一种小型化罗兰C有源磁天线制造技术

本发明专利技术公开了一种小型化罗兰C有源磁天线，包括天线体、信号处理模块和电源模块，其中，天线体是由“工”字型磁芯和缠绕的数匝线圈组成，用以感应接收空间中的罗兰C电磁信号，所述信号处理模块包括前端谐振单元、一级低噪声放大单元、双调谐选频单元、带通滤波单元、二级可调放大单元，用来将混杂在多种频率干扰信号中的微弱罗兰C信号提取、放大并输出，电源模块为整个电路供电。能有效接收罗兰C信号，信噪比高，波形清晰完整。有效解决了因柱体棒型磁天线尺寸大而造成的罗兰C接收机整体尺寸偏大的问题，而且抗干扰能力相对更强，从空间接收电磁能量的能力更强。磁能量的能力更强。磁能量的能力更强。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化罗兰C有源磁天线


[0001]本专利技术涉及电磁信号接收及分析处理
，具体涉及一种小型化罗兰C有源磁天线。

技术介绍

[0002]当今全球导航系统主要通过人造卫星来传递信息从而进行定位导航，但由于卫星与地面距离远而导致通信信号较微弱，且很容易受到人为与自然多种因素的干扰，因此只将卫星导航定位系统作为唯一定位手段具有一定的风险性、局限性。罗兰C导航系统通过地波形式进行传播信号，工作频率为100kHz，能量集中在90kHz
‑
110kHz，频率低波长大，相位不易变化，覆盖范围广，具有一定抗击自然与人为电子干扰的能力，能有效抑制干扰、提高信噪比，获得较高的定位精度，是GPS等星基导航受干扰时的完美备份系统。同时，罗兰C系统也具有授时功能，可与BPC(低频时码授时技术在中国的实施格式)共同提供准确的时间信息。因此，许多国家正在开发和升级罗兰C系统，以提高其准确性、可用性和完整性，用以保障国家安全。
[0003]目前罗兰C系统中广泛使用的是电天线。然而，由于电天线的长度与接收波长成正比，这会导致电天线体积较大，如鞭状电天线尺寸普遍在1m以上，且易受到电力线干扰和沉积静电的影响。相对电天线而言，磁天线尺寸小，灵敏度高，接收的信号稳定，信噪比高，应用于罗兰C系统能使接收机整体体积更小，达到小型化设计目标，更利于携带和安装。而现今处于科研阶段的磁天线多为柱体棒型，其尺寸相对电天线有所改进，达到100mm。不过，由于柱体棒型磁芯的长径比对有效磁导率的影响，其较优长径比限制在1:10
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1:20左右。而为了提高其机械强度和稳定性，磁芯的直径不能太小，这就造成柱体棒型磁芯的长度会较长较粗，从而影响整个接收天线的尺寸。
[0004]通过对现有罗兰C天线技术的分析，可以发现目前使用的天线多以电天线、柱体棒型磁天线为主，尺寸大，不利于安装及携带等。因此，研制一种小型便携的罗兰C接收天线具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决现有罗兰C系统接收天线尺寸较大的技术问题，本专利技术的目的在于，提供一种小型化罗兰C有源磁天线。
[0006]为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：
[0007]一种小型化罗兰C有源磁天线，包括天线体、信号处理模块和板载电源，其特征在于，所述天线体是由“工”字型磁芯和缠绕的数匝线圈组成，用以感应接收空间中的罗兰C电磁信号，所述信号处理模块包括前端谐振单元、一级低噪声放大单元、双调谐选频单元、带通滤波单元、二级可调放大单元，用来将混杂在多种频率干扰信号中的微弱罗兰C信号提取、放大并输出，板载电源为整个电路供电。
[0008]根据本专利技术，所述“工”字型磁芯选择锰锌铁氧体制作，磁芯整体高度为27.5mm，中
间柱体高度21.5mm，两端柱体高度3mm，外直径15mm，内直径10mm。
[0009]具体地，所述线圈由漆包线绕制，外表面绝缘，直径0.25mm；线圈绕制在中间半径小的柱体上；绕制方式为单层密绕；绕制时，需先用一层牛皮纸包裹住中间柱体，隔绝磁芯与导线，在大小柱体交接处留出1
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2mm空处再绕制线圈，线圈总匝数为40
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60匝。
[0010]进一步地，所述信号处理模块用于对接收到的微小罗兰C信号进行放大滤波处理，其处理流程为：罗兰C信号在空间中以电磁波形式传播，由法拉第电磁感应定律，天线接收信号后会在线圈上产生感应电动势，要将该信号送入有源电路中，首先应该并联合适的电容构成前端谐振单元从而产生谐振；谐振回路将接收到的微小信号带入一级低噪声放大单元进行放大，方便后续电路处理；放大后的信号经单管双调谐选频单元、带通滤波单元，提取信号中集中于90kHz
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110kHz的罗兰C信号，抑制无用信号，提高信噪比；二级可调放大单元来满足整体电路对增益的估算要求，最后罗兰C信号的波形可通过SMA接插件输出；降稳压单元、电压转换单元为电路提供
