本发明涉及一种超低频无线通信技术领域尤其涉及一种低耗机械天线超低频通信装置。
背景技术：
超低频通信技术是利用无线电频谱中的超/极低频谱段进行无线通信的技术。其中超低频(30hz～300hz)波段具有如下优点：(1)、在水和土壤中的路径损耗较小；(2)、对不可靠的传播条件不敏感，传播稳定可靠；(3)、抗干扰能力较强。基于超低频波段的优点，超低频通信具有如下优点：(1)、超低频信号在地壳中传播的衰减远比其它常用的低频信号低得多，因此可以有更高的穿透深度；(2)、超低频信号对不可靠的传播条件不敏感，传播稳定可靠，是为数极少的几种不受电磁波破坏的通信手段之一；(3)、抗干扰能力较强，如果试图干扰超低频通信，就必须要有比超低频通信信号更强大的功率输出。
虽然超低频通讯具有如此多的优势，但是超低频通信仍存在的最大问题是如何实现超低频电磁波的有效产生。
传统的elf～ulf天线是电场天线或磁场天线，电场天线需要电偶极子辐射电磁波，磁场天线需要线圈辐射电磁波。在这两种情况下，辐射电阻值较低，产生显著的辐射功率需要较大的振荡电流。天线的欧姆电阻只有使用超导结构这些电流耗散的能量才会很小，但是使用超导结构在材料和冷却方面花费巨大。巨大的天线尺寸在战争时期极易被破坏，不利于军事方面的使用。
技术实现要素：
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种低耗机械天线超低频通信装置，包括超低频信号发射模块和超低频信号接收模块；
所述超低频信号发射模块将产生的超低频信号传输给所述超低频信号接收模块；
所述超低频信号接收模块将发射模块产生的超低频信号接收，并将接收到的超低频信号进行处理获得所述超低频信号发射模块产生的低频信号信息。
进一步地：所述超低频信号发射模块包括电机和永磁体；
所述电机驱动所述永磁体旋转产生时变磁场，并将磁场信号传输给所述超低频信号接收模块；
所述超低频信号接收模块包括磁信号传感器、放大整形滤波电路、数据采集单元和上位机；
所述磁信号传感器采集所述超低频信号发射模块发射的磁场信号并转换成电压信号，并将采集到的电压信号传递给所述放大整形滤波电路进行滤波、整形及放大处理，所述放大整形滤波电路将处理后的电压信号传递给所述数据采集单元，所述数据采集单元将采集到处理后的电压信号换成数字信号并传递给所述上位机，所述上位机对传递的数字信号进行傅里叶变换得到所述超低频信号发射模块的频域图。
进一步地,所述磁信号传感器采用三轴正交方形线圈。
进一步地：所述超低频信号发射模块还包括卡盘和机架，所述永磁体通过所述卡盘进行装载，所述电机通过机架进行固定，所述永磁体通过与电机连接的卡盘驱动旋转产生时变磁场。
进一步地：所述放大整形滤波电路包括滤波电路和放大整形电路，所述滤波电路和所述放大整形电路电连接。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种低耗机械天线超低频通信装置，其中信号发射模块可以实现与电机工作频率相同的时变磁场，采用永磁体作为发射源，可以永久使用，不用考虑阻抗匹配问题，采用三轴正交线圈信号接收的全向性更好，并且线圈本身具有滤波功能，收集到的信号噪声较少，以提高接收天线信噪比。该装置采用超低频通信，传播损耗小，传输距离远且抗干扰能力强，并且该装置系统采用短时傅立叶变化，可以实时观测通讯信号频率变换。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种低耗机械天线超低频通信装置的结构示意图；
图2为本发明中超低频磁场信号产生模块结构示意图；
图3为本发明中超低频磁场信号接收模块结构示意图；
图4为时频域图；
图5为滤波电路图；
图6为放大整形电路图。
图中：1、卡盘，2、电机，3、机架，4、永磁体，5、方形线圈框架，6、三轴正交线圈，7、数据采集卡，8、放大整形滤波电路，9、上位机。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明中一种低耗机械天线超低频通信装置的结构示意图，一种基于低耗机械天线超低频通信装置，包括超低频磁场信号产生模块和超低频磁场信号接收模块。
