短波天線調(diào)諧裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供的短波天線調(diào)諧裝置是一種基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，該裝置設(shè)有以短波發(fā)射機輸出電信號依次相連的幅值耦合環(huán)與幅值檢測、定向耦合環(huán)與駐波比檢測、短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路，以及通過數(shù)據(jù)線分別與上述電路相連的嵌入式處理器。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于：提高了調(diào)諧精度和調(diào)諧速度，優(yōu)化了調(diào)諧控制結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
短波天線調(diào)諧裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及天線調(diào)諧裝置，特別是一種基于駐波比與幅值檢測的復(fù)合型短波天線自動調(diào)諧技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]短波通信依靠電離層與地面間的數(shù)次反射后可以實現(xiàn)長距離的通信，且很少會受地表特征的影響。短波通信在邊遠山區(qū)、搶險救災(zāi)、應(yīng)急通信、軍事通信等方面有重要的應(yīng)用。短波發(fā)射機通過天線形成電磁場輻射，要求天線對發(fā)射信號諧振，使輸出電磁場輻射強，作用距離遠。短波通信其頻率范圍為1.6-30MHZ，覆蓋系數(shù)約為20，在此頻率范圍內(nèi)，載波頻率的變化會引起天線阻抗的劇烈改變。當(dāng)天線與發(fā)射機不匹配時，會造成天線失配，輸出功率下降，影響發(fā)射機的穩(wěn)定工作，可靠性下降，波形失真等諸多問題。因此需要天線調(diào)諧器調(diào)節(jié)天線匹配網(wǎng)路的參數(shù)，使天線處于諧振狀態(tài)從而獲得最大發(fā)射功率，發(fā)射機與天線之間達到調(diào)諧匹配狀態(tài)。
[0003]天線調(diào)諧器是短波通信設(shè)備的重要組成部分，隨著現(xiàn)代短波無線電通信新技術(shù)如實時選頻、自適應(yīng)跳頻等技術(shù)的發(fā)展，短波通信過程中信號載波頻率將快速變化，為了提高短波電臺的通信距離與通信質(zhì)量，適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展使短波電臺能夠在全頻段內(nèi)最大效率地向外輻射無線電波，必須使電臺功放與天線之間一直處于良好的調(diào)諧狀態(tài)。同時對短波通信電臺的天線自動調(diào)諧器的調(diào)諧速度、調(diào)諧精度、穩(wěn)定性提出了更高要求。對天線調(diào)諧器進行研究與改進就顯得非常重要。本實用新型基于上述分析，致力于尋找更有效的技術(shù)方法和手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，以實現(xiàn)短波天線對發(fā)射機輸出發(fā)射信號的快速調(diào)諧匹配。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0006]本實用新型提供的短波天線調(diào)諧裝置，是一種基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，該裝置設(shè)有以短波發(fā)射機輸出電信號依次相連的幅值耦合環(huán)與幅值檢測、定向耦合環(huán)與駐波比檢測、短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路，以及通過數(shù)據(jù)線分別與上述電路相連的嵌入式處理器。
[0007]所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，由電感陣列、電容陣列及調(diào)諧控制電路組成;其中電感陣列中的電感采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的串聯(lián)接入方式，而電容陣列中的電容采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的并聯(lián)接入方式。
[0008]所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，其通過嵌入式處理器的控制信號將電感陣列串接在發(fā)射機的輸出與天線之間，電容陣列通過嵌入式處理器的控制信號可切換并接在功放輸出端或天線接入端，構(gòu)成F型與反F型兩種調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)整個短波范圍內(nèi)的調(diào)諧匹配。
