CN111654296A - 一种高功率罗兰c波形合成方法 - Google Patents

一种高功率罗兰c波形合成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111654296A
CN111654296A CN202010600449.7A CN202010600449A CN111654296A CN 111654296 A CN111654296 A CN 111654296A CN 202010600449 A CN202010600449 A CN 202010600449A CN 111654296 A CN111654296 A CN 111654296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
antenna
power
rowland
waveform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010600449.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张海光
齐鹏辉
贾鹏飞
王浩轩
米正衡
张骅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 20 Research Institute
Original Assignee
CETC 20 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 20 Research Institute filed Critical CETC 20 Research Institute
Priority to CN202010600449.7A priority Critical patent/CN111654296A/zh
Publication of CN111654296A publication Critical patent/CN111654296A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H04B1/0458—Arrangements for matching and coupling between power amplifier and antenna or between amplifying stages
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B14/00—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B14/02—Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of pulse modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/02—Transmitters
    • H04B1/04—Circuits
    • H04B2001/0408—Circuits with power amplifiers
    • H04B2001/0425—Circuits with power amplifiers with linearisation using predistortion

Abstract

本发明提供了一种高功率罗兰C波形合成方法，首先构建发射机的等效网络模型，然后对构建的级联网络进行参数反演，推导出网络输入端所需要的电压/电流脉冲函数，通过设计网络参数及耦合系数，仅需要在功率源产生2个载频周期的脉冲就可以在输出端生成标准的罗兰C脉冲波形，大大减少了控制环路，提升了发射机控制精度，降低了工程化设计难度，仅需调整等效网络模型的参数，便可适配多种类型、不同参数特征的发射天线。

