[发明专利]磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置和方法

说明书

本发明公开了磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置和方法，属于无线携能通信领域，包括磁控管电源、磁控管、中频信号发生器和第一电容；所述磁控管电源连有第一阴极电源线和第二阴极电源线；所述第一阴极电源线和第二阴极电源线分别与磁控管的阴极两端连接；所述第一电容一端和中频信号发生器连接，另一端和第一阴极电源线连接。本发明的磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置和方法，中频信号等效为磁控管阳极电压的纹波加载到磁控管阳极电压上，并将磁控管本身激励起的谐振信号作为本地振荡信号，利用磁控管进行混频和功率放大使磁控管的输出端产生新信号，新信号直接通过天线向外辐射，使无线携能通信更加简化简单，成本低。

技术领域

本发明属于无线携能通信领域，具体地说涉及磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置和方法。

背景技术

无线携能通信是能够实现能量和信息同步传输的新型技术，它以小型化、远距离、功率流和信息流深度融合的优势，突破了无线能量传输和无线通信之间的壁垒，使得频谱资源和能量利用率得到大幅度提升。该技术在军用和民用的应用场景广泛，包括无线充电设备、战场环境传感器、无人区传感器、空间有效载荷以及环境检测无人机等，在这些场景中，各类传感器都需要长时间工作和实时信息传递，但却难以实现线缆连接以及人工更换电池等操作，无线携能通信是保证非接触式充电和信息传递的有效手段。

在上述应用场景中，高频、高发射功率的微波源是实现设备小型化、远距离能量传输和大容量信息传递的关键所在，而磁控管凭借其高功质比、高效率、低造价的优势成为了此类应用微波源的首选。

2006年I.Thair等科学家就曾将调制信号作为小信号对S波段连续波磁控管进行注入锁定，从而实现磁控管作为微波源的无线携能通信，此时PSK的数据传输速率可达到2Mbps。2019年，美国费米国家加速器实验室完成了L波段100kW磁控管的调制信号注入锁定，PM信号传输速率为50kbps。日本京都大学于2019年首次提出基于磁控管发射机的无线携能通信系统架构，该系统PSK、FSK信号最大达到10Mbps，并且实现了世界上第一套基于FM信号注入锁定磁控管发射机的无线电视系统。以上科学研究证明了磁控管作为无线携能通信中发射机的可行性。中频信号指频段由300KHz到3000KHz的频率信号，而在射频通信系统里面，调制之前的信号被称为基带信号，混频之后的被称为射频(或者高频)信号，这两级之间的就是中频信号。

但是上述科研内容均侧重在无线携能通信中将磁控管作为功率放大器的作用，而忽视了磁控管作为幅度非线性响应器件的特性，即磁控管的输入与输出关系为非线性曲线。现有技术中中频信号要单独通过混频器进行混频，然后经过功率放大器放大后再输入连有磁控管的环形器进行再放大，才能够实现无线携能通信，实现方法复杂，装置成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置和方法，拟解决现有技术中只将磁控管作为功率放大器使用，实现无线携能通信复杂，装置成本高等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

磁控管阳极电源纹波混频无线携能通信装置，包括磁控管电源1、磁控管2、中频信号发生器3和第一电容41；所述磁控管电源1连有第一阴极电源线71和第二阴极电源线72；所述第一阴极电源线71和第二阴极电源线72分别与磁控管2的阴极两端连接；所述第一电容41一端和中频信号发生器3连接，另一端和第一阴极电源线71连接。

进一步的，所述第一电容41与第一阴极电源线71连接交点和磁控管电源1之间的第一阴极电源线71上设有第一电感51。

进一步的，所述第二阴极电源线72上设有第二电感52。

进一步的，还包括第三电感53；所述第三电感53一端与中频信号发生器3以及第一电容41连接中频信号发生器3的一端均连接，另一端接地。

进一步的，还包括第四电容44；所述第四电容44一端与磁控管电源1和第一电感51之间的第一阴极电源线71连接，另一端接地。