[发明专利]基于旋转永磁体的机械天线阵列系统

说明书

本发明公开了一种基于旋转永磁体的机械天线阵列系统，主要解决现有技术中的机械天线电荷极化困难以及在复杂电磁环境中的辐射强度低的问题。其包括旋转电机(1)、转盘(2)、天线阵列(3)；该旋转电机通过其电机轴与转盘相连接；该天线阵列是由位于同一平面内的多个永磁体天线单元组成不同形状的几何体，并固定在转盘上；旋转电机周期性地往复旋转，带动天线阵列往复运动，通过调整旋转电机的转速，改变旋转电机的工作频率，使其天线阵列产生超低频或甚低频电磁信号；通过调整天线阵列各单元之间的间距，改变机械天线系统的辐射强度。本发明减小了天线的尺寸，提高天线系统的辐射强度，可用于超低频、甚低频通信。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种天线阵列系统，可用于超低频、甚低频通信。

背景技术

超低频、甚低频电磁波信号由于频率较低，它们对应的波长均很长，具有很强的穿透性能和传播性能，能够在水下或者恶劣环境中进行传播，同时还能进行远距离传播，如不仅能在水下、岩石、金属中进行传播，还能够在电离层中进行洲际传播，因而具有十分重要的应用。

近年来，在不断研究和优化传统天线的同时，研究者们又在积极寻求一种能够适应不同环境且能够发射或者接收不同频段电磁波的新型天线。2017年美国国家高级研究计划局DARPA宣布正式启动机械天线AMEBA项目,该项目主要寻求一种在陆地、水中、地下均可以传播的小型、轻质、高效能的全新VLF以及ULF发射装置。传统形式的天线显然不能满足这些需要，因此研究出一种能够突破传统天线的尺寸限制且能够在不同介质中传输很远距离的新型天线已经成为目前的研究热点。相比于传统的依靠高频振荡电流来辐射电磁信号的甚低频发射天线而言，机械天线则通过驻极体或者永磁体的机械运动，在空间产生一定的时变电磁场，然后通过电磁感应，最终产生电磁波信号。

东南大学王宗新等人通过旋转带电导体板设计了一种超小型ulf发射天线，这种天线对于如何聚集更多的电荷以提高辐射强度具有一定的挑战。北京航天航空大学崔勇等人通过研究驻极体材料设计了基于驻极体材料的低频通信系统，同样面临着电荷极化困难以及辐射强度难以提高的不足。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于旋转永磁体的机械天线阵列系统，以解决驻极体和带电导体板式机械天线电荷极化困难、在复杂电磁环境中的辐射强度难以提高的问题。

为实现上述目的，本发明基于旋转永磁体的机械天线阵列系统，包括旋转电机、转盘、天线阵列，其特征在于：

所述的旋转电机通过其电机轴与转盘相连接；

所述的天线阵列由位于同一平面内的四个相位差均为90°的永磁体构成四边形结构，并固定在转盘上，旋转电机周期性地往复旋转，带动天线阵列往复运动，通过调整旋转电机的转速，产生超低频、甚低频电磁信号。

作为优选，所述旋转电机采用变频电机，其转速在0-6000转每秒范围内可调。

作为优选，所述转盘由采用高分子复合材料，其半径为20-100mm,厚度为5-10mm。

作为优选，所述永磁体采用NdFeB型永磁体材料，其长为6-10mm,宽为0.5-2mm，高为0.5-2mm。

作为优选，固定在转盘上的天线阵列，其阵元之间的间距可通过固定件任意调节，以改变机械天线系统的辐射强度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

第一，本发明的机械天线阵列单元采用NdFeB型永磁体材料，由于NdFeB型永磁体材料是目前磁性最强的永磁体，能够永久性保持磁性，因此保证了机械天线在使用过程中的稳定性，且可长久使用，提高了使用寿命。