CN106532859A - 一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置和方法，一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置包括发信装置和接收装置：所述发信装置用于发射无线充电或供电的电磁波信号和接收所述接收装置发送的导频信号，还用于将接收的所述导频信号的相位进行反相和所述导频信号的幅值增大；所述接收装置用于接收所述无线充电或供电的电磁波信号，并发射所述导频信号；所述无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径。以及种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法。以解决对发信装置和接收装置之间的生物或者电器产生辐射和电磁干扰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电和供电领域，具体说是一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置和方法。
背景技术
以往的通过天线对目标物体放射电磁波，目标物体则通过接收空间的电磁波能量的无线供电或充电系统具有可以有远程传输功能，远程距离可达数万公里。但是该系统因具有较高强度的电磁辐射，其会对人体以及周边的动植物造成一定程度的影响。以往的技术中，利用大型天线而使高功率的传输路径中，电磁波密度为安全指标内，但是因为电磁波密度过于低，所需的天线十分巨大，不能做到高效且安全的，大功率无线充电或供电。
而且，因传输功率的问题，传统的无线充电或供电系统具有较高强度的电磁辐射，其会对人体、周边的动植物以及一些电器造成一定程度的辐射与电磁干扰。
同时，普通的波束赋型需要大量的信息处理以及计算过程，该系统运行时，具有复数的有效传输路径，用数学方式进行计算需要大量的计算时间和发射系统具有大量的计算能力等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置和方法，以解决对发信装置和接收装置之间的生物或者电器产生辐射和电磁干扰的问题。
第一方面，本发明提供一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置包括发信装置和接收装置：
所述发信装置，用于发射无线充电或供电的电磁波信号和接收所述接收装置发送的导频信号，还用于将接收的所述导频信号的相位进行反相和所述导频信号的幅值增大；
所述接收装置，用于接收所述无线充电或供电的电磁波信号，并发射所述导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号为所述相位进行反相和幅值增大的导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径；
其中，所述导频信号的频率与所述发信装置发射无线充电或供电的电磁波信号频率相同。
优选地，所述发信装置包括：
发射/接收天线，所述发射/接收天线与信号处理单元连接；
所述发射/接收天线，用于发射无线充电或供电的电磁波信号和接收所述接收装置发送的所述导频信号；
所述信号处理单元用于将接收的所述导频信号的相位进行反相和所述导频信号的幅值增大。
优选地，所述接收装置包括：
接收/发射天线，所述接收/发射天线与导频信号发生单元连接；
所述接收/发射天线，用于接收所述无线充电或供电的电磁波信号，并发射所述导频信号；
所述导频信号发生单元，用于生成所述导频信号。
优选地，所述信号处理单元包括：
相位反转单元，用于将所述导频信号的相位进行反相；
增幅单元，与所述相位反转单元连接，用于将所述导频信号的幅值增大。
优选地，所述增幅单元包括：
标准信号比较器，所述标准信号比较器分别与所述相位反转单元和可变增幅器连接，所述可变增幅器分别与所述相位反转单元和相位调整器连接；所述相位调整器分别与所述发射/接收天线连接和基础增幅器连接，所述基础增幅器与所述相位反转单元连接；
所述标准信号比较器用于将所述相位进行反相的导频信号与标准导频信号进行比值，得到比值K；
所述可变增幅器，用于将所述相位进行反相的导频信号按照所述比值K增幅；
所述基础增幅器，用于将所述相位进行反相的导频信号进行固定倍数的幅值放大；
所述相位调整器，用于将按照所述比值K增幅的导频信号的相位调整为所述相位进行反相的导频信号相同的相位；
所述发射/接收天线，用于将所述同相位的幅值固定倍数放大的导频信号和增幅K倍放大的导频信号发送给接收装置；
其中，所述标准导频信号为设定值；
其中，所述固定倍数为设定的倍数。
优选地，所述所述接收装置还包括：整流单元，所述整流单元分别与所述接收/发射天线和目标物体连接，用于将所述接收/发射天线接收到的所述无线充电或供电的电磁波信号转换为直流信号；
