高温超导材料应用于低频电磁通信机械天线的关键技术研究

Low-frequency electromagnetic communication plays an irreplaceable role in cross-border communication, underwater communication, minimum communication and other communication occasions.However, the large size and low radiative efficiency of the transmitting antenna limits the application of low frequency electromagnetic communication system. Mechanical antenna can achieve low frequency electromagnetic communication transmitting antenna miniaturization, lightweight and low power consumption. High temperature superconducting materials have big current capacity and in developing high mechanical antenna poles on strength of the electromagnetic induction have special advantages. This topic will be carried out research on key technology for low frequency electromagnetic communications mechanical antenna made of High temperature superconducting materials, mainly is suitable for high temperature superconducting magnetic information modulation method, cryogenic refrigeration system, and torque transmission structure three aspects of content, technical basis for the successful design of the mechanical antenna.

低频电磁通信在跨界通信、水下通信、最低限度通信等通信场合具有不可替代的作用，但是体积庞大且辐射效率低的发信天线限制了低频电磁通信的应用。机械天线可以实现低频电磁通信发射天线的小型化、轻量化和低功耗，高温超导材料具备大通流能力，在研制高电磁感应强度的机械天线磁极方面具备特殊优势，本课题将开展高温超导材料应用于低频电磁通信机械天线的关键技术研究，主要包含适用于高温超导磁极的信息调制方法、低温制冷系统和力矩传导结构三个方面的内容，为机械天线的成功研制奠定技术基础。

本项目以机械天线为研究对象，针对高温超导材料应用于低频电磁通信的技术难点，从高温超导材料的基本特性和应用环境需求出发，开展了高温超导材料应用于低频电磁通信机械天线的关键技术研究工作，研究计划执行情况如下：调研了高温超导材料和机械天线的最新研究进展情况，分析了不同信息调制方式带来的电场、磁场、温度场和应力下的高温超导材料通流特性，提出了适用于极低频和超低频频段的高温超导机械天线的信息调制方法，研究了满足高温超导机械天线磁极动态条件下低温需求的制冷系统设计方案，归纳总结了高温超导材料应用于低频电磁通信领域目前可行的技术路线。.本项目提出了基于时变激励的多维高温超导强磁极电磁发射方法，采用矩阵的形式将多个磁极的信号进行相互强化，既能规避旋转高温超导磁极难以规避的机械难题，也能够很好地利用高温超导材料的大通流能力，还能够降低单个磁极的端部工作电压，为高温超导材料应用于透地通信提供了一条新的解决思路。.本项目提出的基于柔性驱动的低频电磁通信高温超导机械天线结构形式，采用闭环运行的超导磁体作为辐射源，解决了常规永磁体场强不足的问题，能够使信号传播的距离更远，甚低频情况下可以穿透的水下和地下的深度更深，保证了深海电磁通信和透地通信的要求；此外，柔性驱动的低频电磁通信机械天线采用隔离式组合结构，驱动装置与辐射源之间不通过机械链接带动，调制信号的方式灵活多样化。机械天线需要经常变换旋转速度，磁力驱动是一种柔性连接方式，相对于常规结构件直接刚性连接的方式，适用于驱动电机转速发生大幅变化时的信息调制方式。