CN115549702A - 一种甚低频发信机及发信方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出了一种甚低频发信机及发信方法，包括：数字激励器，用于对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，基于数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号并输出至动态调谐回路；功率放大器，用于对射频信号进行功率放大后输出至动态调谐回路；动态调谐回路，用于利用同步控制信号调整电抗参数并输出射频信号至天线，使得当前时刻天馈系统调谐点对准当前时刻正在发送信号的频率分量。由于动态调谐回路根据同步控制信号对射频信号进行实时补偿，使天线的谐振频率动态地跟随射频信号频率分量的改变而改变，使得电路始终谐振在不同的频率分量上，不同频率分量的时域信号得到最大输出，等效扩展了天线带宽。

Description

一种甚低频发信机及发信方法
技术领域
本发明涉及低频通信处理领域，尤其涉及一种甚低频发信机及发信方法。
背景技术
最小频移键控调制(Minimum Shift Keying，MSK)信号因其具有较高的频率利用率，并且有较强的抗噪声性能，因此在甚低频通信上得到了广泛的应用。
现有甚低频通信发信机结构框图如图1所示，发信技术为对数字基带信号使用MSK方式调制，令甚低频发射天馈系统谐振在发信机的中心频率上，以抵消天线的容抗。这种方式使得MSK信号的“传号”和“空号”两个频率始终处于失谐状态，而随着MSK信号信息速率的提高，信号占用带宽也逐渐增大，当超过天馈系统的带宽时，信号会被极大的衰减，丢失波形所携带的信息，因此，采用传统甚低频发信技术的存在信号传输效率不高的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的甚低频发信技术存在的传输效率不高的问题，本申请提供一种甚低频发信机及发信方法。
数字激励器，用于对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM调制阶数，生成同步控制信号并输出至动态调谐回路；
功率放大器，用于对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
动态调谐回路，用于利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，并将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量。
数字激励器对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号；
功率放大器对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
动态调谐回路利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量。
在本申请实施例的方案中，由于动态调谐回路根据同步控制信号对经CPM调制后的宽带射频信号进行实时补偿，使天线的谐振频率动态地跟随调制后的宽带射频信号频率分量的改变而改变。由于整个电路始终谐振在不同的频率分量上，可使不同频率分量的时域信号能够得到最大输出，从而等效扩展了发射系统天线带宽。
附图说明
图1为本申请背景技术中的发信机框图；
图2为本申请实施例中的发信机框图之一；
图3为本申请实施例中的发信机系统框图之二；
图4为本申请实施例中的发信机系统框图之三；
图5为本申请实施例中的发信机简化结构示意图；
图6为本申请实施例中的发信机发信方法流程图。
具体实施方式
为解决现有甚低频发信技术存在的信号传输效率不高的问题，本申请实施例提出一种甚低频发信机。一方面，在现有技术中的网络匹配模块前加入电抗器，新加的电抗器和现有的网络匹配模块共同构成动态调谐模块；另一方面，在激励器中利用数字基带信号和CPM调制阶数生成的同步控制信号，来控制动态调谐模块，使得天馈系统的谐振频率动态地跟随射频信号频率的改变而改变。由于整个动态调谐回路始终谐振在不同的频率分量上，可使不同频率分量的时域信号能够得到最大输出，从而等效扩展了发射系统天线带宽，提高了信号的传输效率。
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图2所示，其为本申请实施例提供的甚低频发信机的结构框图，包括：数字激励器11、功率放大器12和动态调谐回路13；
数字激励器11，用于对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM调制阶数，生成同步控制信号并输出至动态调谐回路；功率放大器12，用于对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
动态调谐回路13，用于利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，并将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量，电抗参数的变化可以是电感性的，也可以是电容性的，即在调谐回路上，通过这种调整，可以使得调谐回路在传输射频信号时，总是处于谐振状态。