[0009]所述的幅值耦合環(huán)與幅值檢測電路，置于發(fā)射機的輸出端，幅值耦合環(huán)次級感應(yīng)的交變電壓經(jīng)幅值檢測電路檢測幅值大小;其中發(fā)射機輸出連接線穿過短波耦合磁環(huán)作為幅值耦合的初級，次級感應(yīng)輸出送二極管整流后經(jīng)濾波電路濾波，送處理器的A/D變換電路。
[0010]所述的定向耦合環(huán)與駐波比檢測電路，其由串接于幅值耦合環(huán)后面定向耦合器及分別對正、反向功率進行對數(shù)測量的對數(shù)放大器AD8307組成;其輸出分別經(jīng)型電阻網(wǎng)絡(luò)由對數(shù)放大器檢測后送嵌入式處理器的A/D變換電路。
[0011]所述的幅值檢測電路與駐波比檢測電路構(gòu)成復(fù)合檢測電路，其將幅值耦合環(huán)輸出的短波幅值及定向耦合環(huán)輸出的反射、入射波分別經(jīng)檢波與濾波后送嵌入式處理器。
[0012]所述的嵌入式處理器，采用STM32F103C8T6芯片。
[0013]本實用新型在嵌入式處理器輸入端接有頻率檢測電路，該檢測電路采用EPM570100C5芯片設(shè)計。
[0014]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要優(yōu)點:
[0015]1.采用幅值和駐波比復(fù)合檢測方式優(yōu)化了調(diào)諧控制結(jié)構(gòu):
[0016]將通過幅值耦合環(huán)與定向耦合環(huán)測得的幅值與駐波比同時送嵌入式處理，具有兼顧兩者優(yōu)勢的特點，獲得輸出幅值最大、駐波比最佳的條件，同時滿足天線輻射最強，阻抗匹配最佳的條件。
[0017]2.電感、電容陣列匹配網(wǎng)絡(luò)及其控制結(jié)構(gòu)提高了調(diào)諧精度:
[0018]嵌入式處理器輸出17位二進制開關(guān)信號分別對8位按權(quán)值比例分配的電感陣列、8位按權(quán)值比例分配的電容陣列進行掃描搜索與控制驅(qū)動，實現(xiàn)了65536種不同電容、電感值，再通過電容接入端點的切換，共實現(xiàn)131072種調(diào)諧組合，大大提高了調(diào)諧精度。
[0019]3.通過頻率測量設(shè)置掃描搜索的起始點及其范圍提高了調(diào)諧速度:
[0020]嵌入式根椐所測短波已調(diào)波載波頻率，設(shè)置掃描搜索的起始點及其掃描范圍，將全頻段的掃描范圍縮小到某一特定的頻率范圍，大大降低了搜索匹配網(wǎng)絡(luò)電容、電感陣列的組合值的時間，提高了自動調(diào)諧速度。
【附圖說明】
[0021]圖1是一種基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置總體框圖。
[0022]圖2是短波天線電感、電容陣列匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3是幅值和駐波比復(fù)合檢測原理框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明，但不限定本實用新型。
[0025]本實用新型提供的基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示，其設(shè)有以短波發(fā)射機輸出電信號依次相連的幅值耦合環(huán)與幅值檢測、定向耦合環(huán)與駐波比檢測、短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路，以及通過數(shù)據(jù)線分別與上述電路相連的嵌入式處理器。
[0026]所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，由電感陣列、電容陣列及調(diào)諧控制電路組成，其中:電感陣列中的電感采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的串聯(lián)接入方式，而電容陣列中的電容采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的并聯(lián)接入方式。
[0027]所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過嵌入式處理器的控制信號將電感組串接在發(fā)射機的輸出與天線之間，電容組通過嵌入式處理器的控制信號可切換并接在功放輸出端或天線接入端，構(gòu)成r型與反r型兩種調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)整個短波范圍內(nèi)的調(diào)諧匹配。
[0028]所述的幅值耦合環(huán)與幅值檢測電路，置于發(fā)射機的輸出端，幅值耦合環(huán)次級感應(yīng)的交變電壓經(jīng)幅值檢測電路檢測幅值大小。其中:發(fā)射機輸出連接線穿過短波耦合磁環(huán)作為幅值耦合的初級，次級感應(yīng)輸出送二極管整流后經(jīng)濾波電路濾波，送處理器的A/D變換電路。