所述发射/接收天线和接收/发射天线采用相控单一发射功率可变的阵列天线；
其中，所述目标物体是为其充电或供电的设备。
第二方面，一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法，其特征在于，包括：
第一步，接收装置发送导频信号；
第二步，发信装置接收所述导频信号；
第三步，发信装置记录所述导频信号的发送轨迹；
所述记录所述导频信号的发送轨迹为记录所述导频信号的相位信息；
第四步，增大所述导频信号的幅值；
第五步，发送装置发射电磁波无线充电或供电的信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号为相位进行反相和幅值增大的所述导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径；
其中，所述导频信号的频率与所述发射无线充电或供电的电磁波信号频率相同。
优选地，所述记录所述导频信号的发送轨迹的方法为将所述导频信号的相位进行反相。
优选地，所述增大所述导频信号的幅值的方法在于：
首先，将所述相位进行反相的导频信号与标准导频信号进行比值，得到比值K；
然后，将所述相位进行反相的导频信号按照所述比值K增幅；
然后，将所述相位进行反相的导频信号进行固定倍数的幅值放大；
然后，将按照所述比值K增幅的导频信号的相位调整为所述相位进行反相的导频信号相同的相位；
最后，将所述同相位的幅值固定倍数放大的导频信号和增幅K倍放大的导频信号发送给接收装置。
其中，所述标准导频信号为设定值。
其中，所述固定倍数为设定的倍数。
优选地，所述发信装置具有发射/接收天线，所述接收装置具有接收/发射天线，所述发射/接收天线和接收/发射天线采用相控单一发射功率可变的阵列天线。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用传输路返还方式，选择无障碍的传输路径来达到高效、安全的远距离电磁波无线充电或供电。如果接收装置发射的导频信号在某传输路径上存在人体、动物等障碍物则该路径便的信号则不会被发信系统接收到，发信装置则不通过此路径发送无线充电或供电电磁波信号，可避免发信装置发出的无线充电或供电电磁波信号对生物以及家用电器的辐射和电磁干扰。
本发明不需发信装置进行大量地计算发射路径，组成简单，实施方便。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置系统框图；
图2是本发明传输路返还方式原理图；
图3是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置的发信装置的发射/接收阵列天线结构示意图；
图4是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置的增幅单元的原理框图；
图5是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电方法的流程示意图；
图6是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电方法的增大导频信号的幅值方法的流程示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置系统框图；如图1所示，一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置包括发信装置1、接收装置2和目标物体3，发信装置1包括信号处理单元11和发射/接收天线12，接收装置2包括接收/发射21和整流单元22和导频信号发生单元23。
在图1中，发射/接收天线12与信号处理单元11连接，发射/接收天线12用于发射电磁波无线充电或供电的信号，同时接收导频信号发生单元23的导频信号；信号处理单元11用于控制发射/接收天线12的每个天线元件发射幅值以及相位。目标物体3是无线充电或供电的目标物体，内具有电池模块31。
在图1中，接收装置的2的导频信号发生单元23与接收/发射21连接，用于发射导频信号，接收/发射21接收无线充电或供电的信号，接收/发射21连接与整流单元22连接，整流单元22将无线充电或供电的信号转化为直流信号，整流单元22与目标物体3连接，给目标物体3充电或供电。
进一步地，接收/发射天线21，用于发射导频信号，接收无线充电或供电的信号。发射/接收天线12和接收/发射天线21采用相控单一发射功率可变的阵列天线，针对不同位置的单一或多个目标物体，进行对目标物体的充电或供电所需的大功率高效电磁波无线充电或供电。导频信号发生单元23是生成导频信号的单元，发射/接收天线12接收到导频信号，利用发射/接收天线12的每个天线元件接收到的导频信号的信号强度和相位信息，将大功率的无线充电或供电信号实时的按照导频信号传输路径给目标物体进行电磁波无线充电或供电。
