CN103227649B - 无人机直流调制电源ofdm发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机直流调制电源OFDM发射机，属于无线电通信技术领域。所述无人机直流调制电源OFDM发射机包括激励器、幅度预测判决器、编码器、直流调制电源、末级功率放大器、输出滤波器和发射天线，幅度预测判决器将激励器所要发送的信号的瞬时幅值与设定值进行比较，并将比较结果传送给编码器；编码器对比较结果进行编码形成二进制码，直流调制电源根据二进制码给末级功率放大器提供电能；末级功率放大器用于对激励器所要发送的信号进行功率放大；输出滤波器用于对末级功率放大器的输出阻抗与发射天线的输入阻抗进行匹配；发射天线用于将经末级功率放大器放大的电信号变成磁信号并发射到空间。所述直流调制电源OFDM发射机可提高无人机的电源效率。

Description

无人机直流调制电源OFDM发射机

技术领域

本发明涉及一种无人机直流调制电源OFDM发射机，尤其涉及一种电源效率高的无人机直流调制电源OFDM发射机，属于无线电通信技术领域。

背景技术

无人机是一种以无线电遥控或自身程序控制为主的不载人飞机。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便，对作站环境要求低、战场生存能力较强等特点。现代战争中，无人机可以深入阵地前沿和敌后一二百公里对敌情进行侦察和监视，可以作为骗敌诱饵，对敌人实施干扰，对敌进行攻击，还可以进行通信中继，但是，无人机在完成其任务时需要电能，如果电能一旦用尽，其担任的任务就无法完成。

图1是现有技术中提供的末级功率放大器放大信号时提供电能的波形图。如图1所示，为了使发射信号u_F不失真的通过无线信道进行传输，在末级功率放大级需要提供的电源电压值E大于所发射信号的最大幅值，如此，大部分能量被以热能的形式消耗掉了。而对OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing正交频分复用)系统，信号的峰平比很高，大部分信号的幅值比较低，而只有极小一部分信号的幅度比较大，而采用现有技术中的供电方法，给末级功放加固定电压的电源，电源的利用率极低。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供无人机直流调制电源OFDM发射机，其电源利用率高，可以达到60％以上。

为实现所述发明目的，本发明提供一种无人机载直流调制电源OFDM发射机，其包括激励器、幅度预测判决器、编码器、直流调制电源、用于对激励器所要发送的信号进行功率放大的末级功率放大器、用于对末级功率放大器的输出阻抗与发射天线的输入阻抗进行匹配的输出滤波器和用于将经末级功放放大的电信号变成磁信号并发射到空间的发射天线，幅度预测判决器将激励器所要发送的信号的瞬时幅值与设定值进行比较，并将比较结果传送给编码器；编码器对比较结果进行编码形成二进制码，直流调制电源根据二进制码给末级功率放大器提供电能。

优选地，所述直流调制电源包括n级直流单元，各直流电压单元通过续流线圈级联，每个直流电压单元包括一个电池组、一个续流二极管、一个电子开关和一个驱动级，电池组的正极连接到续流二极管的负极；续流二极管的正极连接到电子开关的第一端，电子开关的第二端连接到电池组的负极，电子开关的控制端连接到驱动级，驱动级根据编码器所提供的二进制码控制电子开关的通断，所述n为大于或者等于2的整数。

优选地，激励器包括符号映射器、OFDM调制器、D/A变换电路、混频器、本级振荡器和预放大器，其中，符号映射器用于将所输入的串行二进制码流进行分组形成数据符号并将数据符号映射成复数数据序列，OFDM调制器用于将所复数据数据序列串并变换并调制到N个子载波上，接着进行IFFT变换形成并行的时域数据，即并行的OFDM符号，将所述并行的时域数据进行并串变换形成串行的OFDM符号，而后在每个串行的OFDM符号间插入保护时间间隔形成串行的插入了保护时间间隔的OFDM符号数据流；D/A变换电路将数据流进行数模转换形成模拟信号u_i；混频器用于将模拟信号u_i与本级振荡器产生的本振信号u₀进行上变频形成待发送的信号u_h，预放大器对待发送的信号u_h进行放大并送给末级功率放大器进行功率放大。

