一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统

技术领域

本发明涉及低频通信技术领域，特别是涉及一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统。

背景技术

传统卫星通信系统覆盖范围广，但机动性差、时间分辨率和空间分辨率低；机载通信系统机动灵活，但覆盖范围有限、续航时间短。临近空间平台上的通信系统，简称临基通信系统，时间分辨率和空间分辨率较高、续航时间长、机动性较强。同时，因为临近空间飞行器表面多采用非金属材料，雷达和热反射截面很小，所以传统的跟踪和瞄准办法不易发现，即临基通信系统的生存能力强。

传统低频通信系统的发射天线体积庞大，而旋转永磁体天线和旋转驻极体天线通过机械能驱动电荷或磁偶极子的运动辐射低频电磁波，实现了天线的小型化。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，包括光学平板，所述光学平板顶面安装有驱动装置,所述驱动装置两侧对称设置有保护罩，任一所述保护罩内安装有旋转永磁体天线，另一所述保护罩内安装有旋转驻极体天线，所述旋转永磁体天线和所述旋转驻极体天线均用于产生低频电磁波信号，所述驱动装置分别与所述旋转永磁体天线、旋转驻极体天线传动配合，所述光学平板顶面固定连接有方波发生器，所述方波发生器分别与所述旋转永磁体天线、旋转驻极体天线电性连接；

所述驱动装置分别与所述旋转永磁体天线、旋转驻极体天线传动配合有两种工作状态：

第一种工作状态为单一天线工作状态，第二种工作状态为双天线交替工作状态。

优选的，所述保护罩相对的两侧均铰接有挡板，所述保护罩外壁安装有两开合部，两所述开合部分别与两所述挡板对应设置，所述开合部包括固定连接在所述保护罩上的安装块，所述保护罩上固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆输出端固定连接有齿板，所述齿板与所述安装块滑动连接，所述保护罩外转动连接有齿轮，所述齿轮位于所述保护罩与所述挡板之间，所述齿板与所述齿轮传动配合，所述齿轮上铰接有连接臂，所述连接臂远离所述齿轮的一端铰接有连接块，所述连接块与所述挡板滑动连接。

优选的，所述保护罩内安装有推出部，所述推出部包括固定连接在所述保护罩内的滑台，所述滑台顶端固定连接有支撑座，所述旋转永磁体天线、旋转驻极体天线分别安装在两所述支撑座上。

优选的，所述旋转永磁体天线包括转动连接在所述支撑座上的第一旋转轴，所述第一旋转轴靠近所述驱动装置的一端固定连接有第一磁铁，所述第一旋转轴另一端固定连接有永磁体，所述第一磁铁与所述驱动装置对应设置。

优选的，所述旋转驻极体天线包括转动连接在所述支撑座上的第二旋转轴，所述第二旋转轴靠近所述驱动装置的一端固定连接有第二磁铁，所述第二旋转轴另一端固定连接有驻极体，所述第二磁铁与所述驱动装置对应设置。

优选的，所述驱动装置包括固定连接在所述光学平板顶面的驱动电机，所述驱动电机输出端通过联轴器固定连接有母轮盘，所述光学平板上转动连接有子轮盘，所述子轮盘位于所述第一磁铁与所述第二磁铁之间，所述母轮盘与所述子轮盘通过皮带传动配合；所述子轮盘两侧对称固定连接有第三磁铁，两所述第三磁铁分别与所述第一磁铁、第二磁铁对应设置。

优选的，所述光学平板上固定连接有两支撑块，所述子轮盘中心贯穿固定连接有连接轴，所述连接轴转动连接在两所述支撑块顶端，两所述第三磁铁分别固定连接在所述连接轴两端。

优选的，所述挡板上开设有滑道，所述连接块通过所述滑道与所述挡板滑动连接。

优选的，所述单一天线工作状态为所述驱动装置驱动所述旋转永磁体天线或旋转驻极体天线运行，所述双天线交替工作状态为所述驱动装置驱动所述旋转永磁体天线和旋转驻极体天线交替运行。

本发明公开了以下技术效果：

1)、一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，与星载低频信号发射系统相比，具有更高的机动性、时间分辨率和空间分辨率。

2)、一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，与机载低频信号发射系统相比，具有更大的空间覆盖范围、更出色的续航能力和更强的生存能力。

3)、一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，使用旋转永磁体或驻极体产生低频信号，解决了传统低频发射天线体积庞大的问题，适合搭载在载荷有限的临近空间飞行器上。

4)、一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，适合近场、中近场、远场等多种应用场合，可辐射超低频至甚低频频段的电磁波。

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为本发明一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统的轴测图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统主视图的剖视图。

其中，1-光学平板、2-保护罩、3-驱动电机、4-母轮盘、5-子轮盘、6-方波发生器、7-皮带、8-第三磁铁、9-第一磁铁、10-第二磁铁、11-永磁体、12-驻极体、13-安装块、14-电动伸缩杆、15-齿轮、16-连接臂、17-连接块、18-滑台、19-支撑座、20-第二旋转轴、21-第一旋转轴、22-联轴器、23-连接轴、24-支撑块、25-挡板。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种磁电一体式小型化临基低频发射天线系统，包括光学平板1，光学平板1顶面安装有驱动装置,驱动装置两侧对称设置有保护罩2，任一保护罩2内安装有旋转永磁体天线，另一保护罩2内安装有旋转驻极体天线，旋转永磁体天线和旋转驻极体天线均用于产生低频电磁波信号，驱动装置分别与旋转永磁体天线、旋转驻极体天线传动配合，光学平板1顶面固定连接有方波发生器6，方波发生器6分别与旋转永磁体天线、旋转驻极体天线电性连接；

所述驱动装置分别与所述旋转永磁体天线、旋转驻极体天线传动配合有两种工作状态：

第一种工作状态为单一天线工作状态，第二种工作状态为双天线交替工作状态。

进一步的，为对旋转永磁体天线和旋转驻极体天线进行保护，保护罩2相对的两侧均铰接有挡板25，为实现挡板25可自动开合，保护罩2外壁安装有两开合部，两开合部分别与两挡板25对应设置，开合部包括固定连接在保护罩2上的安装块13，保护罩2上固定连接有电动伸缩杆14，电动伸缩杆14输出端固定连接有齿板，齿板与安装块13滑动连接，保护罩2外转动连接有齿轮15，齿轮15位于保护罩2与挡板25之间，齿板与齿轮15传动配合，齿轮15上铰接有连接臂16，连接臂16远离齿轮15的一端铰接有连接块17，连接块17与挡板25滑动连接。通过电动伸缩杆14推动齿板滑动，进而驱动齿轮15转动，齿轮15转动带动连接臂16转动，连接臂16转动带动连接块17在挡板25上滑动，同时从而带动挡板25抬起，实现挡板25的自动开合。

进一步的，为保证使用过程中可将旋转永磁体天线和旋转驻极体天线推出，保护罩2内安装有推出部，保护罩2内安装有推出部，推出部包括固定连接在保护罩2内的滑台18，滑台18顶端固定连接有支撑座19，旋转永磁体天线、旋转驻极体天线分别安装在两支撑座19上。滑台18型号选用TSA100圆导轨电动直线滑台，通过外接电源驱动，通过滑台18带动支撑座19滑动，将旋转永磁体天线和旋转驻极体天线从保护罩2内推出。同时可在保护罩2内安装感应器图中未表现，通过感应器感应旋转永磁体天线和旋转驻极体天线是否完全进入保护罩2内，保证挡板25闭合时，旋转永磁体天线和旋转驻极体天线完全处于保护罩2内，避免挡板25降下时损坏旋转永磁体天线和旋转驻极体天线。

进一步的，旋转永磁体天线包括转动连接在支撑座19上的第一旋转轴21，第一旋转轴21靠近驱动装置的一端固定连接有第一磁铁9，第一旋转轴21另一端固定连接有永磁体11，第一磁铁9与驱动装置对应设置。

进一步的，旋转驻极体天线包括转动连接在支撑座19上的第二旋转轴20，第二旋转轴20靠近驱动装置的一端固定连接有第二磁铁10，第二旋转轴20另一端固定连接有驻极体12，第二磁铁10与驱动装置对应设置。

进一步的，为使永磁体11和驻极体12可以以一定的角速度旋转，向外辐射电磁波，设置驱动装置，驱动装置包括固定连接在光学平板1顶面的驱动电机3，驱动电机3输出端通过联轴器22固定连接有母轮盘4，光学平板1上转动连接有子轮盘5，子轮盘5位于第一磁铁9与第二磁铁10之间，母轮盘4与子轮盘5通过皮带7传动配合；子轮盘5两侧对称固定连接有第三磁铁8，两第三磁铁8分别与第一磁铁9、第二磁铁10对应设置。第一磁铁9和第二磁铁10均设置为电磁铁，当第一磁铁9和第二磁铁10通电产生磁性，分别与子轮盘5两端的第三磁铁8相互吸合，并且在驱动电机3的带动下旋转，从而导致永磁体11和驻极体12随着子轮盘5以相同的角速度旋转，并且向外辐射电磁波。

同时设置方波发生器6，通过方波发生器6控制第一磁铁9和第二磁铁10通断电，进而控制旋转永磁体天线和旋转驻极体天线的工作状态；方波发生器6输出方波的占空比可调；方波发生器6具有第一输出端和第二输出端，第一输出端与旋转永磁体天线电性连接，第二输出单与旋转驻极体天线电性连接，当第一输出端输出高电平时第二输出端输出低电平，此时旋转永磁体天线工作，旋转驻极体天线静止；当第二输出端输出高电平时，第一输出端输出低电平，此时旋转驻极体天线工作，旋转永磁体天线静止。

