基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法，包括：按照发信激励信号要求，信息通过转速调控加载到发射电磁波的频率参数上，然后通过转速检测和闭环反馈控制，调控旋转电机和与之固连的机械天线的转速，实现发射电磁波的频率调控，旋转式机械天线在旋转电机带动下绕中心轴高速转动，对外发射与转速同频的电磁波，收信侧接收发射的电磁波信号，通过频率解调接收信息，从而实现低频无线电远距离通信。

【技术实现步骤摘要】
基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法
本专利技术属于低频电磁通信
，尤其涉及一种基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法。
技术介绍
低频(Lowfrequency，LF)是指频带由300Hz到30kHz的无线电波，能穿透较深的海水和岩层，在地球-电离层波导中传播稳定，损耗小，基本不受核爆影响。在远程对潜通信、水下通信、透地通信和最低限度通信等应用场合具有不可替代的作用。现有的低频发信台常配备体积非常庞大的发射天线和大功率固态发射机。固态发射机用于给发射天线提供高压馈电，以驱动天线金属导体内的自由电子做振荡运动。相比低频无线电波长，一般为10km到1000km，低频电天线为电小天线，其天线特性为非常低的辐射电阻和高电抗，需要发射机提供大量无功功率。因此，现有低频发射天线的尺寸和发射机所需的功率容量都非常巨大。低频通信的应用领域因发射天线受到严重限制。在单兵便携式远距离通信等应用场合，需要灵活机动，对低频发信太的体积和重量有严格限制的。机械天线则是对现有低频电磁发射技术的突破。机械天线采用与传统天线截然不同的电磁发射方法，通过对固化电荷的机械旋转运动，对外发射交变电磁场，将来自机械源的能量转变为低频电磁场能量。此种天线不存在传统电天线的高电抗和金属晶格碰撞损耗的问题。基于此种机械式天线开发的低频发射机将具有重量轻、体积小且功耗低的特点。然而将机械天线应用于低频通信，必须解决其信息加载的技术难题。传统低频电天线采用成熟的电子技术，调制固态发射机馈送到发射天线的激励电压的频率、相位或幅值就可以实现信息加载，例如CW(ContinousWave，连续波)、MSK(MinimumShiftKeying，最小频移键控)等成熟的调制方式。而机械天线完全颠覆了传统发射天线依赖电激励的工作方式，因此其无法采用传统电天线的电调制信息加载方法。机械天线由机械运动固化电荷或磁极来激励空间电磁场，需要从其特有的工作方式，提出不同于传统电调制的信息加载方法。
技术实现思路
为克服上述现有的机械天线无法采用传统电调制的信息加载方法的问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供一种基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种基于旋转式机械天线的发信系统，包括发信激励单元、转速控制单元、旋转电机、旋转式机械天线和转速检测单元；其中，所述发信激励单元用于基于预设频率调制方法根据待发送信息产生激励信号，并将所述激励信号传输给所述转速控制单元；所述转速检测单元用于检测所述旋转式机械天线的中心轴的实际转速，并将所述实际转速反馈给所述转速控制单元；所述转速控制单元用于提取所述激励信号中的频率参数，根据所述频率参数得到转速指令；根据所述转速指令和所述实际转速对所述旋转电机的转速进行调控，以使所述旋转电机的转速与所述转速指令同步；所述旋转电机用于驱动所述旋转式机械天线绕所述中心轴旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出与所述中心轴的转速同频率的电磁波信号，以供收信侧根据接收到的所述电磁波信号获取所述待发送信息。优选地，所述旋转式机械天线包括中心轴和旋转圆筒；所述旋转圆筒包括正电荷筒形极板和负电荷筒形极板；所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板各占所述旋转圆筒的一半，且固定在所述中心轴上；所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板对称分布，形成电偶极距；所述旋转电机用于通过驱动所述中心轴旋转，带动所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出的电磁波信号的频率与所述中心轴的转动频率相同。优选地，所述发信激励单元为传统低频发信激励器，所述收信侧为传统低频收信机。优选地，所述转速控制单元具体用于：根据所述转速指令和所述实际转速之差，采用偏差控制方式对所述旋转电机的转速进行调控。优选地，所述转速控制单元具体用于：根据所述转速指令和所述实际转速，采用变频器电源对所述旋转电机的转速进行调控。优选地，所述转速控制单元具体用于：通过鉴频方式从所述激励信号提取频率参数。根据本专利技术实施例第二方面提供一种基于上述基于旋转式机械天线的发信系统的信息加载方法，包括：通过发信激励单元基于预设频率调制方法根据待发送信息产生激励信号，并将所述激励信号传输给转速控制单元；通过转速检测单元检测旋转式机械天线的中心轴的实际转速，并将所述实际转速反馈给所述转速控制单元；通过所述转速控制单元提取所述激励信号中的频率参数，根据所述频率参数得到转速指令；根据所述转速指令和所述实际转速对所述旋转电机的转速进行调控，以使所述旋转电机的转速与所述转速指令同步；通过所述旋转电机驱动所述旋转式机械天线绕所述中心轴旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出与所述中心轴的转速同频率的电磁波信号，以供收信侧根据接收到的所述电磁波信号获取所述待发送信息。优选地，所述旋转式机械天线包括中心轴和旋转圆筒；所述旋转圆筒包括正电荷筒形极板和负电荷筒形极板；所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板各占所述旋转圆筒的一半，且固定在所述中心轴上；所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板对称分布，形成电偶极距；相应地，通过所述旋转电机驱动所述旋转式机械天线绕所述中心轴旋转的步骤包括：使用所述旋转电机通过驱动所述中心轴旋转，带动所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出的电磁波信号的频率与所述中心轴的转动频率相同。优选地，通过所述转速控制单元根据所述转速指令和所述实际转速对所述旋转电机的转速进行调控的步骤包括：通过所述转速控制单元根据所述转速指令和所述实际转速之差，采用偏差控制方式对所述旋转电机的转速进行调控。优选地，通过所述转速控制单元提取所述激励信号中的频率参数的步骤包括：使用所述转速控制单元通过鉴频方式从所述激励信号提取频率参数。本专利技术实施例提供一种基于旋转式机械天线的发信系统及信息加载方法，通过按照发信激励信号要求，信息通过转速调控加载到发射电磁波的频率参数上，然后通过转速检测和闭环反馈控制，调控旋转电机和与之固连的机械天线的转速，实现发射电磁波的频率调控，旋转式机械天线在旋转电机带动下绕中心轴高速转动，对外发射与转速同频的电磁波，收信侧接收发射的电磁波信号，通过频率解调接收信息，从而实现低频无线电远距离通信。附图说明为了更清楚地说明本专利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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的基于旋转式机械天线的发信系统整体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的信息加载方法整体流程示意图；其中，1为发信激励单元，2为转速控制单元，3为旋转电机，4为旋转式机械天线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，包括发信激励单元、转速控制单元、旋转电机、旋转式机械天线和转速检测单元；/n其中，所述发信激励单元用于基于预设频率调制方法根据待发送信息产生激励信号，并将所述激励信号传输给所述转速控制单元；/n所述转速检测单元用于检测所述旋转式机械天线的中心轴的实际转速，并将所述实际转速反馈给所述转速控制单元；/n所述转速控制单元用于提取所述激励信号中的频率参数，根据所述频率参数得到转速指令；根据所述转速指令和所述实际转速对所述旋转电机的转速进行调控，以使所述旋转电机的转速与所述转速指令同步；/n所述旋转电机用于驱动所述旋转式机械天线绕所述中心轴旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出与所述中心轴的转速同频率的电磁波信号，以供收信侧根据接收到的所述电磁波信号获取所述待发送信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，包括发信激励单元、转速控制单元、旋转电机、旋转式机械天线和转速检测单元；
其中，所述发信激励单元用于基于预设频率调制方法根据待发送信息产生激励信号，并将所述激励信号传输给所述转速控制单元；
所述转速检测单元用于检测所述旋转式机械天线的中心轴的实际转速，并将所述实际转速反馈给所述转速控制单元；
所述转速控制单元用于提取所述激励信号中的频率参数，根据所述频率参数得到转速指令；根据所述转速指令和所述实际转速对所述旋转电机的转速进行调控，以使所述旋转电机的转速与所述转速指令同步；
所述旋转电机用于驱动所述旋转式机械天线绕所述中心轴旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出与所述中心轴的转速同频率的电磁波信号，以供收信侧根据接收到的所述电磁波信号获取所述待发送信息。