Description

一种高功率罗兰C波形合成方法
技术领域
本发明涉及一种波形合成方法，用于大功率罗兰C发射机的信号发播。
背景技术
标准罗兰C波形是载频为100kHz的脉冲调制信号，对于波形前沿的每一个载频幅度都有着严格的规定，在65μs附近达到峰值后开始衰减，在250μs附近脉冲强度衰减为零，整个信号频谱带宽约为5kHz。早期的罗兰C发射机，采用电子管元件，为了保证发射机的功率能够有效输出，要求天线的带宽大于信号的3dB带宽，这对长波天线而言，是一个苛刻指标。随着大功率器件固态化发展，新一代发射机得到推广，发射功率得到了大幅提升，同时通过预失真技术，自此发射机不再对天线的带宽提出苛刻的要求。
但是现有发射机需要在功率源产生250μs的输出波形，为了保证信号的发播精度，需要对这25个载频周期的脉冲分别进行幅度和相位的调整控制，较多的控制环路降低了发射机的整体控制精度同时增加了工程化的设计难度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种预失真波形合成方法，对构建的级联网络进行参数反演，推导出网络输入端所需要的电压/电流脉冲函数，通过设计网络参数及耦合系数，仅需要在功率源产生2个载频周期(亦称为4个载频半周)的脉冲就可以在输出端生成标准的罗兰C脉冲波形，大大减少了控制环路，提升了发射机控制精度，降低了工程化设计难度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
首先构建发射机的等效网络模型，包括功率产生器、功率传递网络、天线等效网络以及耦合变压网络；所述的功率产生器产生脉冲信号作为功率传递网络的输入功率信号；所述的功率传递网络在天线等效网络输出的脉冲波形达到峰值后不再向外传递功率，并吸收从天线等效网络反射的后沿功率；所述的耦合变压网络实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换；
根据天线等效网络输出的标准罗兰C电流波形
Figure BDA0002556927550000021
其中，ip是标准罗兰C峰值电流，tx是标准罗兰C电流波形达到峰值点的时间，τ是天线电流包络的包周差，PC是相位编码，对于正相位编码PC＝0，对于负相位编码PC＝π；反推出功率产生器需要产生的脉冲电压
Figure BDA0002556927550000022
及电流
Figure BDA0002556927550000023
其中，
Figure BDA0002556927550000024
k12为上述功率传递网络与天线等效网络之间的耦合系数，Q1为功率传递网络的品质因数，Q2为天线等效网络的品质因数，f0为工作载频100kHz，
Figure BDA0002556927550000025
X1和X2分别为功率传递网络中并联电容和天线等效网络中天线电容的容抗值，Xp和Xs分别为输出变压器的初、次级感抗值；
设计Q2，使得Iin在两个载频周期后的幅度不超过第二个载频周期幅度的20％，且Iin不为零；最终仅需功率产生器产生两个载频周期的脉冲就可以生成标准罗兰C电流波形。
所述的功率传递网络包括相互并接的并联电容、并联电感和后沿衰减电路，所述的后沿衰减电路包括相互串接的射频开关、串联调谐电容和衰减电阻；所述的射频开关在发射机输出的脉冲波形达到峰值后闭合，此时功率传递网络不再向外传递功率，后沿衰减电路开始工作；所述的串联调谐电容和衰减电阻在射频开关闭合后呈阻尼震荡工作模式，吸收从天线等效网络反射的后沿功率。
所述的并联电容为功率型电容。所述的并联电感为多匝励磁线绕制的线圈。
所述的天线等效网络为罗兰C发播的单塔天线的近似等效电路模型，工作在串联谐振模式，包括相互串接的天线阻抗、天线电容和天线电感。
所述的耦合变压网络包括相互串接的天线调谐装置和输出变压器，所述的天线调谐装置用于等效天线网络的调谐，所述的输出变压器用于实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换。
所述的天线调谐装置为一个马达驱动的可变电感。
本发明的有益效果是：
第一，采用本发明提出的预失真波形调制方法的罗兰C发射机适配性更好，仅需调整等效网络模型的参数，便可适配多种类型、不同参数特征的发射天线。
第二，仅在发射机功率产生器生成2个载频周期的脉冲就可以输出生成标准的罗兰C脉冲波形，和传统发射机需要25个载频周期相比，大幅减少了控制环路，提升了发播控制精度，大大降低了工程化难度。
附图说明
图1是发射机等效网络模型；
图2是标准罗兰C电流波形；
图3是功率产生器所需的脉冲电压Vin及电流Iin；
图4是不同网络耦合系数k12对脉冲电流Iin的影响；
图5是不同天线等效网络品质因数Q2脉冲电压Vin的影响；
图6是采用预失真波形调制方法的输入/输出脉冲波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明首先构建发射机的等效网络模型，其次采用预失真波形合成方法，通过在功率源产生2个载频周期(亦称为4个载频半周)的脉冲就可以在输出端生成标准的罗兰C脉冲波形。
发射机等效网络模型主要包括功率产生器、功率传递网络、天线等效网络以及耦合变压网络。
所述的功率产生器能够产生符合载频要求脉冲宽度、数千安培的近似正弦半周脉冲，作为功率传递网络的输入功率信号。
所述的功率传递网络包括并联电容、并联电感和后沿衰减电路。所述的并联电容为功率型电容。所述的并联电感为多匝励磁线绕制的线圈。所述的后沿衰减电路包括射频开关、串联调谐电容和衰减电阻。所述的射频开关在发射机输出的脉冲波形达到峰值后闭合，此时功率传递网络不再向外传递功率，后沿衰减电路开始工作。所述的串联调谐电容和衰减电阻在射频开关闭合后呈阻尼震荡工作模式，吸收从天线等效网络反射的后沿功率。
所述的天线等效网络为罗兰C专用发播的单塔天线的近似等效电路模型，工作在串联谐振模式，包括天线阻抗、天线电容和天线电感。
