电极层、驱动层第二电极层、驱动层压电薄膜层，其中，所述驱动层压电薄膜层设置在所述驱动层第一电极层与所述驱动层第二电极层之间。
优选地，所述驱动层第一电极层和驱动层第二电极层的材料为Ag、Cu、Pt、 Au；
所述驱动层压电薄膜层的材料为PZT、AlN薄膜，厚度为300μm。
本发明公开了以下技术效果：
本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：本发明所述天线能够产生并发射低频电磁波，且发射天线结构简单，整体质量轻、体积小，适合在卫星运行的太空环境中使用，且无须其他电磁元件，不会对所发射的低频信号产生干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请所述的机械天线结构图；
图2是本申请所述的机械天线工作原理示意图；
图3是本申请所述的驻极体层示意图；
图4是本申请所述的驱动层示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
如图1-4所示，本发明公开了一种用于星载的低频信号发射天线，包括：
控制器，用于为所述低频信号发射天线提供交流激励电信号；
驻极体层，用于产生低频电磁场，向空间激发电磁波；
驱动层，用于驱动所述驻极体层的驻极体运动；
所述控制器与所述驱动层连接；
所述驱动层与所述驻极体层连接。
所述驻极体层，包括：第一驻极体层、第二驻极体层；
所述第一驻极体层通过所述驱动层与所述第二驻极体层连接；
所述驱动层用于驱动所述第一驻极体层和第二驻极体层的驻极体运动，产生低频电磁场，向空间激发电磁波。
所述第一驻极体层和所述第二驻极体层具有相同的层间结构。
所述驻极体层包括，第一致密驻极体薄膜层、多孔驻极体薄膜层、第二致密驻极体薄膜层；
所述多孔驻极体薄膜层设置在所述第一致密驻极体薄膜层与所述第二致密驻极体薄膜层之间。
所述第一致密驻极体薄膜层和第二致密驻极体薄膜层的材料为FEP薄膜；
所述多孔驻极体薄膜层的材料为PTFE、PP薄膜，厚度为100μm。
所述驱动层，包括驱动层第一电极层、驱动层第二电极层、驱动层压电薄膜层，其中，所述驱动层压电薄膜层设置在所述驱动层第一电极层与所述驱动层第二电极层之间。
所述驱动层第一电极层和驱动层第二电极层的材料为Ag、Cu、Pt、Au；
所述驱动层压电薄膜层的材料为PZT、AlN薄膜，厚度为300μm。
所述用于星载的机械天线工作工程如图2所示，所述控制器能够产生与所述天线结构谐振频率相同的交流激励电信号，并输入给所述机械天线，所述机械天线由三层结构组成，两层驻极体层中间为驱动层，并通过环氧树脂紧密结合，所述驱动层在激励电信号的驱动下，由于逆压电效应产生大幅度振动，带动所述驻极体层一起振动，而所述驻极体层在极化后带有高密度的电荷，在振动作用下产生变化的电磁场，从而向外辐射电磁信号。
如图3所示，所述用于星载的机械天线中的驻极体层由三层驻极体薄膜组成，两层致密驻极体薄膜中间为一层多孔驻极体薄膜，所述致密驻极体薄膜的材料可为FEP薄膜等，所述多孔驻极体薄膜材料可为PTFE、PP薄膜等，所述驻极体层为致密电介质层与孔洞层交替出现的复合膜，内部可实现具有人工可控的封闭孔洞，能够俘获更多电荷，且整体结构呈柔性，易于载体相结合。
如图4所示，所述用于星载的机械天线中的压电层由三层薄膜材料组成，两层电机层中间为一层压电薄膜，所述电极层的材料可为Ag、Cu等，所述压电薄膜可为PZT、AlN薄膜等，所述电极层与控制器相连，用于激励电信号的输入，所述压电薄膜层具有较大的压电常数，能够在谐振频率激励信号的驱动下产生较大幅度的振动，所述驱动层整体结构呈柔性，易于振动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种用于星载的低频信号发射天线，其特征在于，包括：
控制器，用于为所述低频信号发射天线提供交流激励电信号；
驻极体层，用于产生低频电磁场，向空间激发电磁波；
驱动层，用于驱动所述驻极体层的驻极体运动；
所述控制器与所述驱动层连接；
所述驱动层与所述驻极体层连接；
所述驻极体层，包括：第一驻极体层、第二驻极体层；
所述第一驻极体层通过所述驱动层与所述第二驻极体层连接；
所述驱动层用于驱动所述第一驻极体层和第二驻极体层的驻极体运动，产生低频电磁场，向空间激发电磁波；
所述第一驻极体层和所述第二驻极体层具有相同的层间结构；
所述驻极体层包括，第一致密驻极体薄膜层、多孔驻极体薄膜层、第二致密驻极体薄膜层；
所述多孔驻极体薄膜层设置在所述第一致密驻极体薄膜层与所述第二致密驻极体薄膜层之间；
所述第一致密驻极体薄膜层和第二致密驻极体薄膜层的材料为FEP薄膜；
所述多孔驻极体薄膜层的材料为PTFE、PP薄膜，厚度为100μm。
2.根据权利要求1所述一种用于星载的低频信号发射天线，其特征在于：
所述驱动层，包括驱动层第一电极层、驱动层第二电极层、驱动层压电薄膜层，其中，所述驱动层压电薄膜层设置在所述驱动层第一电极层与所述驱动层第二电极层之间。
3.根据权利要求2所述一种用于星载的低频信号发射天线，其特征在于：
所述驱动层第一电极层和驱动层第二电极层的材料为Ag、Cu、Pt、Au；
所述驱动层压电薄膜层的材料为PZT、AlN薄膜，厚度为300μm。
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