CN113483690B - 智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置，主要解决现有技术浮空器囊体天线无法感知形变和进行电磁调控的问题。其包括囊体(2)和附着在囊体的内表面的天线阵面(4)，这两者之间嵌有光纤光栅传感器(10)，囊体内放有囊体支撑架(5)，该支撑架上固定有电机安装梁(6)，该电机安装梁上安装有电机系统(7)、器件放置板(8)和单片机放置板(9)；通过光纤光栅传感器(10)测得天线阵面应变，算出其各点形变；在暗室测得天线变形后的电性能并算出其降低量；根据该降低量与各点形变，单片机放置板上的单片机开发板控制电机推拉杆对天线进行变形补偿。本发明可精确测量天线阵面的形变，通过变形补偿提高了天线性能。

Description

智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种形变感知与电磁调控实验装置，可用于对智能囊体天线的性能测量与调控。

背景技术

浮空器囊体在其服役过程中，会受到外界影响从而发生形变，影响天线电磁性能，对天线信号的传播造成影响。因此为了改善浮空器囊体内部的相控阵或透射阵天线的性能，使其在服役过程中能满足要求，必须对其形变进行精确测量，从而对其进行电磁性能调控。

现有的技术中，多为对普通天线的形变测量和对浮空器天线的结构设计。

名称为《一种可测量形变的天线结构设计》，申请号为：202011201570.9的中国专利申请文件介绍对天线的形变进行测量的方法，是在天线反射面板的上排布光纤光栅传感器，从而测得应变数据，然后由应变解调仪读取数据，采用形变重构算法重构出天线反射面的实时形貌。

名称为《基于测量应变的相控阵天线幅相补偿方法》，申请号为：201811208952.7的中国专利申请文件中介绍了相控阵天线在变形后进行形变补偿以改善性能的方法，是采用光纤光栅传感器得到天线服役时的实时应变，采用应变电耦合算法计算出电流的幅值与相位调整量，再利用波控电路的移相和衰减器进行调整。

名称为《一种浮空器吊舱蒙皮共形天线及制造方法》申请号为：202110168122.1的中国专利文件介绍了浮空器吊舱蒙皮共形天线及制造方法。其采用夹层结构，由内到外依次设置了外蒙皮、微带天线以及内蒙皮。

上述这些专利申请尽管介绍了天线的结构、制作方法和电补偿方法，但是均不能用于浮空器囊体天线变形情况下的形变感知以及电磁调控。

浮空器囊体天线作为浮空器服役过程中进行信息传输时，保证其不会因为形变而影响工作性能的装置，其完成设计制造后，通常需要在微波暗室里开展电磁辐射性能实验。与传统的天线实验不同，浮空器囊体天线的实验不仅需要开展电磁辐射性能实验，还需要对其在不同变形条件下的电性能和形变进行检测。由于这种天线结构比较灵敏，微小的变形就会影响其电性能，电性能的测试实验需要一种精密的实验装置使囊体天线结构产生变形。而目前的现有技术并未有浮空器内部产生变形并测量形变的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置，以实现对相控阵或透射阵天线阵面在浮空器囊体内的形变感知及电磁性能的测试与调控。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置，包括囊体和天线阵面，天线阵面附着在囊体的内表面，其特征在于，囊体内部放有囊体支撑架电机安装梁，且电机安装梁固定在囊体支撑架上，该囊体支撑架用于对囊体进行支撑，该电机安装梁上安装有电机系统、器件放置板和单片机放置板，用于控制囊体表面产生变形和对天线的电磁性能进行调控。

进一步，所述囊体的上下两头每头各装有4个吊环，可用于将囊体吊在空中，该囊体的上下两头各装有一个穿墙连接器，用于给囊体内部进行供电和实现天线与外部设备的连接。

进一步，所述天线阵面采用嵌入相控阵或透射阵，其上嵌有光纤光栅传感器，以测量天线阵面的形变。

进一步，所述囊体支持架由四个半圆形刚体组成，每两个半圆构成一个整体，采用螺栓连接，并利用螺栓的松紧程度控制两个半圆之间的距离，以实现其与囊体之间的松紧程度调节。

进一步，所述电机安装梁由三根直梁组成，三根直梁水平且平行放置，每根直梁的两端分别与囊体支撑架通过螺栓连接，均匀的固定在囊体支撑架的两个半圆之间，每根直梁上均匀的设有数个对应的固定孔位，用以将电机系统、器件放置板和单片机放置板固定在电机安装梁上。