优选地，所述电池组为太阳能电池组。

与现有技术相比，本发明提供的直流调制电源OFDM发射机，可将无人机的电源利用率提高到60％。

附图说明

图1是现有技术中提供的末级功率放大器放大信号时提供电能的波形图；

图2是本发明提供的无人机载直流调制电源OFDM发射机的组成框图；

图3是本发明提供的直流调制电源的组成框图。

图4是本发明提供的的末级功率放大器放大信号时提供电能的波形图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明。

图2是本发明提供的无人机载直流调制电源OFDM发射机的组成框图。如图2所示，本发明提供一种无人机载漏极调制装置，其包括激励器、幅度预测判决器、编码器、直流调制电源、末级功率放大器、输出匹配滤波器和发射天线，幅度预测判决器将激励器所要发送的信号的瞬时幅值与设定值进行比较，并将比较结果传送给编码器；编码器对比较结果进行编码形成二进制码，直流调制电源根据二进制码流给末级功率放大器提供电能；末级功率放大器用于对激励器所要发送的信号进行功率放大；输出滤波器用于对末级功率放大器的输出阻抗与发射天线的输入阻抗进行匹配；发射天线用于将经末级功放放大的电信号变成磁信号并发射到空间。激励器包括符号映射器、OFDM调制器、D/A变换电路、混频器、本级振荡器和预放大器，其中，符号映射器用于将所输入的串行二进制码流进行分组形成数据符号并将数据符号映射成复数数据序列，OFDM调制器用于将复数数据序列进行串并变换并调制到K个子载波上，K个子载波上的数据记为X₀、X₀...，X_K-1；接着进行IFFT变换形成并行的时域数据x₀、x₁、...，x_K-1，即x₀、x₁、...，x_K-1为一个OFDM符号，将所述并行的时域数据进行并串变换形成串行的OFDM符号，而后在每个OFDM符号间插入保护时间间隔形成OFDM码元；D/A变换电路将数据流进行数模转换形成模拟信号u_i；混频器用于将模拟信号u_i与本级振荡器产生的本振信号u₀进行上变频形成待发送的信号u_h，预放大器对待发送的信号u_h进行放大并送给末级功率放大。幅度预测判决器对x₀、x₀、...，x_K-1的幅值与n个设定值A_T1、设定值A_T1，...，设定值A_Tn(其中，A_T1＜A_T1＜...，＜A_Tn)进行比较，并将比较结果传送给编码器，编码器根据比较结果进行编码形成二进制码，直流调制电源根据二进制码给末级功放提供电能。为保证信号不失真，通常，设定值A_Tn大于所有OFDM符号中数据的最大值。

仍如图2所示，输入的二进制码流进行分组形成数据符号，数据符号经符号映射器映射形成复数数据序列，复数数据序列串并变换后变开K条并行的低速数据流X₀、X₀...，X_K-1；对其进行IFFT变换得到时域的抽样值：

$x_k=\underset{m=0}{\overset{K=1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_m{e}^{i2\mathrm{\πnk}/K},$

其中，m为频域的离散点，k为时域的离散点。

图3是本发明提供的直流可调制电源的组成框图。如图3所示，所述直流调制电源包括n个光发射器OT₀、OT₁、OT₂…和OT_N，N＝n-1，n个光接收器OR₀、OR₁、OR₂…和OR_N和n级直流单元，各直流电压单元通过续流线圈级联，所述n为大于或者等于2的整数。所述的光发射器将编码器输出的二进制控制信号转换成光信号以通过光纤传输到对应的光接收器。所述的光接收器接收对应的光发射器发射来的光信号，并将接收的光信号转换成控制驱动级的电信号以此实现处于悬浮电压之上的各级直流电压单元与低电平控制部分的高电压隔离。

