一种低频电磁发射系统及控制方法与流程

本发明涉及低频电磁发射，尤其涉及一种低频电磁发射系统及控制方法。

背景技术：

1、低频电磁发射系统包括低频电磁发射机、激励器、串联调谐装置、假负载和高压供电电源等。其中，串联调谐装置，串联连接在低频电磁发射机与发射天线之间，其作用是抵消发射天线阻抗的感性分量，提升发射天线的输入功率。在实际应用中，现有串联调谐装置的低频电磁发射系统需根据工作频率点、串联调谐所需容值、发射电流等条件，配置高压电容器组的连接状态。但是，目前在串联调谐装置内部是通过串并联多只电容器的调谐方式，仍然存在以下缺陷：在工作频率点较多时，需要的高压电容器数量庞大，且安置空间巨大；如有新增工作频率点需求时，原有的高压电容器组较难以满足调谐需求。

技术实现思路

1、提出一种低频电磁发射系统及控制方法，用于实现集成了具备主动调谐功能的虚拟电容串联调谐装置的低频电磁发射系统的启动运行效果最大化，进而增加低频电磁发射系统的辐射效能。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种低频电磁发射系统，所述低频电磁发射系统包括低频电磁发射机、虚拟电容串联调谐装置、发射天线和控制系统设备,

3、所述低频电磁发射机与虚拟电容串联调谐装置和发射天线依次电连接；所述控制系统设备分别与所述低频电磁发射机和虚拟电容串联调谐装置通讯连接；

4、所述低频电磁发射机用于接收激励信号，将所述激励信号进行功率放大，并通过虚拟电容串联调谐装置馈送至所述发射天线；

5、所述控制系统设备用于获取虚拟电容串联调谐装置的状态参数生成控制指令发送至所述虚拟电容串联调谐装置；

6、所述虚拟电容串联调谐装置用于基于的控制指令调节虚拟电容串联调节装置的输出电压，实现虚拟电容串联调谐装置与发射天线串联谐振。

7、如所述的低频电磁发射系统，所述虚拟电容串联调谐装置包括多个串联连接的虚拟电容串联调谐模块，所述虚拟电容串联调谐模块包括支撑电容、单相全桥、耦合变压器和调谐装置控制器；

8、所述支撑电容连接于所述单相全桥的直流侧；所述单相全桥的交流测连接到所述耦合变压器的副边，所述耦合变压器的原边为所述虚拟电容串联调谐装置的输出端口，串联接入所述低频电磁发射机与发射天线之间；

9、所述调谐装置控制器用于接收控制系统设备指令生成单相全桥驱动pwm信号发送至所述单向全桥，并将状态参数反馈至控制系统设备；

10、所述单相全桥用于接受所述驱动pwm信号调整单相全桥的输出有效值；

11、所述耦合变压器用于接收单相全桥的输出有效值调整虚拟电容串联调谐装置的输出电压。

12、如所述的低频电磁发射系统，所述调谐装置控制器包括：单相全桥调制波相位模块、单相全桥调制波调制比模块、正弦信号生成模块和载波调制模块；

13、单相全桥调制波相位模块，用于获取所述支撑电容的电压和所述支撑电容的电压基准生成单相全桥调制波相位；

14、单相全桥调制波调制比模块，用于获取所述单相全桥的输出有效值和所述单相全桥的输出有效值生成单相全桥调制波调制比；

15、所述正弦信号生成模块，用于获取所述单相全桥调制波相位和所述单相全桥调制波调制比，生成所述虚拟电容串联调谐模块的单相全桥调制波；

16、所述载波调制模块用于获取单相全桥调制波生成单相全桥驱动pwm信号。

17、如所述的低频电磁发射系统，所述单相全桥调制波相位模块包括：锁相环、相位延迟单元和第一电压控制器，

18、所述锁相环，用于对所述耦合变压器的副边电流进行锁相；

19、所述相位延迟单元，用于将所述锁相环的输出进行相位延迟，延迟得到的相位作为所述正弦信号生成模块的相位基准；

20、所述第一电压控制器，用于获取所述支撑电容的电压与所述支撑电容的电压基准的差值生成相位调节量，并将所述相位调节量与所述相位基准叠加获得单相全桥调制波相位。

21、如所述的低频电磁发射系统，所述单相全桥调制波调制比模块包括：

22、第二电压控制器，用于获取所述单相全桥的输出有效值与所述单相全桥的输出有效值参考值的差值生成单相全桥调制波调制比。

23、如所述的低频电磁发射系统，所述系统还包括：信号处理设备和高压供电电源；

24、所述信号处理设备与所述控制系统设备通讯连接，用于接受所述控制系统设备的控制指令向低频电磁发射机发送激励信号；

25、所述高压供电电源的输出端与所述低频电磁发射机的输入端连接，用于为低频电磁发射机提供供电电源，以控制低频电磁发射机的输出电流。

26、第二个方面，提供了一种低频电磁发射系统的控制方法，应用上述任一项的低频电磁发射系统，所述方法包括：

27、所述低频电磁发射机接受所述控制系统设备发送的第一控制指令调整输出电流至预设指令值，

28、所述虚拟电容串联调谐装置接受所述控制系统设备发送的第二控制指令调整输出电压达到预设值，保持输出电压不变，实现低频电磁虚拟电容串联调谐装置与发射天线的串联谐振，低频电磁发射系统启动完成，其中，所述预设值根据低频电磁发射机的输出电流和所述发射天线的等效电感确定。

29、如所述的低频电磁发射系统的控制方法，所述预设值的确定方式具体为：

30、；

31、其中，为预设值，为发射系统工作频率，为低频电磁发射机的输出电流，为发射天线的等效电感。

32、如所述的低频电磁发射系统的控制方法，所述实现低频电磁虚拟电容串联调谐装置与发射天线的串联谐振包括：

33、控制所述虚拟电容串联调谐装置的输出电压相位与所述发射天线的等效电感的部分电压和为零。

34、如所述的低频电磁发射系统的控制方法，实现低频电磁虚拟电容串联调谐装置与发射天线的串联谐振还包括：

35、控制低频电磁发射机的输出电流相位超前所述虚拟电容串联调谐装置输出电压相位90°；

36、控制所述虚拟电容串联调谐装置的输出电压相位与所述发射天线的等效电感部分电压相位相差180°。

37、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

38、（1）本发明提供的低频电磁发射系统及控制方法，基于电力电子变流器实现的虚拟电容串联调谐装置，可在不超过电力电子变流器额定功率的条件下，依据工作频点、发射天线电流、发射天线阻抗等输入条件，灵活调节虚拟电容串联调节装置输出电压，实现虚拟电容串联调谐装置与发射天线串联谐振，满足低频发射系统工作频率全段的发射天线阻抗调谐需求。通过低频电磁发射机、虚拟电容串联调谐装置、发射天线和控制系统设备的配合可以实现集成了具备主动调谐功能的虚拟电容串联调谐装置低频电磁发射系统的启动运行效果最大化，进而增加低频电磁发射系统的辐射效能。

39、（2）采用虚拟电容串联调谐装置，可将低频电磁发射机输出电压全部加载到发射天线阻抗电阻部分，增加低频电磁发射机输出电流，能够根据工作频率点生成对应的pwm波，达到了串联调谐装置能够灵活适配低频电磁发射系统的工作频率点的目的。通过采用本发明提供的虚拟电容串联调谐装置，可将低频电磁发射机输出电压全部加载到发射天线阻抗电阻部分，增加低频电磁发射机输出电流，使得低频电磁发射系统达到最大发射有功功率，可以为构建低频应急电磁通信系统提供一种新的手段。