更进一步地，导频信号发生单元23通过接收/发射天线21发射导频信号的频率与发信装置1的发射/接收天线12发射电磁波无线充电或供电的信号频率相同，放射功率可以是普通无线通信同等的信号。
图2是本发明传输路返还方式原理图。结合图1和图2进行说明，当某空间中存在发信装置1、接收装置2和障碍物4-1与障碍物4-2时，接收装置2的导频信号发生单元23通过接收/发射21发射导频信号5-1、导频信号5-2和导频信号6。由于障碍物4-1的阻隔，导频信号6不能被传送至发信装置1。发信装置1的发射/接收天线12可以接收到由障碍物4-2反射来的导频信号5-1和直接传导来的导频信号5-2。具体地说，导频信号5-1和导频信号5-2分别传导至发信装置1的发射/接收天线12的部分天线元件上，该部分天线元件分别接收到具有不同信号强度和相位的导频信号。这时，导频信号5-1的传导路径信息体现于发射/接收天线12中接收到该信号的天线元件所接收的导频信号的信号强度和相位中。利用每个天线元件接收到的导频信号的信号强度和相位信息，将大功率的无线充电或供电信号实时的按照该有效传输路径给目标物体3进行电磁波无线充电或供电。根据电路学原理传导路径等价电路的传播特性矩阵具有可逆性原理，我们可以知道将接收到导频信号相位反转，并按照系统所需的强度等比扩大接收到的导频信号，将其转化为无线充电或供电信号，经过此处理过程，经过转化的无线充电或供电信号，便可以按照导频信号传导过来的路径传输回去。此理论和波束赋型理论相同，采用发射/接收天线的部分天线进行按照已知有效传输路径的波束赋型，并进行无线充电或供电。
然而，普通的波束赋型需要大量的信息处理以及计算过程，该系统运行时，具有复数的有效传输路径，用数学方式进行计算需要大量的计算时间和发射系统具有大量的计算能力等缺点。应用本专利的方式，可以不需要大量计算和处理时间，应用十分简单的过程便可以完成此过程。
图3是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置的发信装置的发射/接收阵列天线结构示意图；如图3所示，并结合图1进行说明，发信装置1中的发射/接收天线12使用相控单一元件振幅可控阵列天线，且每个天线元件#i与其所连接的相位反转模块11-2i、增幅模块11-1i组成一个单独的单元，且每个单元都是相互独立的，其中i=1，2，3，···n。
其中，所有相位反转模块11-2i组成相位反转单元11-2，所有增幅模块11-1i组成增幅单元11-1，相位反转单元11-2和增幅单元11-1组成图1中的发信装置1中的信号处理单元11。
发信装置1中发射/接收天线12的天线元件#i接收到接收装置2中导频信号发生单元23通过接收/发射天线21发射的导频信号，导频信号被发射/接收天线21接收，传递给相位反转单元11-2，相位反转单元11-2可以将接收到的导频信号相位反转并将相位反转后导频信号传输给增幅单元11-1，增幅单元11-1可以将接收到的导频信号按照系统预设定增幅信号强度进行等比例增幅，增幅单元11-1与发射/接收天线12连接，通过发射/接收天线12发射经过以上所述过程处理后的信号，也就是无线充电以及供电信号。
进一步地，如图2中的导频信号5-1通过反射传导至发射/接收天线12中的天线元件#n、#n-1、#n-2接收面上，天线元件#n、#n-1、#n-2接收到不同强度和不同相位的导频信号。此时，导频信号的传输路径的信息就保留在接收到的导频信号的信号强度以及相位信息上。
进一步地，而如图2中的导频信号5-2直接传导至发射/接收天线12中天线元件#1、#2、#3的接收面上，这是每个天线元件都接收到了具有不同强度和不同相位的导频信号，同上所述，该有效传输路径信息也可以由天线单元#1、#2、#3所接收到的导频信号的信号强度以及信号相位上。
其中，导频信号的相位反转方式可以为模拟电路方式、电子电路方式，或者信号延迟线路等中的一种或几种。
图4是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电装置的增幅单元的原理框图。如图4所示，标准信号比较器11-1a分别与相位反转单元11-2和可变增幅器11-1b连接，可变增幅器11-1b分别与相位反转单元11-2和相位调整器11-1c连接；相位调整器11-1c分别与发射/接收天线12连接和基础增幅器11-1d连接，基础增幅器11-1d与所述相位反转单元11-2连接。
在图4中，相位反转单元11-2将图3中发射/接收天线12的天线元件#i接收到的导频信号相位反转后，将相位反转的导频信号同时发送给基础增幅器11-1d与标准信号比较器11-1a，标准信号比较器11-1a将收到信号与标准信号强度比较，并计算出接收导频信号与标准导频信号强度的比值KdB，并将比值K与信号发送至可变增幅器11-1b，变增幅器11-1b将相位反转的导频信号按照比值KdB增幅，并把增幅后的导频信号发送至相位调整器11-1c。同时，基础增幅器11-1d将反转的导频信号以固定值AdB增幅，并把增幅后的信号发送至相位调整器11-1c。相位调整器11-1c将接受到的两个信号以反转的导频信号为基准调整至相同相位，以消除在2个增幅过程中产生的相位差。经过增幅过程处理的相位反转的导频信号，变成了无线充电或供电电磁波信号，再将无线充电或供电信号发送给发射/接受天线12，进行传输线路可控的无线充电或供电系统。
