旋转永磁式机械低频天线的系统设计与验证

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,面向旋转永磁式机械天线的理论研究和技术实践,提出了基于多物理场耦合仿真的系统设计和性能校验方法。设计了包含永磁磁源、高效驱动电机及其控制器在内的旋转永磁式机械天线系统方案。研制了实验样机,并对其系统性能和近区磁场进行了实验测试,验证了相关设计方法和系统方案的可行性与有效性。结果表明,该样机的磁场场强和尺寸等主要指标达到了美国“机械天线”项目在射频穿透技术领域的要求,为旋转永磁式机械天线方案研究和样机设计提供了一种可行思路。

旋转永磁式机械天线的研究与实现

为实现低频电磁发信系统的小型化和低功耗,对基于旋转永磁体的机械天线,即利用永磁体机械旋转直接激励电磁波的新型低频电磁发信技术进行了理论研究与工程实践。提出基于钕铁硼永磁体和永磁同步电机的旋转永磁式机械天线技术方案及其信息加载方法,构建基于电-机械-电磁能量转换的系统模型,对其辐射效率和辐射功率进行初步分析,研究旋转永磁体在不同无限均匀介质中产生时变磁场的分布与衰减特性,研制了原理样机,并对其近区磁场和2FSK信号的加载特性进行了实验测试,验证了该方案的可行性和有效性。

机械天线阵列系统的伺服优化及调制方式

旋转永磁式机械天线(RMBMA)作为一种全新的超低频电磁通信模式,可以显著降发信机的尺寸和功耗,但其存在远距离辐射场强弱、通讯波特率和准确率低等问题,不利于实际应用。为此提出了基于永磁同步电机直驱式的旋转永磁式机械天线阵列系统,并针对机械天线信号调制的瞬态大电流和转速频繁切换的工况,提出了基于无差拍电流预测模型的机械天线位置差协调控制策略,提高了系统的伺服性能且满足应用需求。对所提位置差协调控制参数进行设计,理论验证系统的伺服性、稳定性及鲁棒性,实现机械天线调制信号的高传输速率与低误码率。最后,搭建了机械天线阵列系统的实验测试平台,并对其近区磁场场强分布和驱动系统的伺服性能进行了实验测试,系统的近区场强相比于单磁源实现了翻倍,有效解决了场强弱的问题。电机伺服系统转速无超调且调节时间≤0.25 s,达到了伺服控制指标。