一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列的制作方法

本发明涉及特低频无线通信技术，尤其涉及一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列。

背景技术：

特低频(ulf)是指频率为0.3-3khz的电磁波，特低频(ulf)电磁波在商用和军用都具有重要的价值，它们的突出优势是可以穿透水，土壤，岩石等传导性材料和传播衰减小，在透地通信、地下通信、水下通信中有着显著的优势。传统的天线是通过驱动天线导体中的电子运动形成变化的电场，进而感应出变化的磁场，工作频率决定了天线的几何尺寸，通常要求天线的长度为工作波长的四分之一或者一半，而ulf的工作波长达到了几千到近千公里的数量级，以3khz为例，工作波长为100km即使采用波长的四分之一长度的天线，长度也达到25km，工程上已经无法有效实现。

“机械天线”是最近几年提出的一种发生特低频/甚低频(ulf/vlf)电磁波的概念，基本形式为驻极体或者永磁体，通过旋转运动运动形成运动电流，产生交变电磁场。

通过对现有的国内外的“机械天线”的科研项目对比，存在以下问题：

(1)机械天线辐射信号的工作频率与机械运动频率相同，对于特低频(ulf，频率范围300hz～3khz)辐射信号，机械回转频率需要达到18000-180000转/分)，对机械系统提出很高要求。

(2)对于单一永磁体旋转的机械天线，电磁波幅值和相位不可调制。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征在于：包括：

包括特低频磁场发生模块和特低频磁场控制模块；

所述特低频磁场发生模块产生静态磁场；

所述特低频控制模块通过控制所述特低频磁场发生模块产生静态磁场周期性变化进而产生幅值和相位可调制时变磁场。

进一步地，所述特低频控制模块包括电机控制器和上位机，所述上位机根据要调制磁场的相位、幅值与所述电机控制器进行通讯。

进一步地，所述特低频磁场发生模块包括多个并排放置的机械天线阵元；

所述机械天线阵元包括联轴器、软磁转盘、电机、多个永磁体、接收器和码盘；

所述电机控制器与所述电机相连接，所述永磁体固定在所述电机周围，产生静态磁场；所述电机一端通过所述联轴器与所述码盘相连接，所述电机另一端通过所述联轴器与所述软磁转盘相连接，所述接收器一端与所述码盘相连接，述接收器的另一端与所述伺服控制器相连接。

进一步地，所述机械天线阵元还包括用于支撑电机的机架。

进一步地：所述永磁体的数量小于等于8个。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，与现有机械天线相比，本发明利用永磁体产生静磁场，电机驱动软磁材料转盘旋转，形成与电机工作频率呈倍数关系的交变磁场，降低功耗和机械结构设计难度，通过控制机械天线阵元的启停和转盘旋转时的相对位置，从而调制所发生特低频电磁波的幅值和相位。

附图说明

为了更清楚地说明

本技术：
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列示意图；

图2为本发明的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列结构图；

图3为机械天线阵元结构示意图；

图4为阵元产生交变磁场原理图。

图中：20、特低频磁场控制模块，21、特低频磁场发生模块，22、上位机，23、通信电缆，24、电机控制器，25、电机线束，26、机械天线阵元，30、联轴器,31、机架，32、软磁转盘，33、电机，34、永磁体，35、接收器，36、码盘。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

图1为本发明的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列示意图；图2为本发明的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列结构图；一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，包括：

包括特低频磁场发生模块21和特低频磁场控制模块20；

所述特低频磁场发生模块21产生静态磁场；

所述特低频控制模块20通过控制所述超低频磁场发生模块21产生静态磁场周期性变化进而产生幅值和相位可调制交变磁场。

所述特低频控制模块20包括电机控制器24和上位机22，所述电机控制器24一端通过电机线速25与机械天线阵元26连接，所述上位机22根据要调制磁场的相位、幅值通过通讯电缆23与所述电机控制器24进行通讯。

所述超低频磁场发生模块21包括多个并排放置的机械天线阵元26；

图3为机械天线阵元结构示意图，所述机械天线阵元26包括联轴器30、软磁转盘32、电机33、多个永磁体34、接收器35和码盘36；

所述永磁体34均匀的固定在所述电机33周围，产生静态磁场；所述电机33一端通过所述联轴器30与所述码盘36相连接，所述电机33另一端通过所述联轴器30与所述软磁转盘32相连接，便于所述码盘36采集运行时软磁转盘32的相对位置信息，所述接收器35一端与所述码盘36相连接，所述接收器35的另一端与所述伺服控制器24相连接；便于所述接收器35采集所述码盘36转动信息，并将相位信息传回给所述电机控制器24；

所述电机驱动器24与所述电机33相连接。

所述机械天线阵元26还包括用于支撑电机22的机架31；所述机架31与所述电机33、所述码盘36和所述接收器35固定连接，所述机架31有两个。

图4为阵元产生交变磁场原理图，所述转盘32的材料为具有磁场屏蔽特性的软磁材料，当电机33驱动转盘旋转时，所述转盘32的突出部分使永磁体34产生的静态磁场被周期性的屏蔽或无障碍的通过，静态磁场周期性变化，进而产生交变磁场。

进一步地，所述永磁体34的数量小于等于8。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征在于：包括：

包括特低频磁场发生模块(21)和特低频磁场控制模块(20)；

所述特低频磁场发生模块(21)产生静态磁场；

所述特低频控制模块(20)通过控制所述特低频磁场发生模块(21)产生静态磁场周期性变化进而产生幅值和相位可调制时变磁场。

2.根据权利要求1所述的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征还在于：所述特低频控制模块(20)包括电机控制器(24)和上位机(22)，所述上位机(22)根据要调制磁场的相位、幅值与所述电机控制器(24)进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征还在于：

所述特低频磁场发生模块(21)包括多个并排放置的机械天线阵元(26)；

所述机械天线阵元(26)包括联轴器(30)、软磁转盘(32)、电机(33)、多个永磁体(34)、接收器(35)和码盘(36)；

所述电机控制器(24)与所述电机(33)相连接，所述永磁体(34)固定在所述电机(33)周围，产生静态磁场；所述电机(33)一端通过所述联轴器(30)与所述码盘(36)相连接，所述电机(33)另一端通过所述联轴器(30)与所述软磁转盘(32)相连接，所述接收器(35)一端与所述码盘(36)相连接，述接收器(35)的另一端与所述伺服控制器(24)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征还在于：所述机械天线阵元(26)还包括用于支撑电机(33)的机架(31)。

5.根据权利要求1所述的一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，其特征还在于：所述永磁体(34)的数量小于等于8个。

技术总结
本发明公开了一种相位幅值可调制的特低频机械天线阵列，属于特低频无线通信技术领域，该天线阵列包括：特低频磁场发生模块和特低频磁场控制模块；特低频磁场发生模块产生静态磁场；特低频控制模块通过控制特低频磁场发生模块产生静态磁场周期性变化进而产生幅值和相位可调制时变磁场，所述特低频控制模块包括电机控制器和上位机，上位机根据要调制磁场的相位、幅值与电机控制器进行通讯。与现有机械天线相比，本发明利用永磁体产生静磁场，电机驱动软磁材料转盘旋转，形成与电机工作频率呈倍数关系的交变磁场，降低功耗和机械结构设计难度，通过控制机械天线阵元的启停和转盘旋转时的相对位置，从而调制所发生特低频电磁波的幅值和相位。

技术研发人员：王晓煜;周鑫;张雯厚;曹振新;全鑫
受保护的技术使用者：大连交通大学;扬州步微科技有限公司
技术研发日：2020.01.17
技术公布日：2020.05.15