第一个直流电压单元M₀包括每个直流电压单元包括一电池组U₀、一个续流二极管D₀、一个电子开关和一个驱动级P₀，电子开关为CMOS管CMOS₀，所述电池组U₀的正极连接于续流二极管D₀的负极；续流二极管D₀的正极连接到CMOS管CMOS₀的漏极，CMOS管CMOS₀的源极连接到所述电池组U₀的负极，CMOS管CMOS₀的栅极连接到驱动级P₀，由驱动级P₀根据光接收器OR₀所接收的编码器所发出的二进制控制指令控制CMOS管CMOS₀的通断。CMOS管CMOS₀工作于开关状态，当CMOS管CMOS₀的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₀导通，电池组U₀的负极相当于接到续流二极管D₀的正极。续流二极管D₀两端的电压为U₀，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS₀的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₀截止。续流二极管D₀两端的电压为二极管结电压。

同理，第二个直流电压单元M₁包括一个电池组U₁、一个整流器R₁、一个续流二极管D₁、一个电子开关和一个驱动级P₁，电子开关为CMOS管CMOS₁，所述电池组U₁的正极连接于连接到续流二极管D₁的负极；续流二极管D₁的正极连接到CMOS管CMOS₁的漏极，CMOS管CMOS₁的源极电池组U₁的负极，CMOS管CMOS₁的栅极连接到驱动级P₁，由驱动级P₁根据光接收器OR₁所接收的编码器所发出的二进制控制指令控制CMOS管CMOS₁的通断。CMOS管CMOS₁工作于开关状态，当CMOS管CMOS₁的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₁导通，电池组U₁的负极相当于接到续流二极管D₁的正极。续流二极管D₁两端的电压为U₁，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS₁的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₁截止。续流二极管D₁两端的电压为二极管结电压。

第三个直流电压单元M₂包括一个电池组U₂、一个整流器R₂、一个续流二极管D₂、一个电子开关和一个驱动级P₂，电子开关为CMOS管CMOS₂，所述电池组U₂、的正极连接到续流二极管的负极；续流二极管D₂的正极连接到CMOS管CMOS₂的漏极，CMOS管CMOS₂的源极连接到电池组U₂的负极，CMOS管CMOS₂的栅极连接到驱动级P₂，由驱动级P₂根据光接收器OR₂所接收的编码器所发出的二进制控制指令控制CMOS管CMOS₂的通断。CMOS管CMOS₂工作于开关状态，当CMOS管CMOS₂的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS₂导通，电池组U₂的负极相当于接到续流二极管D₂的正极。续流二极管D₂两端的电压为U₂，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS₂的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS₂截止。续流二极管D₂两端的电压为二极管结电压。

依次类推，第n个直流电压单元M_N包括一个电池组U_N、一个整流器R_N、一个续流二极管D_N、一个电子开关和一个驱动级P_N，电子开关为CMOS管CMOS_N，所述电池组U_N的正极连接于续流二极管的负极；续流二极管D_N的正极连接到CMOS管CMOS_N的漏极，CMOS管CMOS_N的源极连接到电池组U_N的负极，CMOS管CMOS_N的栅极连接到驱动级P_N，由驱动级P_N根据光接收器OR_N所接收的编码器所发出的二进制控制指令控制CMOS管CMOS_N的通断。MOS管CMOS_N工作于开关状态，当CMOS管CMOS_N的栅极输入一个高电位时，CMOS管CMOS_N导通，电池组U_N的负极当于接到续流二极管D_N的正极。续流二极管D_N两端的电压为U_N，上端为正，下端为负。当CMOS管CMOS_N的栅极输入一个低电位时，CMOS管CMOS_N截止。续流二极管D_N两端的电压为二极管结电压。

