磁电复合机械天线架构、架构分析方法及架构测试方法技术

本发明专利技术公开了一种磁电复合机械天线架构，包括沿预设方向依次设置的电致伸缩部、机械振动传导部和压磁部；电致伸缩部包括电致伸缩材料本体和驱动部，用于通过将驱动部提供的电能通过电致伸缩材料本体转换为机械能；机械振动传导部，用于将来源于电致伸缩部的机械振动波传导给压磁部；压磁部，用于将通过机械振动传导部传导过来的机械能转换为磁能并对外辐射。本申请基于磁场在水中的衰减弱于电场的特性，将现有的磁电复合机械天线一般所采用的磁

【技术实现步骤摘要】
磁电复合机械天线架构、架构分析方法及架构测试方法


[0001]本专利技术涉及低频通讯
，更具体地，涉及一种磁电复合机械天线架构、架构分析方法及架构测试方法。

技术介绍

[0002]磁电复合机械天线是一种新型低频电磁发信技术，该技术有望突破传统电小天线的物理尺寸限制，有利于解决现有低频机械天线系统体积庞大、设备复杂、辐射效率低以及功耗大等问题，突破了旋转式机械天线的频带限制和驻极体式机械天线的应用环境限制，能够提高低频通信的机动性和灵活性，在水下、地下通信及导航定位等领域具有广泛的应用前景，已成为当前国内外相关领域的研究热点。
[0003]然而，现有的磁电复合机械天线存在如下的一些缺陷：一、现有的磁电复合机械天线一般采用磁场激励磁致伸缩材料，形成机械振动，再传导至压电材料，引起电场变化进而实现通信。由于电场在水中的衰减较大，此种天线的设计方式不利于信号在水中的传播。二、针对增强磁电复合机械天线的辐射场强的技术需求，现有的相关改进技术一般集中在材料领域，企图通过提升材料的导电或导磁性能来提升天线的辐射场强，其提升程度有限，且技术路径狭隘，技术发展受限。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
部分提及的现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种磁电复合机械天线架构、架构分析方法及架构测试方法，用以提升磁电复合机械天线在水中的通信性能，并拓展增强磁电复合机械天线的辐射场强的技术路径。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种磁电复合机械天线架构，包括沿预设方向依次设置的电致伸缩部、机械振动传导部和压磁部；
[0006]所述电致伸缩部包括电致伸缩材料本体和驱动部，用于通过将驱动部提供的电能通过电致伸缩材料本体转换为机械能；
[0007]所述机械振动传导部，用于将来源于电致伸缩部的机械振动波传导给压磁部；
[0008]所述压磁部，用于将通过机械振动传导部传导过来的机械能转换为磁能并对外辐射。
[0009]进一步地，还包括动态定向磁场偏置模块；
[0010]所述动态定向磁场偏置模块，用于产生偏置磁场并施加于所述压磁部，通过改变所述压磁部内磁畴的偏转方向以增大所述压磁部的振动幅度。
[0011]进一步地，还包括固定约束模块；
[0012]所述压磁部的振动模式以反向振动磁偶极子模型进行设计；所述固定约束模块对所述压磁部进行垂直于压磁部振动方向的固定约束，以使所述压磁部的振动状态与所述反向振动磁偶极子模型的理论振动状态保持一致。
[0013]进一步地，所述偏置磁场为与所述驱动部提供的电能激励信号同频同相的偏置磁
场。
[0014]进一步地，所述驱动部包括信息加载模块、驱动模块和电源模块；
[0015]所述信息加载模块，用于根据预设调制策略将输入的基带数据映射为所述压磁部的振动状态控制信号；
[0016]所述驱动模块，用于基于所述振动状态控制信号对所述电致伸缩材料本体施加动态电信号激励；
[0017]所述电源模块，用于为所述信息加载模块和驱动模块提供电功率。
[0018]进一步地，所述固定约束模块采用无磁性材料制成。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种磁电复合机械天线架构分析方法，包括：基于磁场在水中的衰减弱于电场，构建电致伸缩部
‑
机械振动传导部
‑
压磁部的磁电复合机械天线架构；
[0020]其中，所述电致伸缩部包括电致伸缩材料本体和驱动部，用于通过将驱动部提供的电能通过电致伸缩材料本体转换为机械能；
[0021]所述机械振动传导部，用于将来源于电致伸缩部的机械振动波传导给压磁部；
[0022]所述压磁部，用于将通过机械振动传导部传导过来的机械能转换为磁能并对外辐射。
[0023]进一步地，包括：
[0024]分析以获取磁矩与振动幅度呈正相关的第一分析结论；
[0025]基于所述第一分析结论，对压磁部施加偏置磁场，通过改变所述压磁部内磁畴的偏转方向以增大所述压磁部的振动幅度。
[0026]进一步地，包括：
[0027]分别获取磁单极子模型、同向振动磁偶极子模型和反向振动磁偶极子模型的磁矩表达式；
[0028]分析以获取磁极子的辐射取决于其磁矩对时间的二阶导数的第二分析结论；
[0029]基于所述第二分析结论，以及磁单极子模型、同向振动磁偶极子模型和反向振动磁偶极子模型的磁矩表达式，确认所述压磁部的振动模式以所述反向振动磁偶极子模型进行设计。
[0030]第三方面，本专利技术提供了一种磁电复合机械天线架构测试方法，包括：
[0031]使用电机驱动代替电致伸缩材料驱动，分别搭建单端振动磁偶极子模型第一测试对照组、同向振动磁偶极子模型第二测试对照组、反向振动磁偶极子模型第三测试对照组、添加动态偏置磁场的反向振动磁偶极子模型第四测试对照组和添加动态偏置磁场的反向振动空白模型第五测试对照组；
[0032]分别测量并获取第一至第五测试对照组振动时在相应固定点位处的磁振动信号幅值；
[0033]对比由上述五组测试对照组所分别获取的磁振动信号幅值，确认上述添加动态偏置磁场的反向振动磁偶极子模型第四测试对照组振动时所产生的磁场场强最大。
[0034]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0035](1)现有的磁电复合机械天线一般采用磁场激励磁致伸缩材料，形成机械振动，再
传导至压电材料，引起电场变化进而实现通信。由于电场在水中的衰减较大，因此此种天线的设计方式不利于信号在水中的传播。本专利技术基于磁场在水中的衰减弱于电场的特性，将现有的磁电复合机械天线一般所采用的磁
‑
电天线架构改为电
‑
磁天线架构，通过电信号激励电致伸缩材料进而驱动压磁材料产生变化的磁场进行辐射，从而提升了磁电复合机械天线在水中的通信性能。
[0036](2)针对增强磁电复合机械天线的辐射场强的技术需求，现有的相关改进技术一般集中在材料领域，企图通过提升材料的导电或导磁性能来提升天线的辐射场强，其提升程度有限，且技术路径狭隘，技术发展受限。本专利技术通过设计新型的磁电复合机械天线架构，在压磁材料振动方向上添加外置的同频变化的偏置磁场，通过改变磁畴的偏转方向来增大压磁材料的振动幅度，进而提高了天线产生的磁场场强。本专利技术避免了常规的通过改进材料来提升天线的辐射场强的技术路径依赖，创造性地从天线本体的角度来提升辐射场强，从而拓展了增强磁电复合机械天线的辐射场强的技术路径，且可更大程度地提升磁电复合机械天线的辐射场强。
[0037](3)目前对于磁电复合机械天线场强的理论推导集中在分析三类等效磁单/偶极子振动所产生的场强公式，未能将三类不同振动方向的磁单/偶极子与天线的实际架构相结合。本专利技术提出了以反向振动磁偶极子模型来设计压磁部的振动模式的新的设计思路，明确了压磁部的振动模式的设计原型，为后续的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁电复合机械天线架构，其特征在于，包括沿预设方向依次设置的电致伸缩部、机械振动传导部和压磁部；所述电致伸缩部包括电致伸缩材料本体和驱动部，用于通过将驱动部提供的电能通过电致伸缩材料本体转换为机械能；所述机械振动传导部，用于将来源于电致伸缩部的机械振动波传导给压磁部；所述压磁部，用于将通过机械振动传导部传导过来的机械能转换为磁能并对外辐射。2.如权利要求1所述的磁电复合机械天线架构，其特征在于，还包括动态定向磁场偏置模块；所述动态定向磁场偏置模块，用于产生偏置磁场并施加于所述压磁部，通过改变所述压磁部内磁畴的偏转方向以增大所述压磁部的振动幅度。3.如权利要求2所述的磁电复合机械天线架构，其特征在于，还包括固定约束模块；所述压磁部的振动模式以反向振动磁偶极子模型进行设计；所述固定约束模块对所述压磁部进行垂直于压磁部振动方向的固定约束，以使所述压磁部的振动状态与所述反向振动磁偶极子模型的理论振动状态保持一致。4.如权利要求2所述的磁电复合机械天线架构，其特征在于，所述偏置磁场为与所述驱动部提供的电能激励信号同频同相的偏置磁场。5.如权利要求1或4所述的磁电复合机械天线架构，其特征在于，所述驱动部包括信息加载模块、驱动模块和电源模块；所述信息加载模块，用于根据预设调制策略将输入的基带数据映射为所述压磁部的振动状态控制信号；所述驱动模块，用于基于所述振动状态控制信号对所述电致伸缩材料本体施加动态电信号激励；所述电源模块，用于为所述信息加载模块和驱动模块提供电功率。6.如权利要求3所述的磁电复合机械天线架构，其特征在于，所述固定约束模块采用无磁性材料制成。7.一种磁电复合机械天线架构分析方法，其特征在于，包括：基于磁场在水中的衰减弱于电场，构建电致伸缩部
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【专利技术属性】
技术研发人员：窦高奇，王世宇，冯士民，付天晖，杨凯新，张嘉雨，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：