一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统，涉及无线通信技术领域，该系统包括：信号发生模组

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其是一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统
。

技术介绍

[0002]目前随着通信系统以及天线技术的不断发展，各种通讯电子设备，如智能手机
、
广播电台
、
射频识别
(RFID)
系统
、
雷达，已经成为日常生活中不可分割的一部分
。
当前人们已经成功地依靠天线技术在大气环境中实现了高质量的无线通信
。
然而，水下
、
地下
、
人体内部等损耗性导电环境对天线传输能力提出了新的要求
。
当电磁波在这些传导介质中传播时，介质损耗随频率增加而增加，电磁波衰减，导致有效通信距离明显缩短
。
为了减轻高频损耗机制，由于在这些传导介质中增加了信号穿透深度，因此提出了甚低频操作作为一种潜在的解决方案
。
甚低频
(VLF)
是一种频率在
3KHz
～
30KHz
的长波长电磁波，拥有较弱的趋肤效应，较深的趋肤距离，在地下
、
水下和建筑中的透射性更强，传播深度更大，传播距离更深
。
所以近年来小型化便携式甚低频无线传输系统成为了射频通信领域的一大研究热点
。
为了实现低频小型化信号传输系统，机械天线逐渐得到了关注
。
[0003]目前的传统天线是由电流或电压直接驱动，以加速金属板内的电子进行辐射
。
传统的电子天线依靠电磁共振来高效运行，通常设计为大于电磁波波长的十分之一
。
然而，甚低频电磁波的波长可达
10km
～
100km
，当传统偶极子天线被应用于甚低频通讯时，需要超过
100
米高的天线塔来匹配辐射需求，因此巨大的天线体积限制了甚低频通讯的发展
。
虽然近年来飞速发展的电小天线
(ESA)
由于其体积小
、
成本低，具有一定的优势，但由于其辐射效率不高
、
带宽低，仍然存在应用于甚低频通信领域的障碍
。
在这种情况下，人们自然对笨重的甚低频天线系统的小型化和便携性提出了迫切的要求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统，以解决甚低频信号传输系统小型化的问题
。
本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统，包括信号发生模组
、
甚低频磁电天线
、
接收线圈和信号处理模组，信号发生模组用于产生交变激励信号以驱动甚低频磁电天线，甚低频磁电天线基于逆磁电效应向外部空间发送甚低频波段的电磁波信号，接收线圈用于接收甚低频波段的电磁波信号并传输给信号处理模组，信号处理模组用于对甚低频波段的电磁波信号进行处理并进行展示
。
[0006]其进一步的技术方案为，信号发生模组包括单片机
、
信号发生器
、
乘法器和第一功率放大器，单片机用于发送携带信息的数字信号，信号发生器用于产生对应甚低频磁电天线谐振频率的正弦波载波信号；乘法器用于将携带信息的数字信号与正弦波载波信号相乘，调制出
ASK
信号；第一功率放大器用于将
ASK
信号放大，放大后的
ASK
信号作为交变激励信号输出
。
[0007]其进一步的技术方案为，信号处理模组包括依次连接的带通滤波器
、
包络检测器
、
电压比较器和计算机，带通滤波器用于根据频率响应的特点将接收信号中选定的频率范围信号进行增强或衰弱；包络检测器用于提取过滤后的信号包络，进行
ASK
信号的解调；电压比较器用于对信号进行进一步的修整，得到解调信号，并通过计算机进行展示
。
[0008]其进一步的技术方案为，信号发生模组包括单片机和第一功率放大器，单片机用于发送携带信息的模拟信号，第一功率放大器用于将携带信息的模拟信号放大，放大后的模拟信号作为交变激励信号输出
。
[0009]其进一步的技术方案为，信号处理模组包括第二功率放大器和计算机，第二功率放大器用于将接收信号进行放大，并通过计算机进行展示
。
[0010]其进一步的技术方案为，甚低频磁电天线包括两个永磁体，以及第一磁致伸缩层