所述的耦合变压网络包括天线调谐装置和输出变压器。所述的天线调谐装置为一个马达驱动的可变电感，用于等效天线网络的调谐，使天线精确地调谐在100kHz。所述的输出变压器是初级并联连接，次级串联连接的环形变压器，用于实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换，通过合理的参数设计，以保证功率产生器输出的两个载频周期的近似正弦半周脉冲在功率传递网络和天线等效网络的冲击震荡下生成符合罗兰C要求的电流脉冲波形。
预失真波形合成方法的实现过程如下：
步骤1：根据发射机输出的标准罗兰C电流波形，通过对网络传递函数进行数值计算，反推出功率产生器所需要产生的脉冲波形，过程如下：
标准罗兰C信号电流波形i(t)的定义如下：
Figure BDA0002556927550000041
其中，ip是标准罗兰C峰值电流(单位A)，tp是标准罗兰C电流波形达到峰值点的时间(单位μs)，τ是天线电流包络的包周差(单位μs)，PC是相位编码，对于正相位编码PC＝0，对于负相位编码PC＝π。
反推出功率产生器需要产生的脉冲电压Vin及电流Iin分别为：
Figure BDA0002556927550000042
Figure BDA0002556927550000043
Figure BDA0002556927550000044
Figure BDA0002556927550000051
其中，k12为上述功率传递网络与天线等效网络之间的耦合系数，Q1为功率传递网络的品质因数，Q2为天线等效网络的品质因数，f0为工作载频100kHz，
Figure BDA0002556927550000052
Figure BDA0002556927550000053
X1和X2分别为功率传递网络中并联电容和天线等效网络中天线电容的容抗值，Xp和Xs分别为输出变压器的初、次级感抗值。
步骤2：求解功率产生器所需输出电压Vin＝0的时刻t0。Δt0定义为功率产生器输出电压包络的零点时刻相对于tp时刻的延时，延时越接近于零值发射机的效率越高。通过计算，天线等效网络品质因数Q2越大，Δt0越接近零值。
步骤3：天线等效网络品质因数Q2影响功率传递网络与天线等效网络之间的耦合系数k12，而k12响功率产生器的输出电流Iin的包络特征。当Iin前几个载频周期幅度越高，就可以使功率产生器输出越少载频周期的脉冲以形成标准罗兰波形。通过计算，随着Q2增大，k12逐渐减小，Iin前几个载频周期的幅度越高。设计合适的Q2，使得Iin在两个载频周期后的幅度不超过第二个载频周期幅度的20％，且Iin不能为零。
最终仅需功率产生器产生两个载频周期的脉冲就可以生成标准罗兰C电流波形。
本发明一种高功率罗兰C波形合成方法，首先构建发射机的等效网络模型，主要包括功率产生器1、功率传递网络2、天线等效网络3以及耦合变压网络4。
所述的功率产生器1为整个发射机提供功率输入，间隔5μs依次生成数千安培，脉宽5μs的近似正弦电流脉冲。
所述的功率传递网络2包括并联电容5、并联电感6和后沿衰减电路7。所述的并联电容5为功率型电容，最大工作电压10kV，并联在功率母线和地之间。所述的并联电感6为多匝励磁线绕制的线圈，并联在功率母线和地之间。并联电容5和并联电感6呈并联谐振工作模式。所述的后沿衰减电路7包括射频开关8、串联调谐电容9和衰减电阻10。所述的射频开关8为功率型可控硅开关，由相应的触发脉冲控制闭合或打开。当射频开关8闭合时功率传递网络不再向外传递功率，后沿衰减电路7呈串联谐振状态，开始做阻尼震荡。射频开关8闭合185μs后打开，后沿衰减电路7停止工作。所述的串联调谐电容9和衰减电阻10在射频开关闭合后呈阻尼震荡工作模式，吸收从天线等效网络反射的后沿功率。本发明中并联电容5取5.2μF，并联电感6取0.46μH，串联调谐电容9取0.17μF，衰减电阻10取2Ω。
所述的天线等效网络3为罗兰C专用发播的单塔天线的近似等效电路模型，工作在串联谐振模式，包括天线阻抗11、天线电容12和天线电感13。本发明中天线阻抗11取5Ω，天线电容12取10nF，天线电感13取253μH。
所述的耦合变压网络4包括天线调谐装置14和输出变压器15。所述的天线调谐装置为一个马达驱动的可变电感，用于等效天线网络的调谐，使天线精确地调谐在100kHz。所述的输出变压器由四个初级并联连接，次级串联连接的环形变压器，用于实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换，每个初级线圈共12匝，每个次级线圈共6匝，通过串并联连接后，输出变压器15的整体初次级匝数比为1:2，初次级电感比为1:4。
预失真波形合成方法的实现过程如下：
步骤1：根据发射机输出的标准罗兰C电流波形，通过对网络传递函数进行数值计算，得到源端所需要产生的脉冲波形，过程如下：
标准罗兰C信号电流波形i(t)的定义如下：
Figure BDA0002556927550000061
本发明中ip取800A，tp取65μs，τ取0，相位编码为正相位。
功率产生器1需要产生的脉冲电压Vin及电流Iin分别为：
Figure BDA0002556927550000062
Figure BDA0002556927550000063
Figure BDA0002556927550000064
Figure BDA0002556927550000065
步骤2：根据本发明中的网络参数求解出功率产生器1所需输出电压Vin＝0的时刻为71μs，Δt0为6μs。
步骤3：根据本发明中的网络参数求解出天线等效网络3品质因数Q2＝31.8，功率传递网络2与天线等效网络3之间的耦合系数k12＝0.63。带入步骤1中的Iin中，解算出功率产生器1所需输出的电流脉冲波形，实现标准罗兰C电流波形的合成。
采用本实施方法的罗兰C发射机，仅对部分网络参数进行调整，就可以灵活的适配多种类型、不同参数特征的发射天线，同时仅需在发射机功率产生器生成2个载频周期的脉冲就可以生成标准的罗兰C脉冲波形，大幅减少了控制环路，提升了发播控制精度，降低了工程化难度。

