CN204886933U - 无人机光伏调制电源发射机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无人机光伏调制电源发射机，属于无线电通信技术领域。光伏调制电源发射机包括激励器、控制器、光伏调制电源和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，控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值给末级功率放大器提供电能。光伏调制电源发射机的光伏电源的利用率高，可提高无人机的续行时间。

Description

无人机光伏调制电源发射机

技术领域

本实用新型涉及一种无人机光伏调制电源发射机，尤其涉及一种电源效率高的无人机光伏调制电源发射机，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（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing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，本实用新型的发明目的是提供无人机光伏调制电源发射机，其电源利用率高。

为实现所述发明目的，本实用新型提供一种光伏调制电源发射机，其包括激励器、控制器、光伏调制电源和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，控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值控制光伏调制电源以给末级功率放大器提供电能。

光伏调调制电源至少包括k个光伏电源模块、k个充电器和k级电性相串联的直流电压单元，所述k为大于或者等于2的整数，每个充电器利用相应的光伏电源模块给直流电压单元提供电能，光伏电源模块包括：多个电并联响应性太阳能子电源，每个太阳能子电源包括电串联的来自飞行器顶面的太阳能孙单元、来自飞行器前面的太阳能孙单元、来自飞行器左面的太阳能孙单元、来自飞行器右面的太阳能孙单元和来自飞行器后面的太阳能孙单元。

优选地，所述的直流电压单元包括充电电池组，充电器利用光伏电源模块给充电电池组充电。

优选地，所述的直流电压单元还包括电开关，充电电池组通过电开关接入串接电路中。

优选地，直流电压单元还包括电压传感器，所述电压传感器用于探测充电电池的电压，并将充电电池的电压传送给控制器。

与现有技术相比，本实用新型提供的光伏调制电源发射机，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是本实用新型提供的无人机载光伏调制电源发射机的组成框图；

图3是本实用新型提供的光伏可调制电源的组成框图；

图4是本实用新型提供的控制器的组成框图；

图5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；

图6是本实用新型提供的光伏电源模块的电路图；

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本实用新型。

图2是本实用新型提供的无人机载光伏调制电源发射机的组成框图。如图2所示，本实用新型提供一种无人机载漏极调制装置，其包括激励器、控制器、光伏调制电源、末级功率放大器、输出匹配滤波器和发射天线，控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值给末级功率放大器提供电；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数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 、…，；接着进行IFFT变换形成并行的时域数据、、…，，即、、…，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；混频器用于将模拟信号与本级振荡器产生的本振信号进行上变频形成待发送的信号，预放大器对待发送的信号进行放大并送给末级功率放大。控制器将激励器所要发送的信号的瞬时幅值给末级功率放大器提供电能。

仍如图2所示，输入的二进制数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、…，；对其进行IFFT变换得到时域的抽样值：

，

其中，m为频域的离散点，k为时域的离散点。

图3是本实用新型提供的光伏可调制电源的组成框图。如图3所示，光伏调调制电源包括k+1个光伏电源模块k+1充电器和k+1级电性相串联的直流电压单元，所述k为大于或者等于2的整数，所述充电器利用光伏电源模块给直流电压单元提供电能。

其中,可充电电池E0的正极连接于二极管D0的负极，负极接公共端，二极管D0的正极连接于第1充电器的电源输出端，第1充电器的共公端与可充电电池E0的公共端相连，第1充电器的电源输入端连接于第1光伏电源模块的输出端，第1充电器的电源输入端连接于第1光伏电源模块的输出端。

第一个直流电压单元M1通过二极管D11连接于第2充电器的输出端，第2充电器的电源输入端连接于第2光伏电源模块的输出端。第一个直流电压单元M1包括一可充电电池组E11、一个续流二极管D12、一个电子开关T11和一个电压传感器U11，电子开关为CMOS管，所述电池组E11的正极连接于续流二极管D12的负极；续流二极管D12的正极连接到CMOS管的漏极，CMOS管T11的源极连接到所述电池组E11的负极，CMOS管T11的栅极连接到控制器的一个输出端；电压传感器U11的两个端子分别连接于可充电电池组E11的两端，用于探测可充电电池E11两端的电压，并将探测结果传送给控制器的一个输入端。控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值和电压传感器U11所探测的可充电电流的电压控制CMOS管T11的通断。CMOS管T11工作于开关状态，当给CMOS管T11的栅极输入一个高电位时，CMOS管T11导通，电池组E11的负极相当于接到续流二极管D12的正极。续流二极管D12两端的电压为U1，上端为正，下端为负。当给CMOS管T11的栅极输入一个低电位时，CMOS管T11截止。续流二极管D12两端的电压为二极管结电压。