图2为本发明中超低频磁场信号产生模块结构示意图，所述超低频磁场信号产生模块包括：卡盘1、电机2、机架3、永磁体4，其中所述机架3用于固定所述电机2；所述卡盘1用于装载所述永磁体4，所述永磁体4通过与所述电机2连接的卡盘3带动旋转产生时变磁场；旋转永磁体在距离r处产生的磁感应强度和电场分别为：
图3为本发明中超低频磁场信号接收模块示意图，该超低频磁场信号接收模块包括方形线圈框架5、三轴正交线圈6、数据采集卡7、放大整形滤波电路8和上位机9，其中方形框架5用于固定三轴正交线圈6；所述三轴正交线圈6将采集到的磁信号转换成电压信号，并将电压信号传递给所述放大整形滤波电路8进行滤波、整形及放大处理，并将处理后的电压信号传递给所述数据采集卡7，所述数据采集卡7将采集到处理后的电压信号转换成数字信号并传递给上位机9，所述上位机9对传递的数字信号进行傅里叶变换得到所述超低频信号发射模块的频域图，时频域图如图4所示。
其中三轴正交线圈6中的三个方形线圈的边长、材料、单匝线径和匝数都相同，设计为三轴正交线圈是为了收集空间磁感信号更全面，其中每个方形线圈设计方法如下：设计选取1ω-1mh的天线阻抗，其中电阻计算公式为
放大整形滤波电路包括滤波电路和放大整形电路。
图5为滤波电路图，该滤波电路图包括电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2和放大器u1；电阻r1一端与输入相连接，电阻r1另一端与所述电阻r2的一端和所述电容c2的一端相连接；所述电阻r2的另一端与所述电容c1的另一端和放大器u1的正向输入端相连接；所述电容c1的另一端与所述电容c2的另一端及地相连接；所述放大器u1的负向输入端与电源vcc相连接，放大器u1的输出端与所述电源vcc和电源vff相连接。
图6为放大整形电路图，该放大整形电路图包括放大器u2、放大器u3、放大器u4、放大器u5、电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6；电阻r3的的一端与输入相连接，电阻r3的另一端与所述放大器u3的正向输入端相连接，所述放大器u3的负向输入端和输出端、电源vcc及电阻r5的一端相连接，所述电阻r4的一端与输入相连接，另一端和放大器u4的正向输入端相连接，放大器u4的负向输入端与输出端和电阻r6的一端相连接，所述电阻r6的另一端和放大器u5的正向输入端相连接，电阻r5的另一端和放大器u5的负向输入端相连接，放大器u5的输出端和放大器u6的负向输入端相连接，放大器u6的正向输入端和放大器u6的输出端相连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种低耗机械天线超低频通信装置，其特征在于：包括超低频信号发射模块和超低频信号接收模块；
所述超低频信号发射模块将产生的超低频信号传输给所述超低频信号接收模块；
所述超低频信号接收模块将发射模块产生的超低频信号接收，并将接收到的超低频信号进行处理获得所述超低频信号发射模块产生的低频信号信息。
2.根据权利要求1所述的一种低耗机械天线超低频通信装置，其特征还在于：
所述超低频信号发射模块包括电机和永磁体；
所述电机驱动所述永磁体旋转产生时变磁场，并将磁场信号传输给所述超低频信号接收模块；
所述超低频信号接收模块包括磁信号传感器、放大整形滤波电路、数据采集单元和上位机；
所述磁信号传感器采集所述超低频信号发射模块发射的磁场信号并转换成电压信号，并将采集到的电压信号传递给所述放大整形滤波电路进行滤波、整形及放大处理，所述放大整形滤波电路将处理后的电压信号传递给所述数据采集单元，所述数据采集单元将采集到处理后的电压信号换成数字信号并传递给所述上位机，所述上位机对传递的数字信号进行傅里叶变换得到所述超低频信号发射模块的频域图。
3.根据权利要求2所述的一种低耗机械天线超低频通信装置，其特征还在于：所述磁信号传感器采用三轴正交方形线圈。
4.根据权利要求2所述的一种低耗机械天线超低频通信装置，其特征还在于：所述超低频信号发射模块还包括卡盘和机架，所述永磁体通过所述卡盘进行装载，所述电机通过机架进行固定，所述永磁体通过与电机连接的卡盘驱动旋转产生时变磁场。
5.根据权利要求2所述的一种低耗机械天线超低频通信装置，其特征还在于：所述放大整形滤波电路包括滤波电路和放大整形电路，所述滤波电路和所述放大整形电路电连接。
技术总结