[0029]所述的定向耦合環(huán)與駐波比檢測電路，由串接于幅值耦合環(huán)后面定向耦合器及分別對正、反向功率進行對數(shù)測量的對數(shù)放大器AD8307組成，其中:正、反向功率的變壓器構(gòu)成定向耦合器，其輸出分別經(jīng)η型電阻網(wǎng)絡(luò)由對數(shù)放大器檢測后送嵌入式處理器的A/D變換電路。
[0030]上述的幅值檢測與駐波比檢測構(gòu)成復(fù)合檢測電路，其將幅值耦合環(huán)輸出的短波幅值及定向耦合環(huán)輸出的反射、入射波分別經(jīng)檢波與濾波后送嵌入式處理器。
[0031]所述的嵌入式處理器采用STM32F103C8T6。短波發(fā)射機工作時，嵌入式處理器根椐所測短波已調(diào)波載波頻率，設(shè)置掃描搜索的起始點及其范圍，該處理器通過控制與驅(qū)動電路對短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的電感、電容陣列進行二進制數(shù)字掃描，在掃描的同時通過幅值耦合環(huán)和定向耦合環(huán)分別感應(yīng)到送至短波天線的發(fā)射信號，當(dāng)權(quán)值組合的電感、電容值恰好為調(diào)諧匹配值時，檢測出的振幅值最大，駐波比最接近于I，處理器控制驅(qū)動電路并保持匹配網(wǎng)絡(luò)組合狀態(tài)，使短波天線處于諧振匹配狀態(tài)，發(fā)射功率高效傳輸，實現(xiàn)短波天線對發(fā)射信號的自動調(diào)諧匹配。
[0032]在嵌入式處理器輸入端接有頻率檢測電路，該檢測電路由CPLD設(shè)計組成，其型號為EPM570100C5，其中:輸入為短波發(fā)射機經(jīng)衰減整形處理后的方波信號，輸出連接至處理器。
[0033]圖2中給出了按權(quán)值比例分配的電感、電容陣列構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。電感陣列中采用串聯(lián)接入方式，總電感等于各支路電感之和。設(shè)支路最小電感LI=L，則相鄰電感為L2 = 2L，L3 = 2L2 = 4L……以此類推，通過控制Kal?Ka8，可獲得256種組合電感值;而電容陣列中的電容則采用并聯(lián)接入方式，總電容亦等于各支路電容之和。相鄰電容為C1 = C，C2 = 2C1 = 2C，C3 = 2C2 = 4C……以此類推，通過控制Kbl?Kb8，電容陣列也有256種組合值，且電容可通過控制K將電容陣列切換并接在功放輸出或天線接入端，構(gòu)成Γ型與反Γ型兩種天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，嵌入式處理器及其控制與驅(qū)動電路輸出兩路8位二進制開關(guān)信號分別實現(xiàn)電感陣列、電容陣列的65536種不同組合值，再加上開關(guān)K對電容接入端的切換，17位二進制總共可以實現(xiàn)131072種調(diào)諧組合。
[0034]圖3是幅值和駐波比復(fù)合檢測原理框圖，幅值耦合環(huán)T3置于發(fā)射機的輸出端，相當(dāng)于短波天線的底部，因為天線對發(fā)射信號諧振時，天線底部電流最大，幅值耦合環(huán)將天線底部的交變電流轉(zhuǎn)換成交變電壓輸出，發(fā)射機的輸出端穿過短波耦合磁環(huán)作為幅值耦合的初級，而次級在磁環(huán)上雙線并繞反相輸出，當(dāng)匹配網(wǎng)絡(luò)與天線構(gòu)成的回路對發(fā)射機送來的短波已調(diào)波的載波諧振時，幅值耦合環(huán)感應(yīng)的交變電壓最高，輸出經(jīng)Dl、D2全波整流后，由Cl、C2和R7構(gòu)成的濾波電路濾波，再由電位器W調(diào)節(jié)并放大后，送至嵌入式處理器的A/D變換器。當(dāng)處理器掃描與控制驅(qū)動電路，使電感、電容陣列構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)對發(fā)射機輸出的短波已調(diào)信號的載波諧振時，檢測到的幅值最大，此時天線處于諧振匹配狀態(tài)，發(fā)射效率高。
[0035]定向耦合器是駐波比檢測電路的前端模塊，其中T1、T2分別為組成定向耦合器的正、反向功率的變壓器線圈，其功能是將主信號回路里的正、反向傳輸信號按一定比例取樣，在兩個采樣端口輸出。Rl、R2及R3組成正向功率Ji型電阻網(wǎng)絡(luò)，R4、R5及R6組成反向功率π型電阻網(wǎng)絡(luò)，它們分別為正、反向功率輸出采樣回路的負載，同時又起到調(diào)節(jié)采樣信號功率大小的作用。功率檢測采用ADI公司的基于連續(xù)壓縮技術(shù)的解調(diào)對數(shù)放大器AD8307。其具有DC?500MHz帶寬，92dB動態(tài)范圍，25mV/dB轉(zhuǎn)換率及低電壓單電源供電的特性。入射波和反射波的功率經(jīng)AD8307檢測后，兩路信號分別由A/D變換器轉(zhuǎn)換后再經(jīng)嵌入式處理器計算得到電壓駐波比。