其中，标准导频信号强度是在一定距离上向图3中发射/接收天线12的天线元件#i发射导频信号，天线元件#i接收到的信号强度设定为标准信号强度。标准导频信号强度用于测量接收到导频信号的衰减程度，以确定比值K。
其中，所述固定倍数为是恒定值，可以由用户或者设计厂商根据不同的应用状况手动调节或自动调节，可以根据目标物体的距离，来调整传输电力的大小，保证提供目标物体必要的电力。
图5是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电方法的流程示意图。如图5所示，一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法包括以下步骤。
步骤501，接收装置发送导频信号；发信装置具有相控单一发射功率可变的阵列天线，发信装置通过相控单一发射功率可变的阵列天线以无线通讯方式发送导频信号，其中无线通讯方式可以基于ZigBee、蓝牙(Bluetooth)、红外(IrDA)、无线局域网802.11(Wi-Fi)或2.4G无线通讯协议中的一种或多种通讯方式。
步骤502，发信装置接收所述导频信号；发信装置也具有相控单一发射功率可变的阵列天线，可以接收到接收装置发送导频信号。
步骤503，发信装置记录所述导频信号的发送轨迹；记录所述导频信号的发送轨迹为记录所述导频信号的相位信息。
步骤504，增大所述导频信号的幅值；增大所述导频信号的幅值方法的详细描述可参照图6。
步骤505，发送装置发射电磁波无线充电或供电的信号；无线充电或供电的电磁波信号为相位进行反相和幅值增大的所述导频信号；无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径。
其中，导频信号的频率与所述发射无线充电或供电的电磁波信号频率相同。
图6是本发明一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的无线充电或供电方法的增大导频信号的幅值方法的流程示意图。如图6所示，增大所述导频信号的幅值的包括以下步骤。
步骤601，将所述相位进行反相的导频信号与标准导频信号进行比值，得到比值K。
步骤602，将所述相位进行反相的导频信号按照所述比值K增幅。其中，标准导频信号强度是在一定距离上向图3中发射/接收天线12的天线元件#i发射导频信号，天线元件#i接收到的信号强度设定为标准信号强度。标准导频信号强度用于测量接收到导频信号的衰减程度，以确定比值K。
步骤603，将所述相位进行反相的导频信号进行固定倍数的幅值放大。其中，所述固定倍数为是恒定值，可以由用户或者设计厂商根据不同的应用状况手动调节或自动调节，可以根据目标物体的距离，来调整传输电力的大小，保证提供目标物体必要的电力。
步骤604，将按照所述比值K增幅的导频信号的相位调整为所述相位进行反相的导频信号相同的相位；以消除在2个增幅过程中产生的信号差。
步骤605，将所述同相位的幅值固定倍数放大的导频信号和增幅K倍放大的导频信号发送给接收装置。经过增幅过程处理的相位反转的导频信号，变成了无线充电或供电信号，再将无线充电或供电信号通过发信装置的发射/接受天线发送给接收装置，进行传输线路可控的无线充电或供电系统。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于，包括发信装置（1）和接收装置（2）：
所述发信装置（1），用于发射无线充电或供电的电磁波信号和接收所述接收装置（2）发送的导频信号，还用于将接收的所述导频信号的相位进行反相和所述导频信号的幅值增大；
所述接收装置（2），用于接收所述无线充电或供电的电磁波信号，并发射所述导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号为所述相位进行反相和幅值增大的导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径；
其中，所述导频信号的频率与所述发信装置（1）发射无线充电或供电的电磁波信号频率相同。
2.根据权利要求1所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于，所述发信装置（1）包括：
发射/接收天线（12），所述发射/接收天线（12）与信号处理单元（11）连接；
所述发射/接收天线（12），用于发射无线充电或供电的电磁波信号和接收所述接收装置（2）发送的所述导频信号；