进一步的，单一天线工作状态为驱动装置驱动旋转永磁体天线或旋转驻极体天线运行，双天线交替工作状态为驱动装置驱动旋转永磁体天线和旋转驻极体天线交替运行。当方波发生器6输出方波的占空比等于100％；永磁体11随着皮带7轮驱动装置一起旋转，对外辐射电磁波；旋转驻极体天线不工作；当方波发生器6输出方波的占空比等于0％；驻极体12随着驱动装置一起旋转，对外辐射电磁波；旋转永磁体天线不工作；当方波发生器6输出方波的占空比等于50％；在每一个周期，前半个周期旋转永磁体天线工作，旋转驻极体天线不工作，后半个周期旋转驻极体天线工作，旋转永磁体天线不工作。

进一步的，为保证子轮盘5转动的稳定性，光学平板1上固定连接有两支撑块24，子轮盘5中心贯穿固定连接有连接轴23，连接轴23转动连接在两支撑块24顶端，两第三磁铁8分别固定连接在连接轴23两端。

进一步的，为保证连接块17可在挡板25上滑动，挡板25上开设有滑道，连接块17通过滑道与挡板25滑动连接。

本发明工作状态分为单一天线工作状态和双天线交替工作状态，单一天线工作状态的具体工作过程为：

方波发生器6输出方波的占空比等于100％；第一输出端始终输出高电平，第二输出端始终输出低电平，第一磁铁9通电有磁，与子轮盘5上的第三磁铁8吸合，永磁体11随着子轮盘5一起旋转，同时旋转永磁体天线的保护罩2完全打开，对外辐射电磁波；第二磁铁10断电无磁，旋转驻极体天线不工作，同时旋转驻极体天线的保护罩2将旋转驻极体天线包裹起来，防止空间中高能带电粒子对天线造成伤害。

方波发生器6输出方波的占空比等于0％；第一输出端始终输出低电平，第二输出端始终输出高电平，第二磁铁10通电有磁，与子轮盘5上的第三磁铁8吸合，驻极体12随着子轮盘5一起旋转，同时旋转驻极体天线的保护罩2完全打开，对外辐射电磁波；第一磁铁9断电无磁，旋转永磁体天线不工作，同时旋转永磁体天线的保护罩2将旋转永磁体天线包裹起来，防止空间中高能带电粒子对天线造成伤害。

双天线交替工作状态的具体工作过程为：

方波发生器6输出方波的占空比等于50％；在第一个周期的初始时刻第一输出端输出高电平，第一磁铁9通电有磁，与子轮盘5上的第三磁铁8吸合，永磁体11随着子轮盘5一起旋转，同时旋转永磁体天线的保护罩2完全打开，对外辐射电磁波；此时第二输出端输出低电平，旋转驻极体天线的电磁铁断电无磁，旋转驻极体天线不工作，同时旋转驻极体天线的保护罩2将旋转驻极体天线包裹起来，防止空间中高能带电粒子对天线造成伤害。半个周期后，第二输出端输出高电平，旋转驻极体天线的电磁铁通电有磁，与皮带7轮调速器子轮盘5对应侧的磁铁吸合，驻极体12随着皮带7轮调速器的子轮盘5一起旋转，同时旋转驻极体天线的保护罩2完全打开，对外辐射电磁波；此时第一输出端输出低电平，旋转永磁体天线的电磁铁断电无磁，旋转永磁体天线不工作，同时旋转永磁体天线的保护罩2将旋转永磁体天线包裹起来，防止空间中高能带电粒子对天线造成伤害。磁电一体式小型化临基低频发射天线系统在之后每个周期的工作流程与第一个周期相同，即在每一个周期，前半个周期旋转永磁体天线工作，旋转驻极体天线不工作，后半个周期旋转驻极体天线工作，旋转永磁体天线不工作。

具体工作流程：

根据辐射电磁波频率的需求设置高速电机的转速和皮带7轮调速器母轮盘4和子轮盘5的半径之比。子轮盘5的转速与辐射电磁波频率满足：

n＝60Nf

其中n是子轮盘5的转速，单位r/min；N是高速电机的极对数，无量纲；f是电磁波的辐射频率，单位Hz。

调整方波发生器6的占空比等于50％，临基低频发射天线系统工作在双天线交替工作状态，向外辐射互不干扰的、分别由旋转永磁体天线产生的和由旋转驻极体天线产生的两种低频电磁波；信号接收点周期地、交替地收到上述两种电磁波；信号接收点选择磁场强度大的电磁波进行后续接收，并向发射系统反馈后续需要接收电磁波的类型；发射系统根据信号接收点反馈的信息，调整方波发生器6的占空比等于100％(0％)，发射系统处于单一天线工作状态，由旋转永磁体天线(旋转驻极体天线)产生后续的电磁波信号。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。