短波天线调谐装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供的短波天线调谐装置是一种基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，该装置设有以短波发射机输出电信号依次相连的幅值耦合环与幅值检测、定向耦合环与驻波比检测、短波天线调谐匹配网络及控制与驱动电路，以及通过数据线分别与上述电路相连的嵌入式处理器。本实用新型与现有技术相比，其优势在于：提高了调谐精度和调谐速度，优化了调谐控制结构。
【专利说明】
短波天线调谐装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及天线调谐装置，特别是一种基于驻波比与幅值检测的复合型短波天线自动调谐技术。
【背景技术】
[0002]短波通信依靠电离层与地面间的数次反射后可以实现长距离的通信，且很少会受地表特征的影响。短波通信在边远山区、抢险救灾、应急通信、军事通信等方面有重要的应用。短波发射机通过天线形成电磁场辐射，要求天线对发射信号谐振，使输出电磁场辐射强，作用距离远。短波通信其频率范围为1.6-30MHZ，覆盖系数约为20，在此频率范围内，载波频率的变化会引起天线阻抗的剧烈改变。当天线与发射机不匹配时，会造成天线失配，输出功率下降，影响发射机的稳定工作，可靠性下降，波形失真等诸多问题。因此需要天线调谐器调节天线匹配网路的参数，使天线处于谐振状态从而获得最大发射功率，发射机与天线之间达到调谐匹配状态。
[0003]天线调谐器是短波通信设备的重要组成部分，随着现代短波无线电通信新技术如实时选频、自适应跳频等技术的发展，短波通信过程中信号载波频率将快速变化，为了提高短波电台的通信距离与通信质量，适应新技术的发展使短波电台能够在全频段内最大效率地向外辐射无线电波，必须使电台功放与天线之间一直处于良好的调谐状态。同时对短波通信电台的天线自动调谐器的调谐速度、调谐精度、稳定性提出了更高要求。对天线调谐器进行研究与改进就显得非常重要。本实用新型基于上述分析，致力于寻找更有效的技术方法和手段。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，以实现短波天线对发射机输出发射信号的快速调谐匹配。
[0005]本实用新型解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0006]本实用新型提供的短波天线调谐装置，是一种基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，该装置设有以短波发射机输出电信号依次相连的幅值耦合环与幅值检测、定向耦合环与驻波比检测、短波天线调谐匹配网络及控制与驱动电路，以及通过数据线分别与上述电路相连的嵌入式处理器。
[0007]所述的短波天线调谐匹配网络，由电感阵列、电容阵列及调谐控制电路组成;其中电感阵列中的电感采用权系数调整的串联接入方式，而电容阵列中的电容采用权系数调整的并联接入方式。
[0008]所述的短波天线调谐匹配网络，其通过嵌入式处理器的控制信号将电感阵列串接在发射机的输出与天线之间，电容阵列通过嵌入式处理器的控制信号可切换并接在功放输出端或天线接入端，构成F型与反F型两种调谐匹配网络结构，以实现整个短波范围内的调谐匹配。
[0009]所述的幅值耦合环与幅值检测电路，置于发射机的输出端，幅值耦合环次级感应的交变电压经幅值检测电路检测幅值大小;其中发射机输出连接线穿过短波耦合磁环作为幅值耦合的初级，次级感应输出送二极管整流后经滤波电路滤波，送处理器的A/D变换电路。
[0010]所述的定向耦合环与驻波比检测电路，其由串接于幅值耦合环后面定向耦合器及分别对正、反向功率进行对数测量的对数放大器AD8307组成;其输出分别经型电阻网络由对数放大器检测后送嵌入式处理器的A/D变换电路。
[0011]所述的幅值检测电路与驻波比检测电路构成复合检测电路，其将幅值耦合环输出的短波幅值及定向耦合环输出的反射、入射波分别经检波与滤波后送嵌入式处理器。
[0012]所述的嵌入式处理器，采用STM32F103C8T6芯片。
[0013]本实用新型在嵌入式处理器输入端接有频率检测电路，该检测电路采用EPM570100C5芯片设计。
[0014]本实用新型与现有技术相比具有以下主要优点:
[0015]1.采用幅值和驻波比复合检测方式优化了调谐控制结构:
[0016]将通过幅值耦合环与定向耦合环测得的幅值与驻波比同时送嵌入式处理，具有兼顾两者优势的特点，获得输出幅值最大、驻波比最佳的条件，同时满足天线辐射最强，阻抗匹配最佳的条件。
[0017]2.电感、电容阵列匹配网络及其控制结构提高了调谐精度:
[0018]嵌入式处理器输出17位二进制开关信号分别对8位按权值比例分配的电感阵列、8位按权值比例分配的电容阵列进行扫描搜索与控制驱动，实现了65536种不同电容、电感值，再通过电容接入端点的切换，共实现131072种调谐组合，大大提高了调谐精度。
