一种水下机器人用柔性组合天线

技术领域

本发明涉及组合天线，具体说是一种水下机器人用柔性组合天线。

背景技术

水下机器人是一种能够在水下执行特定任务的可运动的水下装置。水下机器人一般又可分为有缆水下机器人和无缆水下自治机器人。有缆水下机器人的通信与定位一般都是通过电缆或光纤将操作台与机器人直连，通过操作台可以对实时操控，但是电缆或光纤的长度限制了的活动范围；而无缆水下自治机器人的操作台与机器人之间没有物理连接，所以其具有巡航范围广、航程远的特性。为了实现无缆水下自治机器人与岸基或者船基之间进行通讯和定位，需要在水下机器人浮出水面后通过特制的天线进行交互。水面通讯定位的方式有无线电通讯，卫星通讯等；水面定位有GPS定位，北斗定位等。

为了确保组合天线的透波性，组合天线的耐压天线罩往往采用透波性较好的塑料制成，整体强度较低。因此，在布放回收过程中组合天线是最脆弱的部分，在布放回收操作过程中经常会出现天线磕碰损伤造成无法继续作业的问题。同时，为了确保良好的通讯效果，组合天线应支出载体相当高的一部分，在运输过程中也较为麻烦。

发明内容

针对现有组合天线存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、工作可靠的水下机器人用柔性组合天线。该柔性组合天线适用于水下机器人水面通讯与定位，充分考虑了天线的水下密封性，天线信号的损耗特性等。本发明柔性组合天线的柔性段起到很好的缓冲作用，有效避免在布放回收中天线出现磕碰损伤。同时，柔性段在运输过程中可以进行弯折，降低载体最大外形尺寸，方便运输。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括依次相连的天线组合件、天线转接件、柔性橡胶硫化段及天线底座，其中柔性橡胶硫化段中设有支撑弹簧；所述天线组合件包括GPS天线罩、GPS天线、GPS天线底座、铱星天线罩、铱星天线、GPS同轴馈线及铱星同轴馈线，该GPS天线底座的一端与所述GPS天线罩密封螺纹连接，另一端与所述铱星天线罩的一端密封螺纹连接，该铱星天线罩的另一端与所述天线转接件的一端密封螺纹连接，所述GPS天线安装于GPS天线底座的一端，并罩于所述GPS天线罩内部，所述GPS同轴馈线的一端与GPS天线相连；所述铱星天线安装于铱星天线罩内，所述铱星同轴馈线的一端与该铱星天线连接，所述铱星同轴馈线的另一端及GPS同轴馈线的另一端均由天线转接件、柔性橡胶硫化段及天线底座穿过，所述天线转接件内及天线底座内均通过环氧树脂对GPS同轴馈线和铱星同轴馈线进行灌封。

其中：所述铱星天线罩内分别设有GPS铱星绝缘件及铱星天线支撑件，所述铱星天线通过该GPS铱星绝缘件及铱星天线支撑件固定安装于所述铱星天线罩的内部。

所述GPS铱星绝缘件与GPS天线底座的另一端抵接，所述GPS同轴馈线由该GPS铱星绝缘件穿过。

所述GPS同轴馈线及铱星同轴馈线由天线转接件上的中间孔穿出，该天线转接件中间孔中通过环氧树脂进行灌封，环氧树脂固化后形成转接件环氧树脂；所述GPS同轴馈线及铱星同轴馈线通过该转接件环氧树脂固定。

所述GPS同轴馈线及铱星同轴馈线由天线底座上的中间孔穿出后直接进入水下机器人舱内，该天线底座中间孔中通过环氧树脂进行灌封，环氧树脂固化后形成底座环氧树脂；所述GPS同轴馈线及铱星同轴馈线通过该底座环氧树脂固定。

连接天线组合件后的所述天线转接件与天线底座放入橡胶硫化模具中进行硫化粘接，所述支撑弹簧在硫化粘接过程中放入硫化层中；硫化后的所述柔性橡胶硫化段为直立状态。

所述GPS天线罩、GPS天线底座、铱星天线罩、天线转接件、天线底座及硫化后直接状态的柔性橡胶硫化段同轴设置。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明具有很强的水下密封性能，将同轴信号线直接引入舱内部经过任何形式的转接，杜绝了同轴信号线与水密电缆连接时的信号的衰减。