进一步，所述电机系统，由9个电机推拉杆组成，这9个电机推拉杆均匀的固定在三根直梁上，即每根直梁固定3个电机推拉杆；

进一步，所述器件放置板，位于每根直梁的中间的电机推拉杆与左边的电机推拉杆之间，横跨固定在三根直梁上，该器件放置板上放置有插线板和用于控制电机推拉杆推拉的控制器。

进一步，所述单片机放置板，固定在中间的直梁上，且位于中间直梁的中间电机推拉杆与右边的电机推拉杆之间，该单片机放置板上放有单片机开发板和无线通讯模块，该无线通讯模块采用蓝牙无线通讯模块或WIFI无线通讯模块，以进行单片机与电脑或手机之间的无线通讯，实现对电机推拉杆的控制，使囊体和天线阵面的表面产生变形。

进一步，所述每个电机推拉杆的顶端设有横向通孔，用于固定囊体内表面上的拉环。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明由于中在囊体中设有支撑架，以支撑囊体并固定电机安装梁，并将电机推拉杆固定在电机安装梁上，可使电机推拉杆精确的对囊体表面和天线阵面产生所需的变形及进行测量与补偿；同时由于将单片机开发板和无线通讯模块随单片机放置板一起固定在电机安装梁上，可利用无线通讯模块对整个实验装置进行无线操纵，控制电机推拉杆的推拉，不仅操作简单便捷，也能减少在微波暗室测量的辐射。

实验表明，本发明的实验装置可应用到浮空器囊体天线的天线调试以及电性能测试与补偿实验中，实验测试后的天线阵面，能直接安装到浮空器囊体中进行使用，且能在不同的工况下进行天线的电磁调控，以满足天线的性能要求。

附图说明

图1是本发明的实验装置的整体外部结构示意图；

图2是本发明的实验装置的内部结构示意图；

图3是本发明中的光纤光栅传感器嵌入位置示意图；

图4是用本发明对智能囊体形变进行感知和电磁调控的原理图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例作进一步的描述。

参照图1，本实例的整体外形是一个浮空器囊体2，其由一个圆柱形主体和两个半球体拼接而成，其中两个半球体分别位于圆柱体的两头，这两头各有四个吊环1和一个穿墙连接器3，其中吊环用来将整个实验装置吊起，防止囊体2在地面上滚动和因地面上的不平整或小石子造成对囊体2的划破；穿墙连接器3，用于给囊体2内部进行供电和实现天线与外部设备的连接，天线阵面4贴附在囊体内表面，其是本实验装置需要测试的对象。

参照图2，本实例的囊体2内设有由四个半圆组成的囊体支撑架5，其中每两个半圆拼装成一个圆，并通过螺栓固定，调整螺栓的进给量可控制两个半圆之间的距离，以达到控制囊体支撑架与囊体之间的松紧程度的目的，防止囊体2与囊体支撑架5之间发生相对位移。

囊体支撑架5上固定有电机安装梁6，电机安装梁6上固定有电机系统7、器件放置板8和单片机放置板9。

所述电机安装梁6由三根直梁组成，三根直梁水平且平行放置，均匀地安装在囊体支撑架5的两个圆之间，每根直梁上设有对应的孔位，用以将电机系统7、器件放置板8和单片机放置板9固定在电机安装梁上。

所述电机系统7，由9个均匀的固定在三根直梁上的电机推拉杆组成，即每根直梁固定3个，每个电机推拉杆的顶端设有横向通孔，用于固定囊体内表面上的拉环。

所述器件放置板8，用于放置插线板和用于放置插线板和电机推拉杆推拉的控制器，其位于每根直梁中间的电机推拉杆与左边的电机推拉杆之间，横跨固定在三根直梁上。

所述单片机放置板9，其固定在中间的直梁上，用以放置单片机开发板和无线通讯模块，且位于中间直梁的中间电机推拉杆与右边的电机推拉杆之间。

参照图3，本实例的天线阵面4上嵌有三根光纤光栅传感器10，其均匀排布在囊体2内表面与天线阵面4之间。

参照图4，本实例的工作原理如下：

在微波暗室中利用单片机放置板9上的蓝牙无线通讯模块或WIFI无线通讯模块和单片机开发板控制电机推拉杆对囊体2表面和天线阵面4产生变形，模拟浮空器在服役过程中受力产生变形的情况，光纤光栅传感器10连接外部的光纤解调仪，测得天线阵面4的变形信息，根据测得的变形信息利用应变场重构算法进行天线阵面4的应变场重构，得到天线阵面4上各点的变形量；在微波暗室中测得天线阵面4变形后天线的电性能，并与天线电性能的最低要求进行对比，得出天线性能的降低量；根据该降低量和天线阵面4上各点的变形量利用优化补偿算法计算得出需要补偿的变形量，再利用单片机放置板9上的蓝牙无线通讯模块或WIFI无线通讯模块将需要补偿的变形量发送给单片机放置板9上的单片机开发板，由单片机开发板控制电机系统7进行形变补偿，实现对天线的电磁性能调控。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能囊体天线的形变感知与电磁调控实验装置，包括囊体（2）和天线阵面（4），天线阵面（4）附着在囊体（2）的内表面，其特征在于，囊体（2）内部放有囊体支撑架（5）、电机安装梁（6），且电机安装梁（6）固定在囊体支撑架（5）上，该囊体支撑架（5）用于对囊体（2）进行支撑，该电机安装梁（6）上安装有由电机推拉杆组成的电机系统（7）、器件放置板（8）和单片机放置板（9），用于控制囊体表面产生变形和对天线的电磁性能进行调控；天线阵面（4）采用相控阵或透射阵，其上嵌有光纤光栅传感器（10），以测量天线阵面（4）的形变；

单片机开发板控制电机推拉杆对囊体(2)表面和天线阵面（4）产生变形，光纤光栅传感器（10）测得天线阵面（4）的变形信息，在微波暗室中测得天线阵面（4）变形后天线的电性能，并与天线电性能的最低要求进行对比，得出天线性能的降低量；根据该降低量和天线阵面（4）上各点的变形量利用优化补偿算法计算得出需要补偿的变形量，由单片机开发板控制电机系统（7）进行形变补偿，实现对天线的电磁性能调控。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，囊体（2）的上下两头每头各装有4个吊环（1），可用于将囊体（2）吊在空中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，囊体（2）的上下两头各装有一个穿墙连接器（3），用于给囊体（2）内部进行供电和实现天线与外部设备的连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，囊体支持架（5）由四个半圆形刚体组成，每两个半圆构成一个整体，采用螺栓连接，并利用螺栓的松紧程度控制两个半圆之间的距离，以实现其与囊体（2）之间的松紧程度调节。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电机安装梁（6）由三根直梁组成，三根直梁水平且平行放置，每根直梁的两端分别与囊体支撑架（5）通过螺栓连接，均匀的固定在囊体支撑架（5）的两个半圆之间，每根直梁上均匀的设有数个对应的固定孔位，用以将电机系统（7）、器件放置板（8）和单片机放置板（9）固定在电机安装梁（6）上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电机系统（7），由9个电机推拉杆组成，这9个电机推拉杆均匀的固定在三根直梁上，即每根直梁固定3个电机推拉杆；

所述器件放置板（8），位于每根直梁的中间的电机推拉杆与左边的电机推拉杆之间，横跨固定在三根直梁上；

所述单片机放置板（9），固定在中间的直梁上，且位于中间直梁的中间电机推拉杆与右边的电机推拉杆之间。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个电机推拉杆的顶端设有横向通孔，用于固定囊体（2）内表面上的拉环。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，器件放置板（8）上放置有插线板和用于控制电机推拉杆推拉的控制器。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，单片机放置板（9）上放有单片机开发板和无线通讯模块，该无线通讯模块采用蓝牙无线通讯模块或WIFI无线通讯模块，以进行单片机与电脑或手机之间的无线通讯，实现对电机推拉杆的控制，使囊体和天线阵面的表面产生变形。

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