[0036]頻率檢測模塊測量短波已調(diào)波的載波頻率，用于確定掃描搜索的起始點及其范圍，由于采用每一個頻段對應(yīng)一個調(diào)諧參數(shù)的方式。步進頻段范圍較寬，設(shè)計中以10KHz為一個步進頻段，對1.6MHz?30MHz短波頻率范圍的已調(diào)波測量載波頻率，要求0.1MHz的分辨率，這樣大大降低了對頻率計數(shù)精度的要求，調(diào)制引起的頻率計數(shù)偏移可忽略。頻率檢測由CPLD完成，輸入為衰減整形處理后的方波信號。測得對應(yīng)頻率f后，處理器將f轉(zhuǎn)換為掃描存儲器高位地址值，該地址決定了掃描起始點及其范圍，而掃描精度由設(shè)置的低位地址決定。
[0037]本實用新型提供的上述的基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，其工作過程是:短波發(fā)射機工作時，處理器通過控制驅(qū)動電路對電感、電容陣列進行二進制數(shù)字掃描，在掃描的同時通過幅值耦合環(huán)和定向耦合環(huán)分別感應(yīng)到送至短波天線的發(fā)射信號，檢測到此時經(jīng)電感、電容陣列構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)送至天線的幅值與駐波比，當(dāng)權(quán)值組合的電感、電容值恰好為調(diào)諧匹配值時，檢測出的振幅值最大，駐波比最接近于I，處理器控制驅(qū)動電路并保持匹配網(wǎng)絡(luò)組合狀態(tài)，使短波天線處于諧振匹配狀態(tài)，實現(xiàn)短波天線對短波發(fā)射機輸出信號的調(diào)諧匹配。
【主權(quán)項】
1.一種短波天線調(diào)諧裝置，其特征是一種基于幅值和駐波比復(fù)合檢測的短波天線調(diào)諧裝置，該裝置設(shè)有以短波發(fā)射機輸出電信號依次相連的幅值耦合環(huán)與幅值檢測、定向耦合環(huán)與駐波比檢測、短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)及控制與驅(qū)動電路，以及通過數(shù)據(jù)線分別與上述電路相連的嵌入式處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，由電感陣列、電容陣列及調(diào)諧控制電路組成;所述電感陣列中的電感采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的串聯(lián)接入方式，而電容陣列中的電容采用權(quán)系數(shù)調(diào)整的并聯(lián)接入方式。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的短波天線調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，其通過嵌入式處理器的控制信號將電感陣列串接在發(fā)射機的輸出與天線之間，電容陣列通過嵌入式處理器的控制信號可切換并接在功放輸出端或天線接入端，構(gòu)成Γ型與反Γ型兩種調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)整個短波范圍內(nèi)的調(diào)諧匹配。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的幅值耦合環(huán)與幅值檢測電路，置于發(fā)射機的輸出端，幅值耦合環(huán)次級感應(yīng)的交變電壓經(jīng)幅值檢測電路檢測幅值大小;所述發(fā)射機輸出連接線穿過短波耦合磁環(huán)作為幅值耦合的初級，次級感應(yīng)輸出送二極管整流后經(jīng)濾波電路濾波，送處理器的A/D變換電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的定向耦合環(huán)與駐波比檢測電路，其由串接于幅值耦合環(huán)后面的定向耦合器及分別對正、反向功率進行對數(shù)測量的對數(shù)放大器AD8307組成;其輸出分別經(jīng)型電阻網(wǎng)絡(luò)由對數(shù)放大器檢測后，送嵌入式處理器的A/D變換電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的幅值檢測電路與駐波比檢測電路構(gòu)成復(fù)合檢測電路，其將幅值耦合環(huán)輸出的短波幅值及定向耦合環(huán)輸出的反射、入射波分別經(jīng)檢波與濾波后送嵌入式處理器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征在于所述的嵌入式處理器，采用STM32F103C8T6 芯片。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波天線調(diào)諧裝置，其特征是在嵌入式處理器輸入端接有頻率檢測電路，該檢測電路采用EPM570100C5芯片設(shè)計。
【文檔編號】H04B17/11GK205584212SQ201620284980
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】唐靜, 付彥喆, 邱勁松, 張寧, 陳婧, 陳永泰
【申請人】武漢理工大學(xué)