同理，第二个直流电压单元M2通过二极管D21连接于第3充电器的输出端，第3充电器的电源输入端连接于第3光伏电源模块的输出端。第二个直流电压单元M2包括一可充电电池组E21、一个续流二极管D22、一个电子开关T21和一个电压传感器U21，电子开关为CMOS管，所述电池组E21的正极连接于续流二极管D22的负极；续流二极管D22的正极连接到CMOS管的漏极，CMOS管T21的源极连接到所述电池组E21的负极，CMOS管T21的栅极连接到控制器的一个输出端；电压传感器U21的两个端子分别连接于可充电电池组E21的两端，用于探测可充电电池E21两端的电压，并将探测结果传送给控制器的一个输入端。控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值和电压传感器U21所探测的可充电电流的电压控制CMOS管T21的通断。CMOS管T21工作于开关状态，当CMOS管T21的栅极输入一个高电位时，CMOS管T21导通，电池组E21的负极相当于接到续流二极管D22的正极。续流二极管D22两端的电压为U2，上端为正，下端为负。当CMOS管T21的栅极输入一个低电位时，CMOS管T21截止。续流二极管D22两端的电压为二极管结电压。

依次类推，第k个直流电压单元Mk通过二极管Dk1连接于第k+1充电器的输出端，第k+1充电器的电源输入端连接于第k+1光伏电源模块的输出端。第k个直流电压单元Mk包括一可充电电池组Ek1、一个续流二极管Dk2、一个电子开关Tk1和一个电压传感器Uk1，电子开关为CMOS管，所述电池组Ek1的正极连接于续流二极管Dk2的负极；续流二极管Dk2的正极连接到CMOS管的漏极，CMOS管Tk1的源极连接到所述电池组Ek1的负极，CMOS管Tk1的栅极连接到控制器的一个输出端；电压传感器Uk1的两个端子分别连接于可充电电池组Ek1的两端，用于探测可充电电池Ek1两端的电压，并将探测结果传送给控制器的一个输入端。控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值和电压传感器Uk1所探测的可充电电流的电压控制CMOS管Tk1的通断。CMOS管Tk1工作于开关状态，当给CMOS管Tk1的栅极输入一个高电位时，CMOS管Tk1导通，电池组Ek1的负极相当于接到续流二极管Dk2的正极。续流二极管Dk2两端的电压为Uk，上端为正，下端为负。当给CMOS管Tk1的栅极输入一个低电位时，CMOS管Tk1截止。续流二极管Dk2两端的电压为二极管结电压。

可充电电池E0的正极连接于第1个直流电压单元M1的二极管D12的正极，第1个直流电压单元M1的二极管D12的负极连接于第2个直流电压单元M2的二极管D22的正极，第2个直流电压单元M2的二极管D22的负极连接于第3个直流电压单元M3的二极管D22的正极，…，可充电电池E0的负极接公共端，如此，如果每个直流电压单元M1、M2、…和Mk的电子开关均同时导通的情况下，光伏调制电源总的输出总电压为U总=E0+E11+E21+…+Ek1，本实用新型设置一个电池E0是为防止信号失真。

本实用新型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=（n+1）E0

图4是本实用新型提供的控制器的组成框图。如图4所示，所述控制器包括k个比较器和（k-1）个减法器，第1个比较器CO1的同相端输入激励器所要发送的信号的瞬时幅值UF，反相端输入第一电压传感器所探测的电压U11，如果UF大于U11，则比较器CO1输出高电平，利用该电平控制T11，使其导通；而后，使瞬时幅值UF与电压U11经减法器S2相减，而后送入到比较器CO2的同相端，比较器CO2的反相端输入第二电压传感器所探测的电压U21U21，如果UF大于U21，则比较器CO2输出高电平，利用该电平控制T21，使其导通，直到第a级比较器的输出为低电平，其中a为1到k之间的一个数，此时，输出总的电压为U总=E0+E11+E21+…+Ek1。

效果如图5所示，当要发射的信号的幅度大时，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，就提高了光伏电源的利用率。