其工作原理如下：信息源为所需要传输的数字基带信号(一般由二进制组成)，数字激励器接收该数字基带信号，对其进行CPM调制，同时基于该数字基带信号和CPM调制阶数生成同步控制信号，得到调制后的射频信号，该射频信号送入功率放大器，同步控制信号送入动态调谐回路，同步控制信号用于控制动态调谐回路对超出天馈系统带宽的频率分量进行实时补偿。动态调谐回路将射频信号实时与天馈系统进行匹配，经天馈系统辐射出去。
本申请实施例的方案中，以动态实时可变电抗的方式进行瞬时补偿，该技术使天线的谐振频率动态地跟随发射机激励频率的改变而改变。由于动态调谐回路根据同步控制信号对经CPM调制后的宽带射频信号进行实时补偿，使天线的谐振频率动态地跟随调制后的宽带射频信号频率分量的改变而改变。由于整个电路始终谐振在不同的频率分量上，可使不同频率分量的时域信号能够得到最大输出，从而等效扩展了发射系统天线带宽。
在一种优选的方案中，所述数字激励器，具体用于将表示所述数字基带信号的数据变换为M进制数据，按照M进制数据的各位表示的十进制数对应的控制线为处于控制状态，其余处于非控制状态的规则，生成同步控制数据，其中，M为数字基带信号的调制阶数，M进制数据对应M根控制线(M＝2，4，8，16……)。
以下说明以CPM的阶数为16为例同步控制信号产生方法如下：
步骤1：对二进制数字信号根据M阶数，变换成M进制数据；
例：二进制数据0000 0101 1010 1111，阶数为16，则变换为16进制，得到数据为05AF。
步骤2：产生M根控制信号；初始化M根控制信号状态为0(0表示未控制)；
沿用上例：产生16根控制信号，初始化值全为0。
步骤3：M进制数据，将相应的控制信号状态设置为1(1表示控制)；
沿用上例：数据为05AF，有4个数据需要发送，依次控制第1根控制线，第6根控制线，第11根控制线，第16根控制线分别为1，其他控制线为0。此时的同步控制信号即为1000010000100001。
数字基带信号可以控制电抗器电抗值：对于调谐回路来讲，回路的电抗值分为调谐回路的感抗和天线的等效容抗，当感抗值等于容抗值时处于谐振状态。天线容抗＝1/wc，调谐回路的感抗值等于wl，其中，w＝2πf，w为射频信号的角频率，f为射频信号的频率，l为电感值。
当发射信号的频率发生变化时，会引起回路偏离原谐振点，因此，需要使用数字基带信号来控制调谐回路的可调电感的电感值wl，使wl始终等于1/wc。
较佳的，所述动态调谐回路包括：电抗器和匹配网络，此时的发信机框图如图3所示；
电抗器，用于利用同步控制信号，控制电抗单元接入或切出动态调谐回路来控制电抗值的大小。
较佳的，如图4所示，所述电抗器包括：瞬变电抗模组驱动主单元和N个串联的瞬变电抗器单元，其中，N是根据射频信号的大小、需要补偿的具体电抗数值、调制阶数M和瞬变电抗器单元内固态开关的参数综合权衡确定，N大于等于M；
假设射频信号的大小为100A、需要补偿的具体电抗数值为2欧姆、调制阶数M为4此时，瞬变电抗器单元的个数N的确定过程如下：瞬变电抗器单元的电压耐受能力受器件水平制约，比如目前的技术水平可以达到1200V耐压，在射频信号大小为100A时，在2欧姆的电抗器上将会产生200V的电压，峰峰值将近为300V，考虑到可能的电压冲击，取一定的工程富余量，设计其额定工作电压不超过600V(峰峰值)，可以保证系统稳定可靠工作。这时N可以取M的最小值，此时系统中的N数量最少，系统最简单。如果回路中需要传输的电流为200A，则可以将需要进行补偿的电抗数值分为两个或更多个瞬变电抗器，此时系统中的N就可以等于6或者8。
所述瞬变电抗模组驱动主单元，用于将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元；
所述瞬变电抗器单元，用于按照接收的同步控制信号的控制，接入或切出动态调谐回路。
较佳的，每个瞬变电抗器单元包含一个射频输入口、一个射频输出口和一个光纤接口；
所述瞬变电抗模组驱动主单元，用于将同步控制信号通过光纤总线传输给各瞬变电抗器单元。
此外，本申请还提供了发信机简化结构示意图，如图5所示。
基于与上述实施例的同一发明构思，本申请还提出一种甚低频发信方法，其流程图如图6所示，包括以下步骤：
步骤601：数字激励器对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号；
步骤602：功率放大器对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
步骤603：动态调谐回路利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量。
较佳的，基于该数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号，包括：
将表示所述数字基带信号的数据变换为M进制数据；
按照M进制数据的各位表示的十进制数对应的控制线为处于控制状态，其余处于非控制状态的规则，生成同步控制数据，其中，M为数字基带信号的调制阶数，M进制数据对应M根控制线。
较佳的，所述动态调谐回路包括：电抗器和匹配网络；
动态调谐回路利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，包括：
电抗器接收同步控制信号，并利用同步控制信号，通过接入或切出电抗单元控制电抗值的大小。
较佳的，所述电抗器包括：瞬变电抗模组驱动主单元和N个串联的瞬变电抗器单元，其中，N是根据射频信号的大小、需要补偿的具体电抗数值、调制阶数M和瞬变电抗器单元内固态开关的参数综合权衡确定，N小于等于M；
利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，包括：
瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元；
瞬变电抗器单元按照接收的同步控制信号的控制，接入或切出动态调谐回路。
较佳的，每个瞬变电抗器单元包含一个射频输入口、一个射频输出口和一个光纤接口；
瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元，包括：
所述瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过光纤总线传输给各瞬变电抗器单元。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种甚低频发信机，其特征在于，包括：数字激励器、功率放大器和动态调谐回路；
数字激励器，用于对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM调制阶数，生成同步控制信号并输出至动态调谐回路；
功率放大器，用于对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
动态调谐回路，用于利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，并将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量。
2.根据权利要求1所述的甚低频发信机，其特征在于，所述数字激励器，具体用于将表示所述数字基带信号的数据变换为M进制数据，按照M进制数据的各位表示的十进制数对应的控制线为处于控制状态，其余处于非控制状态的规则，生成同步控制数据，其中，M为数字基带信号的调制阶数，M进制数据对应M根控制线。
3.如权利要求1或2所述的甚低频发信机，其特征在于，所述动态调谐回路包括：电抗器和匹配网络；
电抗器，用于利用同步控制信号，控制电抗单元接入或切出动态调谐回路来控制电抗值的大小。
4.如权利要求3所述的甚低频发信机，其特征在于，所述电抗器包括：瞬变电抗模组驱动主单元和N个串联的瞬变电抗器单元，其中，N是根据射频信号的大小、需要补偿的具体电抗数值、调制阶数M和瞬变电抗器单元内固态开关的参数综合权衡确定，N等于M；
所述瞬变电抗模组驱动主单元，用于将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元；
所述瞬变电抗器单元，用于按照接收的同步控制信号的控制，接入或切出动态调谐回路。
5.如权利要求4所述的甚低频发信机，其特征在于，每个瞬变电抗器单元包含一个射频输入口、一个射频输出口和一个光纤接口；
所述瞬变电抗模组驱动主单元，用于将同步控制信号通过光纤总线传输给各瞬变电抗器单元。
6.一种甚低频发信方法，其特征在于，包括：
数字激励器对数字基带信号进行连续相位调制CPM，得到射频信号并输出至功率放大器，并基于该数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号；
功率放大器对射频信号进行功率放大并输出至动态调谐回路；
动态调谐回路利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，将功率放大后的射频信号输出至天线，其中，电抗参数的调整使得天馈系统的调谐点对准当前时刻正在输出的射频信号的频率分量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于该数字基带信号和CPM阶数，生成同步控制信号，包括：
将表示所述数字基带信号的数据变换为M进制数据；
按照M进制数据的各位表示的十进制数对应的控制线为处于控制状态，其余处于非控制状态的规则，生成同步控制数据，其中，M为数字基带信号的调制阶数，M进制数据对应M根控制线。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述动态调谐回路包括：电抗器和匹配网络；
动态调谐回路利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，包括：
电抗器接收同步控制信号，并利用同步控制信号，通过接入或切出电抗单元控制电抗值的大小。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电抗器包括：瞬变电抗模组驱动主单元和N个串联的瞬变电抗器单元，其中，N是根据射频信号的大小、需要补偿的具体电抗数值、调制阶数M和瞬变电抗器单元内固态开关的参数综合权衡确定，N小于等于M；
利用同步控制信号，调整动态调谐回路的电抗参数，包括：
瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元；
瞬变电抗器单元按照接收的同步控制信号的控制，接入或切出动态调谐回路。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，每个瞬变电抗器单元包含一个射频输入口、一个射频输出口和一个光纤接口；
瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过总线传输给各瞬变电抗器单元，包括：
所述瞬变电抗模组驱动主单元将同步控制信号通过光纤总线传输给各瞬变电抗器单元。
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