基于双机械天线的2FSK信号调制系统技术方案

本发明专利技术提供基于双机械天线的2FSK信号调制系统，包括光学平板，光学平板顶面安装有单片机控制单元与两个机械天线单元。机械天线单元包括电机、永磁体和制动装置。通过电机驱动旋转永磁体辐射电磁波。所述单片机控制单元包括单片机和控制电路；所述控制电路，其包含的电源和双向控制开关装置，与第一机械天线中的第一电机和第二机械天线中的第二制动装置形成第一电流回路；与第二机械天线中的第二电机和第一机械天线中的第一制动装置形成第二电流回路。本发明专利技术通过单片机发出码元信号给双向控制开关装置，实现对电流回路的切换。解决了机械天线辐射频率快速变化的同时减少对电机的损伤，使2FSK调制信号波形更加趋于方波的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
基于双机械天线的2FSK信号调制系统


[0001]本专利技术涉及低频通信
，涉及基于双机械天线的2FSK信号调制系统，可用于发射极低频ELF(Extremely Low Frequency)频段的携带2FSK信号的低频电磁波。

技术介绍

[0002]在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。通过信号调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上。信号调制通常采用2FSK(频移键控)调制方式，2FSK是二进制数字频率调制，利用改变载波频率来传输数字信息。
[0003]传统的低频发射天线受到Chu极限理论的限制，天线的尺寸与频率有对应关系，导致其体积结构庞大、线路馈电复杂、发射功率及损耗功率大，整体辐射效率不高。为了减小天线的尺寸，在降低功耗的前提下可以辐射极低频波段电磁波，美国国防高级研究计划局DAPRA提出了“机械天线”A MEchanically Based Antenna，AMEBA项目，研究一种新体制的低频辐射天线。现有技术中，永磁体机械天线的实现形式主要通过电机驱动永磁体旋转，产生时变电磁场，从而辐射出低频电磁波。
[0004]由机械天线的辐射特性，需要将调制信号加载到基带信号(正弦电磁波)上才能实现有效的通信。而机械天线辐射出的信号频率由永磁体的转速决定，因此永磁体式机械天线天然地契合2FSK信号调制方法。通过改变电机驱动永磁体的转速，即可实现频率调制。在调制信号加载到基带信号上时，通常要求频率的变化时间越短越好，这样在接收端接收到的2FSK信号可以更趋于方波，更好的还原出发射端的调制信号。
[0005]王晓煜等人在“Research on Permanent Magnet
‑
Type Super
‑
Low
‑
Frequency Mechanical Antenna Communication”中提出了一种基于机械天线的2FSK信号调制通信系统，其将机械天线的工作频率f
c1
和f
c2
分别映射为二进制信息码元的“1”和“0”，但是该调制系统仍然存在的不足是，由于使用了单个电机驱动永磁体旋转的工作原理，因此频繁的转速变化十分耗能，且永磁体的转动惯量较大，也会对电机造成一定程度的损伤，影响机械天线的整个使用寿命。且电机在变速时由于速度无法发生突变，会存在一个变速过程，导致编码的方波在译码时会变成梯形波，导致信号解调有误差。
[0006]因此频率较高时，如何实现频率快速变化，保证波形无限接近于方波，同时减少因频繁变速对电机的损伤，就需要新的调制方案的设计。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出了基于双机械天线的2FSK信号调制系统，旨在解决实现机械天线辐射频率快速变化的同时减少对电机的损伤，使调制信号波形更加趋于方波的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]基于双机械天线的2FSK信号调制系统，包括单片机控制单元1，以及结构相同的第一机械天线2和第二机械天线3；
[0010]所述单片机控制单元1包括单片机11和控制电路12，所述控制电路12包括电源121、双向控制开关装置122；
[0011]所述第一机械天线2包括第一电机21、第一圆柱形永磁体22和第一旋转轴23；所述第一电机21的传动轴上安装的主皮带轮；所述第一圆柱形永磁体22固定在第一旋转轴23上；所述第一旋转轴23安装在一对相对设置的第一轴承座24之间，该第一旋转轴23的一端安装有从皮带轮，从皮带轮与第一轴承座24之间设置有第一制动装置25；所述第一电机21传动轴上安装的主皮带轮与第一旋转轴23上安装的从皮带轮之间通过皮带连接；
[0012]所述第二机械天线3包括第二电机31、第二圆柱形永磁体32和第二旋转轴33；所述第二电机31的传动轴上安装的主皮带轮；所述第二圆柱形永磁体32固定在第二旋转轴33上；所述第二旋转轴33安装在一对相对设置的第二轴承座34之间，该第二旋转轴33的一端安装有从皮带轮，从皮带轮与第二轴承座34之间设置有第二制动装置35；所述第二电机31传动轴上安装的主皮带轮与第二旋转轴33上安装的从皮带轮之间通过皮带连接；
