[發明專利]一種超小型ULF/VLF旋轉電荷天線及信號幅頻調制方法

有效

• 申請號: 201810351522.4
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108717995B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 王宗新;楊非;曹振新
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/314
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種超小型ULF/VLF旋轉電荷天線，包括轉輪，轉輪上設有導體板，轉輪軸上套設有導電環，導電環與轉輪軸之間絕緣，導電環外側設有導電碳刷，轉輪旋轉時，導電環能夠與導電碳刷保持接觸，導電環還與導體板電連接，導電碳刷連接電壓源的正極。本發明設計的天線具有極小的電尺寸，在ULF/VLF頻段可以用米級的體積實現，遠遠小于現有技術中體積為千米級的天線，并且不會影響天線的輻射效率。

技術領域

本發明涉及一種超小型ULF/VLF旋轉電荷天線及信號幅頻調制方法。

背景技術

低頻電磁波頻譜具有非常重要軍事應用價值。特低頻(Ultra Low Frequency-ULF，頻率范圍300Hz～3kHz)信號最重要的好處是可以穿透水、土壤、巖石和建筑材料等傳導性媒介，適合用于遠距離以及水下軍事通信。甚低頻(Very Low Frequency-VLF，頻率范圍3～30kHz)同樣也適用于軍事通信，在地面和地球表面上空70～85千米的電離層之間形成VLF頻段的電磁波波導，在這種地球-電離層波導中傳播的VLF電磁波信號的衰減非常小，可以傳播很遠的距離，實現超視距通信。

軍方一直都在使用ULF和VLF技術進行水底通信或其他用途。盡管水聲通信系統對于水面戰艦和潛艇之間，以及潛艇和潛艇之間的聯合戰術動作時非常有效的，但是這些水聲通信系統僅僅適用于短距離通信，最遠只能到10～30千米，如果潛艇在常規水域之外工作，遠離了國家防衛和通信系統所覆蓋的區域，就會出現問題。在遙遠的大海深處，唯一可用的通信手段就是特低頻(ULF)或者甚低頻(VLF)無線電。目前各國海軍在用的主要對潛指揮通信系統就是地基的VLF通信系統，地基的VLF通信發射天線采用的數量眾多的鐵塔，鋪設較大面積的地網。潛水艇也使用該頻帶與周邊潛水艇、艦船、中繼浮標、UAV、地基設備等進行低數據率通信。此外，GPS在水面下無法運行，而ULF能通過三角定位標定潛艇位置，這種應用有助于海軍開發無人潛艇。

傳統天線的輻射效率受制于天線口徑尺寸，天線的電尺寸過小會使得天線的效率極低，甚至幾乎不能輻射。目前在ULF/VLF頻段并不缺少靈敏度較高的接收機，然而ULF和VLF頻段自由空間的電磁波波長可能達數百至數千千米，用常規的天線方法設計的ULF/VLF發射系統的體積非常龐大，通常需要如圖1那樣架設在很多高塔之上，例如美國海軍在緬因州卡特勒建設的世界上功能最強大的VLF發射機占地2000英畝，架設在26個850-1000英尺高的鐵塔之上，這樣的發射機在很多作戰環境下易被摧毀，且很不利于維護，尤其是需要移動的情況下，要通過巨型空氣球或衛星攜帶，極不實用。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種能夠大大減小天線體積的超小型ULF/VLF旋轉電荷天線，以及天線信號的幅頻調制方法。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的超小型ULF/VLF旋轉電荷天線，包括轉輪，轉輪上設有導體板，轉輪軸上套設有導電環，導電環與轉輪軸之間絕緣，導電環外側設有導電碳刷，轉輪旋轉時，導電環能夠與導電碳刷保持接觸，導電環還與導體板電連接，導電碳刷連接電壓源的正極。

進一步，所述轉輪外側設有固定不動的導體環帶，導體環帶連接電壓源的負極。之所以這樣設計，是因為一般情況下孤立導體的電容量較小，上面聚集的電荷量很小，所輻射電磁波的強度在很遠地方(例如大洋深處)會衰減到難以檢測的程度。因此，本發明在轉輪外側加了一個導體環帶，導體板上帶正電，導體環帶上帶負電，這樣導體板和導體環帶就構成了一個類平行板電容器，其電容與導體板面積以及導體板到導體環帶之間的距離有關。當導體板面積一定時，通過縮小導體板與導體環帶之間的距離，可以顯著增大電容，使得導體板上聚集足夠多的電荷，產生足夠強的電磁波。

進一步，所述導體環帶外包裹有絕緣層。

進一步，所述導電環通過埋設在轉輪軸的線槽里的導線與導體板連接。

進一步，還包括絕緣支架，導電碳刷架設在絕緣支架上。