、
压电层和第二磁致伸缩层形成的三明治结构；两个永磁体分别设置在三明治结构沿长度方向的两端，提供偏置磁场；在压电层厚度方向相对的两个面覆盖有电极片，电极片连接信号发生模组的输出，接收交变激励信号
。
[0011]其进一步的技术方案为，压电层为将
PbO、SrCO3、BaCO3、MgNb2O6、TiO2、ZrO2和
Sm2O3通过高温烧结
、
固相反应制备得到的压电陶瓷，或者压电层为
PZT
陶瓷
、PMN
‑
PT
单晶
/
陶瓷
、LiNbO3单晶中的一种
。
[0012]其进一步的技术方案为，第一和第二磁致伸缩层的材料均为
Metglas、Terfenol D、GaFe
合金或
CoFe
合金中的一种
。
[0013]其进一步的技术方案为，电极片的材料为
Ag、Au、Cu
或
Pt
中的一种
。
[0014]其进一步的技术方案为，压电层的长度为
40mm
，宽度为
20mm
，高度
0.5mm
；第一和第二磁致伸缩层的长度均为
140mm
，宽度均为
20mm。
[0015]本专利技术的有益技术效果是：
[0016]本申请提供了一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统，天线结构呈第一磁致伸缩层
‑
压电层
‑
第二磁致伸缩层的三明治结构，逆磁电效应可以理解为磁致伸缩材料的磁致伸缩效应和压电材料的逆压电效应的结合，即在携带信息的外界交变电场的驱动下，磁电复合材料以应力
/
应变为媒介，实现压磁材料磁化强度产生变化，进而对外部空间造成电磁辐射，从而将调制信号或放大的模拟信号在甚低频波段发射出去；本申请设计的甚低频磁电天线结构
、
信号发生模组和信号处理模组电路结构体积小
、
易实现，且提供的原始信号可以为数字信号或模拟信号，所提供的甚低频信号传输系统具有传输甚低频信号的优势，同时信息传输效率高，稳定性好
。
附图说明
[0017]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于磁电天线的甚低频信号传输系统，其特征在于，包括信号发生模组
、
甚低频磁电天线
、
接收线圈和信号处理模组，所述信号发生模组用于产生交变激励信号以驱动所述甚低频磁电天线，所述甚低频磁电天线基于逆磁电效应向外部空间发送甚低频波段的电磁波信号，所述接收线圈用于接收所述甚低频波段的电磁波信号并传输给所述信号处理模组，所述信号处理模组用于对所述甚低频波段的电磁波信号进行处理并进行展示
。2.
根据权利要求1所述的基于磁电天线的甚低频信号传输系统，其特征在于，所述信号发生模组包括单片机
、
信号发生器
、
乘法器和第一功率放大器，所述单片机用于发送携带信息的数字信号，所述信号发生器用于产生对应甚低频磁电天线谐振频率的正弦波载波信号；所述乘法器用于将所述携带信息的数字信号与所述正弦波载波信号相乘，调制出
ASK
信号；所述第一功率放大器用于将所述
ASK
信号放大，放大后的
ASK
信号作为所述交变激励信号输出
。3.
根据权利要求2所述的基于磁电天线的甚低频信号传输系统，其特征在于，所述信号处理模组包括依次连接的带通滤波器
、
包络检测器
、
电压比较器和计算机，所述带通滤波器用于根据频率响应的特点将接收信号中选定的频率范围信号进行增强或衰弱；所述包络检测器用于提取过滤后的信号包络，进行所述
ASK
信号的解调；所述电压比较器用于对信号进行进一步的修整，得到解调信号，并通过所述计算机进行展示
。4.
根据权利要求1所述的基于磁电天线的甚低频信号传输系统，其特征在于，所述信号发生模组包括单片机和第一功率放大器，所述单片机用于发送携带信息的模拟信号，所述第一功率放大器用于将所述携带信息的模拟信号放大，放大后的模拟信号作为所述交变激励信号输出
。5.
根据权利要求4所述的基于磁电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪尧进，胡标，高悦，冯非凡，房泽，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：