[0013]所述第一旋转轴23和第二旋转轴33共线安装；
[0014]所述控制电路12，其包含的电源121和双向控制开关装置122，与第一机械天线2中的第一电机21和第二机械天线3中的第二制动装置35形成第一电流回路；与第二机械天线3中的第二电机31和第一机械天线2中的第一制动装置25形成第二电流回路；
[0015]当所述单片机11发送的码元信号为1时，所述双向控制开关装置122连通第一电流回路，第一电流回路中的第二制动装置35制动，第二圆柱形永磁体32静止，第一电流回路中的第一电机21驱动该电流回路中的第一圆柱形永磁体22旋转，系统辐射出1000Hz的低频电磁波；当所述单片机11发送的码元信号为0时，所述双向控制开关装置122连通第二电流回路，第二电流回路中的第一制动装置25制动，第一圆柱形永磁体22静止，第二电流回路中的第二电机31驱动该电流回路中的第二圆柱形永磁体32旋转，系统辐射出500Hz的低频电磁波；所述单片机11连续发送码元信号为1和0调制信号，系统辐射出2FSK信号。
[0016]上述基于双机械天线的2FSK信号调制系统，所述单片机控制单元1和两个机械天线2，固定光学平板4上。
[0017]上述基于双机械天线的2FSK信号调制系统，所述圆柱形永磁体22，采用NdFeB型永磁体材料，其材料的充磁方向为半径方向。
[0018]上述基于双机械天线的2FSK信号调制系统，所述第一旋转轴23、第二旋转轴33，其与第一圆柱形永磁体22、第二圆柱形永磁体32共线安装。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0020]第一，由于本专利技术采用双机械天线结构，单片机控制单元1包括单片机11和控制电路12，通过单片机11对双向控制开关装置122的控制来切换所述两个电流回路的通断，进而改变机械天线中圆柱形永磁体的实时转速，能够有效减少现有技术中因为单个电机在速度变化时产生的信号时延，实现了机械天线的2FSK信号调制的快速切换，使调制信号波形更加趋于方波。
[0021]第二，由于本专利技术采用双机械天线进行低频信号的辐射，将有效地减小永磁体旋转时产生的转动惯量，提高了电机的工作效率和使用寿命，在基于机械天线的低频通信领域有很大的帮助。
[0022]第三，由于本专利技术通过带传动连接电机与永磁体，相比于其他传动方式，带传动的
传动平稳，缓冲吸振性能更好，成本更低，更加契合于制动装置的控制。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的单片机控制电路示意图；
[0025]图3是本专利技术中单片机发送给控制电路的码元信号示意图；
[0026]图4是本专利技术仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双机械天线的2FSK信号调制系统，包括单片机控制单元(1)和机械天线单元，所述单片机控制单元(1)包括单片机(11)和控制电路(12)，其特征在于，所述机械天线单元包括结构相同的第一机械天线(2)和第二机械天线(3)；所述控制电路(12)包括电源(121)、双向控制开关装置(122)；所述第一机械天线(2)包括第一电机(21)、第一圆柱形永磁体(22)和第一旋转轴(23)；所述第一电机(21)的传动轴上安装的主皮带轮；所述第一圆柱形永磁体(22)固定在第一旋转轴(23)上；所述第一旋转轴(23)安装在一对相对设置的第一轴承座(24)之间，该第一旋转轴(23)的一端安装有从皮带轮，从皮带轮与第一轴承座(24)之间设置有第一制动装置(25)；所述第一电机(21)传动轴上安装的主皮带轮与第一旋转轴(23)上安装的从皮带轮之间通过皮带连接；所述第二机械天线(3)包括第二电机(31)、第二圆柱形永磁体(32)和第二旋转轴(33)；所述第二电机(31)的传动轴上安装的主皮带轮；所述第二圆柱形永磁体(32)固定在第二旋转轴(33)上；所述第二旋转轴(33)安装在一对相对设置的第二轴承座(34)之间，该第二旋转轴(33)的一端安装有从皮带轮，从皮带轮与第二轴承座(34)之间设置有第二制动装置(35)；所述第二电机(31)传动轴上安装的主皮带轮与第二旋转轴(33)上安装的从皮带轮之间通过皮带连接；所述第一旋转轴(23)和第二旋转轴(33)共线安装；所述控制电路(12)，其包含的电源(121)和双向控制开关装置(122...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，包建强，田艳伟，王岩，单玉玉，赵鹏超，徐博楠，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：