第1个直流电压单元M₀与第2个直流电压单元M₁之间用续流线圈L₀₁相连，即续流线圈L₀₁连接于续流二极管D₀的负极和续流二极管D₁的正极之间；第2个直流电压单元M₁与第3个直流电压单元M₂之间用续流线圈L₁₂相连，即续流线圈L₁₂连接于续流二极管D₁的负极和续流二极管D₂的正极之间；依次类推，第3个直流电压单元M₂与第4个直流电压单元M₃之间用续流线圈L₂₃相连接。如此，如果每个直流电压单元M₀、M₁、M₂、…和M_N的电子开关均同时导通的情况下，直流调制电源总的输出总电压为U_总＝U₀+U₁+U₂+…+U_N。本发明中各个直流电压单元输出的电压值相同，则总输出电压U_总＝nU₀

本发明中，幅度预测判决器依次将x_k的幅值与各个A_T1、A_T2、...和A_Tn进行比较，如果x_k的幅值小于A_T1，编码器输出一个相应的二进制码，一个直流电压单元的电子开关导通，其它直流电压单元的电子开关截止，直流调制电源给末级功放提供的电源为U_总＝U₀；如果x_k的幅值大于或者等于A_T1并小于A_T2，编码器输出一个相应的二进制码，两个直流电压单元的电子开关导通，其它直流电压单元的电子开关截止，直流调制电源总的输出总电压为U_总＝2U₀；如果x_k的幅值大于或者等于A_Tn-1并小于A_Tn，编码器输出一个相应的二进制码，所有直流电压单元M₀、M₁、M₂、…和M_N的电子开关均导通，直流调制电源给末级功放提供的总电压为U_总＝nU₀，效果如图4所示，当要发射的信号u_F的幅度大时，可使每个直流电压单元的电子开关均同时导通，提供的电源U_总为各个电源之和。当要发射的信号的幅度小时，可使部分电源导通，提供的电源为导通的各个直流电压单元之和，即，提供的电压小，如此，就提高了电源的利用率。

虽然以上已结合附图对本发明作了详尽说明，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容。

Claims (3)

1.一种直流调制电源OFDM发射机，其包括激励器、幅度预测判决器、编码器、直流调制电源、用于对激励器所要发送的信号进行功率放大的末级功率放大器、用于对末级功率放大器的输出阻抗与发射天线的输入阻抗进行匹配的输出滤波器和用于将经末级功放放大的电信号变成磁信号并发射到空间的发射天线，其特征在于，幅度预测判决器将激励器所要发送的信号的瞬时幅值与设定值进行比较，并将比较结果传送给编码器；编码器对比较结果进行编码形成二进制码，直流调制电源根据二进制码给末级功率放大器提供电能，所述直流调制电源包括n级直流电压单元，各直流电压单元通过续流线圈级联，每个直流电压单元包括一个电池组、一个续流二极管、一个电子开关和一个驱动级，电池组的正极连接到续流二极管的负极；续流二极管的正极连接到电子开关的第一端，电子开关的第二端连接到电池组的负极，电子开关的控制端连接到驱动级，驱动级根据编码器所提供的二进制码控制电子开关的通断，所述n为大于或者等于2的整数。

2.根据权利要求1所述的直流调制电源OFDM发射机，其特征在于，激励器包括符号映射器、OFDM调制器、D/A变换电路、混频器、本级振荡器和预放大器，其中，符号映射器用于将所输入的串行二进制码流进行分组形成数据符号并将数据符号映射成复数数据序列，OFDM调制器用于将所复数据数据序列串并变换并调制到N个子载波上，接着进行IFFT变换形成并行的时域数据，即并行的OFDM符号，将所述并行的时域数据进行并串变换形成串行的OFDM符号，而后在每个串行的OFDM符号间插入保护时间间隔形成串行的插入了保护时间间隔的OFDM符号数据流；D/A变换电路将数据流进行数模转换形成模拟信号u_i；混频器用于将模拟信号u_i与本级振荡器产生的本振信号u₀进行上变频形成待发送的信号u_h，预放大器对待发送的信号u_h进行放大并送给末级功率放大器进行功率放大。

3.根据权利要求1或2所述的直流调制电源OFDM发射机，其特征在于，所述的电池组为太阳能电池组。