±
5V供电，降稳压单元为带通滤波单元、二级可调放大单元提供2.5V参考电压。
[0011]优选地，所述板载电源选择2节18650锂电池串联组成，还包括7.4V转5V降稳压单元、5V转
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5V电压转换单元、5V转2.5V降稳压单元；其中，7.4V转5V降稳压单元分别顺序连接5V转
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5V电压转换单元和5V转2.5V降稳压单元，并各留有电源输出端口。
[0012]本专利技术的小型化罗兰C有源磁天线，能有效接收罗兰C信号，信噪比高，波形清晰完整。有效解决了因柱体棒型磁天线尺寸大而造成的罗兰C接收机整体尺寸偏大的问题，而且抗干扰能力相对更强，从空间接收电磁能量的能力更强。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的小型化罗兰C有源磁天线的天线体结构示意图。
[0014]图2是本专利技术的小型化罗兰C有源磁天线的整体模块电路示意图。
[0015]图3是柱体棒型磁天线体的FEKO仿真远场H面方向图及立体方向图。
[0016]图4是“工”字型磁天线体的FEKO仿真远场H面方向图及立体方向图。
[0017]图5是柱体棒型磁天线体的有效磁感线仿真图。
[0018]图6是“工”字型磁天线体的有效磁感线仿真图。
[0019]图7是信号处理模块示意图。
[0020]图8为实际中远场接收罗兰C信号脉冲组的测试结果。
[0021]图9为实际中远场接收罗兰C信号单个脉冲的测试结果。
[0022]图1和图2中的标记分别表示：1、天线体磁芯，2、线圈，3、接线端，4、电压转换单元(5V转
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5V)，5、降稳压单元(5V转2.5V)，6、降稳压单元(7.4V转5V)，7、前端谐振单元，8、一级低噪声放大单元，9、单管双调谐选频单元，10、带通滤波单元，11、二级可调放大单元，12、SMA插头，13、2节18650电池盒。
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步地详细说明。
具体实施方式
[0024]本实施例给出一种小型化罗兰C磁天线，其设计思路主要包括三个核心模块：天线体、信号处理模块和电源模块。具体地，加工以锰锌铁氧体为材料的“工”字型磁芯，并在其
上缠绕数匝线圈制成天线体，用以感应接收空间中的罗兰C电磁信号；信号处理模块包括前端谐振单元、一级低噪声放大单元、双调谐选频单元、带通滤波单元、二级可调放大单元，用来将混杂在多种频率干扰信号中的微弱罗兰C信号提取、放大并输出；电源模块为整个电路供电。
[0025]以下是具体的实施过程：
[0026](1)天线体的制备
[0027]如图1所示，天线体采用了一种区别于传统柱体棒型磁芯，具体由天线体磁芯1和绕在其上的线圈2组成。天线体磁芯1采用锰锌铁氧体材料加工制成，其初始磁导率在1000左右。天线体磁芯1整体高度为27.5mm，中间柱体高度21.5mm，两端柱体高度3mm，外直径15mm，内直径10mm。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化罗兰C有源磁天线，包括天线体、信号处理模块和板载电源，其特征在于，所述天线体是由“工”字型磁芯和缠绕的数匝线圈组成，用以感应接收空间中的罗兰C电磁信号，所述信号处理模块包括前端谐振单元、一级低噪声放大单元、双调谐选频单元、带通滤波单元、二级可调放大单元，用来将混杂在多种频率干扰信号中的微弱罗兰C信号提取、放大并输出，板载电源为整个电路供电。2.如权利要求1所述的小型化罗兰C有源磁天线，其特征在于，所述“工”字型磁芯选择锰锌铁氧体制作，磁芯整体高度为27.5mm，中间柱体高度21.5mm，两端柱体高度3mm，外直径15mm，内直径10mm。3.如权利要求1所述的小型化罗兰C有源磁天线，其特征在于，所述线圈由漆包线绕制，外表面绝缘，直径0.25mm；线圈绕制在中间半径小的柱体上；绕制方式为单层密绕；绕制时，需先用一层牛皮纸包裹住中间柱体，隔绝磁芯与导线，在大小柱体交接处留出1
‑
2mm空处再绕制线圈，线圈总匝数为40
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60匝。4.如权利要求1所述的小型化罗兰C有源磁天线，其特征在于，所述信号处理模块用于对接收到的微小罗兰C信号进行放大滤波处理，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐升，王凯旋，侯榆青，贺小伟，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：