2.根据权利要求1所述的基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，所述旋转式机械天线包括中心轴和旋转圆筒；
所述旋转圆筒包括正电荷筒形极板和负电荷筒形极板；
所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板各占所述旋转圆筒的一半，且固定在所述中心轴上；
所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板对称分布，形成电偶极距；
所述旋转电机用于通过驱动所述中心轴旋转，带动所述正电荷筒形极板和负电荷筒形极板旋转，以使所述旋转式机械天线辐射出的电磁波信号的频率与所述中心轴的转动频率相同。


3.根据权利要求1所述的基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，所述发信激励单元为传统低频发信激励器，所述收信侧为传统低频收信机。


4.根据权利要求1所述的基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，所述转速控制单元具体用于：
根据所述转速指令和所述实际转速之差，采用偏差控制方式对所述旋转电机的转速进行调控。


5.根据权利要求1所述的基于旋转式机械天线的发信系统，其特征在于，所述转速控制单元具体用于：
根据所述转速指令和所述实际转速，采用变频器电源对所述旋转电机的转速进行调控。


6.根据权利要求1所述的基于旋转式机...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵锦波，郑欢，张杨勇，查明，王琦思，何杰，邓珊，程磊，舒欣，杨洋，
申请(专利权)人：武汉船舶通信研究所中国船舶重工集团公司第七二二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42