[0019]3.通过频率测量设置扫描搜索的起始点及其范围提高了调谐速度:
[0020]嵌入式根椐所测短波已调波载波频率，设置扫描搜索的起始点及其扫描范围，将全频段的扫描范围缩小到某一特定的频率范围，大大降低了搜索匹配网络电容、电感阵列的组合值的时间，提高了自动调谐速度。
【附图说明】
[0021]图1是一种基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置总体框图。
[0022]图2是短波天线电感、电容阵列匹配网络及控制与驱动电路结构图。
[0023]图3是幅值和驻波比复合检测原理框图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。
[0025]本实用新型提供的基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，其结构如图1至图3所示，其设有以短波发射机输出电信号依次相连的幅值耦合环与幅值检测、定向耦合环与驻波比检测、短波天线调谐匹配网络及控制与驱动电路，以及通过数据线分别与上述电路相连的嵌入式处理器。
[0026]所述的短波天线调谐匹配网络，由电感阵列、电容阵列及调谐控制电路组成，其中:电感阵列中的电感采用权系数调整的串联接入方式，而电容阵列中的电容采用权系数调整的并联接入方式。
[0027]所述的短波天线调谐匹配网络结构通过嵌入式处理器的控制信号将电感组串接在发射机的输出与天线之间，电容组通过嵌入式处理器的控制信号可切换并接在功放输出端或天线接入端，构成r型与反r型两种调谐匹配网络结构，以实现整个短波范围内的调谐匹配。
[0028]所述的幅值耦合环与幅值检测电路，置于发射机的输出端，幅值耦合环次级感应的交变电压经幅值检测电路检测幅值大小。其中:发射机输出连接线穿过短波耦合磁环作为幅值耦合的初级，次级感应输出送二极管整流后经滤波电路滤波，送处理器的A/D变换电路。
[0029]所述的定向耦合环与驻波比检测电路，由串接于幅值耦合环后面定向耦合器及分别对正、反向功率进行对数测量的对数放大器AD8307组成，其中:正、反向功率的变压器构成定向耦合器，其输出分别经η型电阻网络由对数放大器检测后送嵌入式处理器的A/D变换电路。
[0030]上述的幅值检测与驻波比检测构成复合检测电路，其将幅值耦合环输出的短波幅值及定向耦合环输出的反射、入射波分别经检波与滤波后送嵌入式处理器。
[0031]所述的嵌入式处理器采用STM32F103C8T6。短波发射机工作时，嵌入式处理器根椐所测短波已调波载波频率，设置扫描搜索的起始点及其范围，该处理器通过控制与驱动电路对短波天线调谐匹配网络的电感、电容阵列进行二进制数字扫描，在扫描的同时通过幅值耦合环和定向耦合环分别感应到送至短波天线的发射信号，当权值组合的电感、电容值恰好为调谐匹配值时，检测出的振幅值最大，驻波比最接近于I，处理器控制驱动电路并保持匹配网络组合状态，使短波天线处于谐振匹配状态，发射功率高效传输，实现短波天线对发射信号的自动调谐匹配。
[0032]在嵌入式处理器输入端接有频率检测电路，该检测电路由CPLD设计组成，其型号为EPM570100C5，其中:输入为短波发射机经衰减整形处理后的方波信号，输出连接至处理器。
[0033]图2中给出了按权值比例分配的电感、电容阵列构成的匹配网络及控制与驱动电路结构图。电感阵列中采用串联接入方式，总电感等于各支路电感之和。设支路最小电感LI=L，则相邻电感为L2 = 2L，L3 = 2L2 = 4L……以此类推，通过控制Kal?Ka8，可获得256种组合电感值;而电容阵列中的电容则采用并联接入方式，总电容亦等于各支路电容之和。相邻电容为C1 = C，C2 = 2C1 = 2C，C3 = 2C2 = 4C……以此类推，通过控制Kbl?Kb8，电容阵列也有256种组合值，且电容可通过控制K将电容阵列切换并接在功放输出或天线接入端，构成Γ型与反Γ型两种天线调谐匹配网络结构，嵌入式处理器及其控制与驱动电路输出两路8位二进制开关信号分别实现电感阵列、电容阵列的65536种不同组合值，再加上开关K对电容接入端的切换，17位二进制总共可以实现131072种调谐组合。
[0034]图3是幅值和驻波比复合检测原理框图，幅值耦合环T3置于发射机的输出端，相当于短波天线的底部，因为天线对发射信号谐振时，天线底部电流最大，幅值耦合环将天线底部的交变电流转换成交变电压输出，发射机的输出端穿过短波耦合磁环作为幅值耦合的初级，而次级在磁环上双线并绕反相输出，当匹配网络与天线构成的回路对发射机送来的短波已调波的载波谐振时，幅值耦合环感应的交变电压最高，输出经Dl、D2全波整流后，由Cl、C2和R7构成的滤波电路滤波，再由电位器W调节并放大后，送至嵌入式处理器的A/D变换器。当处理器扫描与控制驱动电路，使电感、电容阵列构成的匹配网络对发射机输出的短波已调信号的载波谐振时，检测到的幅值最大，此时天线处于谐振匹配状态，发射效率高。