Claims (6)

1.一种高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于包括以下步骤：
首先构建发射机的等效网络模型，包括功率产生器、功率传递网络、天线等效网络以及耦合变压网络；所述的功率产生器产生脉冲信号作为功率传递网络的输入功率信号；所述的功率传递网络在天线等效网络输出的脉冲波形达到峰值后不再向外传递功率，并吸收从天线等效网络反射的后沿功率；所述的耦合变压网络实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换；
根据天线等效网络输出的标准罗兰C电流波形
Figure FDA0002556927540000011
其中，ip是标准罗兰C峰值电流，tp是标准罗兰C电流波形达到峰值点的时间，τ是天线电流包络的包周差，PC是相位编码，对于正相位编码PC＝0，对于负相位编码PC＝π；反推出功率产生器需要产生的脉冲电压
Figure FDA0002556927540000012
及电流
Figure FDA0002556927540000013
其中，
Figure FDA0002556927540000014
k12为上述功率传递网络与天线等效网络之间的耦合系数，Q1为功率传递网络的品质因数，Q2为天线等效网络的品质因数，f0为工作载频100kHz，
Figure FDA0002556927540000015
X1和X2分别为功率传递网络中并联电容和天线等效网络中天线电容的容抗值，Xp和Xs分别为输出变压器的初、次级感抗值；
设计Q2，使得Iin在两个载频周期后的幅度不超过第二个载频周期幅度的20％，且Iin不为零；最终仅需功率产生器产生两个载频周期的脉冲就可以生成标准罗兰C电流波形。
2.根据权利要求1所述的高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于：所述的功率传递网络包括相互并接的并联电容、并联电感和后沿衰减电路，所述的后沿衰减电路包括相互串接的射频开关、串联调谐电容和衰减电阻；所述的射频开关在发射机输出的脉冲波形达到峰值后闭合，此时功率传递网络不再向外传递功率，后沿衰减电路开始工作；所述的串联调谐电容和衰减电阻在射频开关闭合后呈阻尼震荡工作模式，吸收从天线等效网络反射的后沿功率。
3.根据权利要求2所述的高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于：所述的并联电容为功率型电容；所述的并联电感为多匝励磁线绕制的线圈。
4.根据权利要求1所述的高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于：所述的天线等效网络为罗兰C发播的单塔天线的近似等效电路模型，工作在串联谐振模式，包括相互串接的天线阻抗、天线电容和天线电感。
5.根据权利要求1所述的高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于：所述的耦合变压网络包括相互串接的天线调谐装置和输出变压器，所述的天线调谐装置用于等效天线网络的调谐，所述的输出变压器用于实现功率传递网络和天线等效网络的阻抗变换。
6.根据权利要求5所述的高功率罗兰C波形合成方法，其特征在于：所述的天线调谐装置为一个马达驱动的可变电感。
CN202010600449.7A 2020-06-28 2020-06-28 一种高功率罗兰c波形合成方法 Pending CN111654296A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010600449.7A CN111654296A (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种高功率罗兰c波形合成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010600449.7A CN111654296A (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种高功率罗兰c波形合成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111654296A true CN111654296A (zh) 2020-09-11