2.本发明采用了柔性橡胶硫化段的设计方式，可以对天线组合件起到很好的缓冲保护作用，同时可以进行弯折，方便运输。

3.本发明将铱星天线与GPS天线封装成一体，能够同时满足水下机器人水面通信与定位的要求，实用性强。

4.本发明排水体积小，不需要水下机器人提高很大的浮力即可完全浮出水面，有效减小了载体由于提供通讯浮力造成能量损失。

5.本发明成本低，结构简单，外形尺寸小，重量轻，易于安装在水下机器人上。

附图说明

图1为本发明的整体结构内部剖视图；

图2为图1中天线组合件的结构示意图；

其中：1为天线组合件，2为径向密封圈A，3为天线转接件，4为柔性橡胶硫化段，5为支撑弹簧，6为天线底座，7为GPS同轴馈线，8为铱星同轴馈线，9为底座环氧树脂，10为转接件环氧树脂，11为GPS天线罩，12为径向密封圈B，13为GPS天线，14为GPS天线底座，15为径向密封圈C,16为GPS铱星绝缘件，17为铱星天线罩，18为铱星天线，19为铱星天线支撑件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括依次相连的天线组合件1、天线转接件3、柔性橡胶硫化段4及天线底座6，其中柔性橡胶硫化段4中设有支撑弹簧5。

天线组合件1包括GPS天线罩11、GPS天线13、GPS天线底座14、GPS铱星绝缘件16、铱星天线罩17、铱星天线18、铱星天线支撑件19、GPS同轴馈线7及铱星同轴馈线8，该GPS天线底座14的一端与GPS天线罩11螺纹连接，并通过设置双道径向密封圈B12进行密封；GPS天线底座14的另一端与铱星天线罩17的一端螺纹连接，并通过设置双道径向密封圈C15进行密封；铱星天线罩17的另一端与天线转接件3的一端螺纹连接，两者之间采用双道径向密封圈A2进行密封。GPS天线13与GPS同轴馈线7的一端通过焊接的方式进行连接，将GPS同轴馈线7穿过GPS天线底座14的中间孔后再将GPS天线13固定在GPS天线底座14的一端，并罩于GPS天线罩11内部。铱星天线18固定安装于铱星天线罩17内，本实施例的铱星天线罩17内分别设有GPS铱星绝缘件16及铱星天线支撑件19，铱星天线18通过GPS铱星绝缘件16及铱星天线支撑件19固定安装于铱星天线罩17的内部。铱星天线18装入铱星天线罩17内后装入铱星天线支撑件19，将铱星天线18进行辅助固定。GPS铱星绝缘件16与GPS天线底座14的另一端抵接，GPS同轴馈线7由该GPS铱星绝缘件16穿过。铱星同轴馈线8的一端通过焊接的方式与铱星天线18相连接，用于信号的传输，至此便组成了天线组合件1。天线组合件1具备卫星通讯功能和定位功能。本实施例的CPS天线罩11和铱星天线罩17均采用透波性较好的非金属材料(如PEEK，聚醚醚酮)制作而成，确保天线的信号良好。

铱星同轴馈线8的另一端及GPS同轴馈线7的另一端均由天线转接件3、柔性橡胶硫化段4及天线底座6穿过。GPS同轴馈线7及铱星同轴馈线8由天线转接件3上的中间孔穿出，之后用环氧树脂对天线转接件3的中间孔进行灌封，环氧树脂固化后形成转接件环氧树脂10，能够起到固定同轴馈线的作用，同时在天线受压过程中可以抵挡外部水压。GPS同轴馈线7及铱星同轴馈线8由天线底座6上的中间孔穿出后直接进入水下机器人舱内，中间不经过任何转接，有效降低了信号衰减。将GPS同轴馈线7及铱星同轴馈线8伸直，并调整好天线底座6与天线转接件3之间的距离，使之正好为柔性橡胶硫化段4的长度，之后用环氧树脂对天线底座6的中间孔进行灌封，环氧树脂固化后形成底座环氧树脂9，起到固定同轴馈线的作用，同时在天线受压过程中可以抵挡外部水压。

将连接天线组合件1后的天线转接件3与天线底座6放入橡胶硫化模具中进行硫化粘接，由于橡胶刚度较低，硫化形成的柔性段不具备支撑能力，无法使得天线保持直立状态。因此，在硫化粘接过程中将支撑弹簧5放入硫化层中，支撑弹簧5为螺旋弹簧，具有所需刚度，可以保持直立状态，也可以进行弯折，最终硫化成型的天线如图1所示。硫化后的柔性橡胶硫化段4在正常状态下可以保持直立状态，确保天线通讯信号良好；同时在布放回收过程中，如果遇到天线组合件1出现磕碰的时候，柔性橡胶硫化段4可以起到有效的缓冲作用，来保护天线组合件1的天线罩不受损坏；同时在运输过程中，可以对柔性橡胶硫化段4进行弯折、方便载体运输。天线底座6上留有密封与螺纹接口，方便与载体进行连接和密封。

本发明的GPS天线罩11、GPS天线底座14、铱星天线罩17、天线转接件3、天线底座6及硫化后直接状态的柔性橡胶硫化段4同轴设置。