[0035]定向耦合器是驻波比检测电路的前端模块，其中T1、T2分别为组成定向耦合器的正、反向功率的变压器线圈，其功能是将主信号回路里的正、反向传输信号按一定比例取样，在两个采样端口输出。Rl、R2及R3组成正向功率Ji型电阻网络，R4、R5及R6组成反向功率π型电阻网络，它们分别为正、反向功率输出采样回路的负载，同时又起到调节采样信号功率大小的作用。功率检测采用ADI公司的基于连续压缩技术的解调对数放大器AD8307。其具有DC?500MHz带宽，92dB动态范围，25mV/dB转换率及低电压单电源供电的特性。入射波和反射波的功率经AD8307检测后，两路信号分别由A/D变换器转换后再经嵌入式处理器计算得到电压驻波比。
[0036]频率检测模块测量短波已调波的载波频率，用于确定扫描搜索的起始点及其范围，由于采用每一个频段对应一个调谐参数的方式。步进频段范围较宽，设计中以10KHz为一个步进频段，对1.6MHz?30MHz短波频率范围的已调波测量载波频率，要求0.1MHz的分辨率，这样大大降低了对频率计数精度的要求，调制引起的频率计数偏移可忽略。频率检测由CPLD完成，输入为衰减整形处理后的方波信号。测得对应频率f后，处理器将f转换为扫描存储器高位地址值，该地址决定了扫描起始点及其范围，而扫描精度由设置的低位地址决定。
[0037]本实用新型提供的上述的基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，其工作过程是:短波发射机工作时，处理器通过控制驱动电路对电感、电容阵列进行二进制数字扫描，在扫描的同时通过幅值耦合环和定向耦合环分别感应到送至短波天线的发射信号，检测到此时经电感、电容阵列构成的匹配网络送至天线的幅值与驻波比，当权值组合的电感、电容值恰好为调谐匹配值时，检测出的振幅值最大，驻波比最接近于I，处理器控制驱动电路并保持匹配网络组合状态，使短波天线处于谐振匹配状态，实现短波天线对短波发射机输出信号的调谐匹配。
【主权项】
1.一种短波天线调谐装置，其特征是一种基于幅值和驻波比复合检测的短波天线调谐装置，该装置设有以短波发射机输出电信号依次相连的幅值耦合环与幅值检测、定向耦合环与驻波比检测、短波天线调谐匹配网络及控制与驱动电路，以及通过数据线分别与上述电路相连的嵌入式处理器。2.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的短波天线调谐匹配网络，由电感阵列、电容阵列及调谐控制电路组成;所述电感阵列中的电感采用权系数调整的串联接入方式，而电容阵列中的电容采用权系数调整的并联接入方式。3.根据权利要求2所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的短波天线调谐匹配网络，其通过嵌入式处理器的控制信号将电感阵列串接在发射机的输出与天线之间，电容阵列通过嵌入式处理器的控制信号可切换并接在功放输出端或天线接入端，构成Γ型与反Γ型两种调谐匹配网络结构，以实现整个短波范围内的调谐匹配。4.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的幅值耦合环与幅值检测电路，置于发射机的输出端，幅值耦合环次级感应的交变电压经幅值检测电路检测幅值大小;所述发射机输出连接线穿过短波耦合磁环作为幅值耦合的初级，次级感应输出送二极管整流后经滤波电路滤波，送处理器的A/D变换电路。5.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的定向耦合环与驻波比检测电路，其由串接于幅值耦合环后面的定向耦合器及分别对正、反向功率进行对数测量的对数放大器AD8307组成;其输出分别经型电阻网络由对数放大器检测后，送嵌入式处理器的A/D变换电路。6.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的幅值检测电路与驻波比检测电路构成复合检测电路，其将幅值耦合环输出的短波幅值及定向耦合环输出的反射、入射波分别经检波与滤波后送嵌入式处理器。7.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征在于所述的嵌入式处理器，采用STM32F103C8T6 芯片。8.根据权利要求1所述的短波天线调谐装置，其特征是在嵌入式处理器输入端接有频率检测电路，该检测电路采用EPM570100C5芯片设计。
【文档编号】H04B17/11GK205584212SQ201620284980
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】唐静, 付彦喆, 邱劲松, 张宁, 陈婧, 陈永泰
【申请人】武汉理工大学