所述信号处理单元（11）用于将接收的所述导频信号的相位进行反相和所述导频信号的幅值增大。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于，所述接收装置（2）包括：
接收/发射天线（21），所述接收/发射天线（21）与导频信号发生单元（23）连接；
所述接收/发射天线（21），用于接收所述无线充电或供电的电磁波信号，并发射所述导频信号；
所述导频信号发生单元（23），用于生成所述导频信号。
4.根据权利要求3所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于，所述信号处理单元（11）包括：
相位反转单元（11-2），用于将所述导频信号的相位进行反相；
增幅单元（11-1），与所述相位反转单元（11-2）连接，用于将所述导频信号的幅值增大。
5.根据权利要求4所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于，所述增幅单元（11-1）包括：
标准信号比较器（11-1a），所述标准信号比较器（11-1a）分别与所述相位反转单元（11-2）和可变增幅器（11-1b）连接，所述可变增幅器（11-1b）分别与所述相位反转单元（11-2）和相位调整器（11-1c）连接；所述相位调整器（11-1c）分别与所述发射/接收天线（12）连接和基础增幅器（11-1d）连接，所述基础增幅器（11-1d）与所述相位反转单元（11-2）连接；
所述标准信号比较器（11-1a）用于将所述相位进行反相的导频信号与标准导频信号进行比值，得到比值K；
所述可变增幅器（11-1b），用于将所述相位进行反相的导频信号按照所述比值K增幅；
所述基础增幅器（11-1d），用于将所述相位进行反相的导频信号进行固定倍数的幅值放大；
所述相位调整器（11-1c），用于将按照所述比值K增幅的导频信号的相位调整为所述相位进行反相的导频信号相同的相位；
所述发射/接收天线（12），用于将所述同相位的幅值固定倍数放大的导频信号和增幅K倍放大的导频信号发送给接收装置（2）；
其中，所述标准导频信号为设定值；
其中，所述固定倍数为设定的倍数。
6.根据权利要求5所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的装置，其特征在于：
所述所述接收装置（2）还包括：整流单元（22），所述整流单元（22）分别与所述接收/发射天线（21）和目标物体（3）连接，用于将所述接收/发射天线（21）接收到的所述无线充电或供电的电磁波信号转换为直流信号；
所述发射/接收天线（12）和接收/发射天线（21）采用相控单一发射功率可变的阵列天线；
其中，所述目标物体（3）是为其充电或供电的设备。
7.一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法，其特征在于，包括：
第一步，接收装置发送导频信号；
第二步，发信装置接收所述导频信号；
第三步，发信装置记录所述导频信号的发送轨迹；
所述记录所述导频信号的发送轨迹为记录所述导频信号的相位信息；
第四步，增大所述导频信号的幅值；
第五步，发送装置发射电磁波无线充电或供电的信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号为相位进行反相和幅值增大的所述导频信号；
所述无线充电或供电的电磁波信号的供电或充电的路径为所述导频信号发射的路径；
其中，所述导频信号的频率与所述发射无线充电或供电的电磁波信号频率相同。
8.根据权利要求7所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法，其特征在于，所述记录所述导频信号的发送轨迹的方法为将所述导频信号的相位进行反相。
9.根据权利要求8所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法，其特征在于，所述增大所述导频信号的幅值的方法在于：
首先，将所述相位进行反相的导频信号与标准导频信号进行比值，得到比值K；
然后，将所述相位进行反相的导频信号按照所述比值K增幅；
然后，将所述相位进行反相的导频信号进行固定倍数的幅值放大；
然后，将按照所述比值K增幅的导频信号的相位调整为所述相位进行反相的导频信号相同的相位；
最后，将所述同相位的幅值固定倍数放大的导频信号和增幅K倍放大的导频信号发送给接收装置；
其中，所述标准导频信号为设定值；
其中，所述固定倍数为设定的倍数。
10.根据权利要求9所述的一种利用传输路返还方式的无线充电和供电的方法，其特征在于，所述发信装置具有发射/接收天线，所述接收装置具有接收/发射天线，所述发射/接收天线和接收/发射天线采用相控单一发射功率可变的阵列天线。
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