图6是本实用新型提供的光伏电源模块的电路图。如图6所示，光伏电源模块包括：多个电并联响应性太阳能子电源：第一太阳能子电源A1、第二太阳能子电源A2、…和第n个太阳能子电源An,每个太阳能子电源包括多个电性相串联的太阳能孙单元，即，每个太阳能子电源包括电串联的来自飞行器顶面的太阳能孙单元、来自飞行器前面的太阳能孙单元、来自飞行器左面的太阳能孙单元、来自飞行器右面的太阳能孙单元和来自飞行器后面的太阳能孙单元。每个太阳能子电源包括一串电串联响应性的太阳能孙电源、第一DC/DC转换器5、第一控制器7、二极管D4和二极管D3，其中，太阳能孙电源的正输出端连接于第一DC/DC转换器5的电源输入端，太阳能孙电源的公共端连接于第一DC/DC转换器5的电源输入公共端；第一DC/DC转换器5将一串电串联响应性的太阳能孙电源输出第一直流电压转换为第二直流电压，第一DC/DC转换器5的电源输出端连接于二极管D4的正极端；二极管D4的负极端连接于二极管D3的正极端，同时连接第一接线端子Sc；二极管D3的负极端连接第二接线端子，同时连接第一DC/DC转换器5的输出公共端，第一控制器7根据第一直流电压控制第一DC/DC转换器的工作状态。第一控制器7优选为第一比较器。每个太阳能子电源还包括第一电压传感器6，其用于采样第一直流电压，第一比较器7根据第一电压传感器所采样的电压控制控制第一DC/DC转换器的工作状态，当第一电压传感器所采样的电压小于参考电压Vrf2时，输出低电平，该低电平输入到第一DC/DC转换器的使能端，使第一DC/DC转换器停止工作。本实用新型中设置D3的目的是，在该支路的太阳能子电源性能劣化时，使该路电源自动断开，设置D4的目的是防止其它路工作正常的子电源给其倒提供能源。

每个太阳能孙电源包括由几个光伏电池串联、并联或者混联的光伏电池单元1、第二DC/DC转换器4、第二控制器3、二极管D2和二极管D1，其中，光伏电池单元1的正输出端连接于第二DC/DC转换器4的电源输入端，光伏电池单元1的公共端连接于第二DC/DC转换器4的电源输入公共端；第二DC/DC转换器4将光伏电池单元1输出第三直流电压转换为第四直流电压，第二DC/DC转换器4的电源输出端连接于二极管D2的正极端；二极管D2的负极端连接于二极管D1的正极端，同时连接第三接线端子；二极管D1的负极端连接第四接线端子，同时连接第二DC/DC转换器4的输出公共端，第二控制器3根据第三直流电压控制第二DC/DC转换器4的工作状态。第二控制器3优选为第二比较器。每个太阳能子电源还包括第二电压传感器2，其用于采样第三直流电压，第二比较器3根据第二电压传感器2所采样的电压控制控制第二DC/DC转换器4的工作状态，当第一电压传感器所采样的电压小于参考电压Vrf1时，输出低电平，该低电平输入到第二DC/DC转换器的使能端，使第二DC/DC转换器停止工作。本实用新型中设置D1的目的是，在该支路的光伏电池性能劣化时，使该路电源自动断开，设置D2的目的是防止其它路工作正常的孙电源给其倒提供能源。

本实用新型中，使每一支路的太阳能子单元中的太阳能孙单元彼此相邻孙单元首尾相连，如此形成电串联性能的单元，如第一支路的太阳能子单元A1中太阳能孙单元A11的第三接线端子连接于DC/DC转换器5的电源接入端，A11的第四接线端子连接于A21的第三接线端子，A21的第四接线端子连接于，…，连接Am1的第三接线端子，Am1的第四接线端子接公共端。其它支路的太阳能孙单元A2、…、An与第一支路的太阳能子单元A1相同。这里不再重述。

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

Claims (4)

1.一种光伏调制电源发射机，其包括激励器、控制器、光伏调制电源和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，其特征在于，控制器根据激励器所要发送的信号的瞬时幅值控制光伏调制电源以给末级功率放大器提供电能；光伏调调制电源至少包括k个光伏电源模块、k个充电器和k级电性相串联的直流电压单元，所述k为大于或者等于2的整数，每个充电器利用相应的光伏电源模块给直流电压单元提供电能，光伏电源模块包括：多个电并联响应性太阳能子电源，每个太阳能子电源包括电串联的来自飞行器顶面的太阳能孙单元、来自飞行器前面的太阳能孙单元、来自飞行器左面的太阳能孙单元、来自飞行器右面的太阳能孙单元和来自飞行器后面的太阳能孙单元。

2.根据权利要求1所述的光伏调制电源发射机，其特征在于，所述的直流电压单元包括充电电池组，充电器利用光伏电源模块给充电电池组充电。

3.根据权利要求2所述的光伏调制电源发射机，其特征在于，所述的直流电压单元还包括电开关，充电电池组通过电开关接入串接电路中。

4.根据权利要求3所述的光伏调制电源发射机，其特征在于，直流电压单元还包括电压传感器，所述电压传感器用于探测充电电池的电压，并将充电电池的电压传送给控制器。