Family

ID=72348493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010600449.7A Pending CN111654296A (zh) 2020-06-28 2020-06-28 一种高功率罗兰c波形合成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111654296A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113381521A (zh) * 2021-06-14 2021-09-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 正向电压合成的罗兰c发射机主电路
CN115733503A (zh) * 2022-11-29 2023-03-03 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机及其控制方法
CN115733503B (zh) * 2022-11-29 2024-05-17 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机及其控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107294548A (zh) * 2017-06-06 2017-10-24 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机主电路及其发射波形生成方法
CN107332574A (zh) * 2017-08-11 2017-11-07 北京北广科技股份有限公司 一种大功率罗兰c脉冲发射机及其波形调制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107294548A (zh) * 2017-06-06 2017-10-24 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机主电路及其发射波形生成方法
CN107332574A (zh) * 2017-08-11 2017-11-07 北京北广科技股份有限公司 一种大功率罗兰c脉冲发射机及其波形调制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张海光等: "《"大功率罗兰C电流波形合成技术研究》", 《现代导航》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113381521A (zh) * 2021-06-14 2021-09-10 中国电子科技集团公司第二十研究所 正向电压合成的罗兰c发射机主电路
CN115733503A (zh) * 2022-11-29 2023-03-03 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机及其控制方法
CN115733503B (zh) * 2022-11-29 2024-05-17 武汉船舶通信研究所（中国船舶重工集团公司第七二二研究所） 一种罗兰c发射机及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3889263A (en) Radio-frequency pulse generation system and method
CN101820188B (zh) 电力供应装置以及使用该电力供应装置的电力传输系统
EP0113974A3 (en) Method of and apparatus for efficient high voltage generation by resonant flyback
RU175975U1 (ru) Антенна системы ближнепольной магнитной связи
CN110771048A (zh) 与机电谐振器动态匹配的天线
US20140132078A1 (en) Wireless power transmitter
CN111654296A (zh) 一种高功率罗兰c波形合成方法
CN103208406A (zh) 一种人工智能调相注入锁定连续波磁控管微波源
CN116203639A (zh) 一种拖曳式频域电磁探测深度聚焦发射系统及方法
US20170149281A1 (en) Magnetic resonance type wireless charging circuit
JP6305439B2 (ja) 共振型電力伝送装置
CA3112046A1 (en) Parallel tuned amplifiers
US4151528A (en) Method of and apparatus for unambiguous radio navigation
CN103701487A (zh) 一种基于双频点谐振腔的水下无线电能和信号传输系统
Wang et al. Optimization of simultaneous wireless power and data transmission system with single coil
Dou et al. Bidirectional communication in the inductive WPT system with injected information transmission
Trautmann et al. Frequency separation stage design for a reliable data link in an IPT system for electric vehicles
WO2015097812A1 (ja) 共振型電力伝送装置
KR102266465B1 (ko) 무선 전력 송신기의 차동 신호 제어 장치 및 방법
CN113037230B (zh) 电声换能系统阻抗匹配控制方法及系统
GB2289386A (en) Radio transmitter and method of control of transmit power increase
CN112290696A (zh) 一种能够抑制频率分裂现象的无线电能传输系统及方法
US2471401A (en) Neutrodyning for short waves
EP3228029A1 (en) Systems and methods for reducing transmission interference
CN219918913U (zh) 一种中波耦合双调谐调配网络

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200911

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication