[发明专利]基于压电机械天线的低频语音通信系统

说明书

本发明提供了一种基于压电机械天线的低频语音通信系统，该通信系统包括函数信号发生器、功率放大器、馈电支架、环形天线、锁相放大器和计算机。所述计算机控制函数信号发生器产生需要发射的电磁波信号，所述功率放大器将函数信号发生器输出的射频信号功率进行放大，并通过馈电支架激励压电陶瓷，产生逆压电效应，辐射电磁波。环形天线接收压电陶瓷辐射的电磁波信号，传输至锁相放大器进行信号滤波放大，通过所述计算机转化为发射端的语音信号。该基于压电机械天线的低频语音通信系统设备安装简单、尺寸小，信息传输效率高，在水下无线通信、定位、导航等方面具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及低频通信技术领域，具体涉及一种基于压电机械天线的低频语音通信系统。

背景技术

目前，我国的5G通信技术发展处于世界前列，5G使用人数占到了全世界的80％以上。但是，在面对隧道、矿井等地下通信，和水下通信等特殊的通信环境时，需要低频电磁波作为信号传输的载体，低频电磁波的波长达到成千上万米，需要与电磁波波长相当的天线阵来发射和传输电磁波，这造成了低频电激励天线尺寸过大、成本过高和使用灵活性低等问题。无法应用于地下和水下通信，所以低频小型化信号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。机械天线与传统的电激励天线不同，机械天线是将机械能转换为电磁能，不需要阻抗匹配网络，有望实现小型低频信号发射机。根据不同的辐射材料和机械运动方式，机械天线分为驻极体式、永磁体式和压电谐振式。其中，驻极体式和永磁体式都是通过机械驱动利用机械驱动电磁偶极子来产生电磁波信号，但是此两种的机械天线传输距离太短，限制了机械天线在低频通信中的应用效率。然而，压电谐振式机械天线利用压电材料的逆压电效应同时充当电偶极子，通过弹性形变实现能量转换，从而辐射电磁波。可以有效地解决低频信号传输系统的小型化问题。但是目前的压电机械天线通信系统存在信号传输效率低、穿透能力弱等问题。

目前的机械天线都在电磁波产生和传播等方面研究，对实际应用方面的研究不是很深入。在地下和水下通信，水下军事指挥等情况，都是通过语音传递信息，所以提出一种基于压电机械天线的低频语音信号传输系统是很必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压电机械天线的低频语音通信系统，以解决低频信号传输系统的小型化和低频信号传输系统的实际应用问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于压电机械天线的低频语音通信系统，该语音通信系统由函数信号发生器、功率放大器、馈电支架、压电陶瓷、环形天线、锁相放大器和计算机组成，其特征在于：

所述函数信号发生器产生一定频率的信号，功率放大器放大函数信号发生器输出的信号，最终通过馈电支架调制到压电陶瓷上，使信号辐射到自由空间，此为信号发射端。

进一步的，当使用馈电探针或电线直接馈电，导致压电陶瓷表面的电压分布不均匀，馈电点的电压过高，而其它未接触点的电压过低，功率放大器无法在峰峰值电压下工作，压电机械天线辐射信号强度不高，所以为了提升压电陶瓷表面的电压，使压电机械天线辐射的信号强度更高，所述的馈电支架可根据压电陶瓷的尺寸进行定制，使功率放大器在最大输出电压下工作，产生更强的信号。

进一步的，所述环形天线为金属导线绕成的环形线圈，用来接收压电机械天线辐射的信号，所述锁相放大器将对接收的信号进行滤波处理，使信号噪声减弱，信号强度增强。所述环形天线和锁相放大器组成信号接收端。

进一步的，为了模拟实际信息传输，使用计算机控制信号发射端发射的信号编码波形和信号频率，可根据现场环境选择最适合发射的信号频率。计算机将接收到的语音信息转化为文本信息，再将文本信息通过汉字编码字符集转化为二进制数字，进一步控制函数信号发生器信号输出，最终控制信号发射端发射信号的工作频率和信号编码波形。