[发明专利]基于光携能控制的大功率可重构短波天线

说明书

本发明公开了一种基于光携能控制的大功率可重构短波天线，包括：光携能控制器，用于根据外部设备发送的控制指令驱动并调制多个发光二极管的亮灭时序，生成光携能信号，光携能信号通过光缆发送至多个开关机构；开关机构，用于根据接收的光携能信号控制相邻两个天线单元的导通或断开。本发明通过非电磁导通的光缆传输信号，有效避免了开关机构传输能量和信号时与短波天线产生的耦合干扰；能够实现远距离控制，同时开关机构具有调度保持功能。

技术领域

本发明属于可重构短波天线技术领域，涉及一种基于光携能控制的大功率可重构短波天线。

背景技术

短波可通过天波和地波的方式传输，具有通信距离远、成本低等优点，被广泛应用于军用和民用领域。短波工作频率为3MHz~30MHz，频率范围宽，不同频段的天线尺寸相差较大，固定长度的天线只能解决某一频段的短波通信，无法实现宽频带传输需求。可重构天线根据使用需求改变天线有效长度，实现多频段切换通信的功能。

近年来，研究者提出多种可重构天线技术，其中频率重构的原理是通过开关器件改变天线振子连接关系和有效长度，从而重构天线的谐振频率。通常将天线振子分为若干单元，其间被可控的开关器件连接；当开关器件断开时，天线单元的链接被断开，减少了天线振子的长度，天线处于高频状态；当开关器件导通时，连接相邻天线单元，增加了天线振子的长度，天线工作于较低频段。

然而，短波天线具有频率低、机械尺寸大以及工作时天线发送功率高（kW级别）的特点，所以短波天线重构无法采用公知的基站天线所使用的重构方案，即通过控制低功率晶体管导通或者截止实现天线重构。大功率重构短波天线往往需要采用机械开关机构，才能持续在kW级大功率发射状态下工作。同时，开关机构还需要由远端的控制设备提供动作所需的电源和控制信号，以实现开关机构导通或断开操作。因此对大功率机械开关的馈电和控制是重构天线的难点之一，目前有两类技术途径：

第一类是通过有线方式的电信号控制开关机构。以金属导线或金属板作为传输介质，向开关机构传输能量及控制信号，例如发明专利天线装置、通信产品及天线方向图的重构方法，201910866772.6，20210312，和方向图可重构天线、重构方法及无线终端设备，201810179377.6，20180928等。该方式需要在天线附近铺设金属介质的控制电缆。金属电缆的存在，在天线附近的自由空间中引入了一个局部导体边界，一方面会破坏天线周围的电磁场分布，造成辐射方向图恶化、谐振频率偏差、异常反射等问题；另一方面天线大功率输出时，电磁波会在附近的金属导线中产生强烈的感应电流，以传导干扰的形式影响开关机构控制器的正常工作，其电磁防护相当困难。

第二类是通过非接触传能的方式控制开关机构，可以让金属媒质在一定程度上远离天线振子。例如发明专利基于有源箝位正激逆变器的无线携能通信，201810187649.7，20180622。该技术可在重构天线中采用电磁耦合无线供电的方式，驱动机械开关，从而实现天线的频率重构，同时避免了金属电缆与开关器件的直接连接。然而短波天线的尺寸较大，常用无线供电的距离难以直接覆盖天线振子的长度，更无法在远距离下提供驱动大功率机械开关所需的能量。

总之，现有的技术无法应用在大功率、大尺寸的可重构短波天线中。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于光携能控制的大功率可重构短波天线，通过非金属的光缆同时传输开关动作所需的能量和控制信号，有效避免了金属电缆与短波天线之间的耦合干扰；能够实现覆盖短波天线振子最大长度的远距离控制，同时开关机构具有状态保持功能，降低了维持天线状态所需能耗，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于光携能控制的大功率可重构短波天线，包括：

光携能控制器，用于根据外部设备发送的控制指令驱动并调制多个发光二极管的亮灭时序，生成光携能信号，光携能信号通过光缆发送至多个开关机构；

开关机构，用于根据接收的光携能信号控制相邻两个天线单元的导通或断开。