一种腔体合路器的调谐控制方法以及腔体合路器与流程

本发明属于腔体合路器技术领域，公开了一种腔体合路器的调谐控制方法以及腔体合路器。

背景技术：

腔体合路器是现代通信技术中必不可少的高频及微波部件，广泛应用于移动通信、卫星通讯、导航、雷达、遥测遥控、电子对抗、测试仪器等应用设备中的多载波无线发射装置中。

腔体合路器按是否能改变工作频率和带宽，分为固定式合路器和可调谐合路器。固定式合路器一般在工厂对工作频率和带宽进行校准和测试，然后利用机械结构将参数固定下来。固定式合路器在出厂后，在现场环境下由于仪器设备限制使得校准和测量非常困难。可调谐合路器通过改变电参数进行调谐，出厂后也能很方便地改变频率和带宽，因此更能够适应多种应用场景。

可调谐合路器又可以分为电子调谐合路器和机械调谐合路器。电子调谐合路器直接改变电路的电容、电感等参数。电子调谐合路器的优点是体积小、重量轻、易集成、成本低，电子调谐合路器的缺点是功率容量、环境影响和精度受限。机械调谐合路器通过机械运动进行调谐，通过改变电参数间接实现合路器参数可变。机械调谐合路器可实现大功率、插损小、高精度，但体积大、重量大、成本高。

可调谐腔体合路器广泛使用在基站、测试仪器设备、信道机、雷达、信标、数据链、干扰机等各种需要采用多个不同频率的载波进行发射的设备上。虽然中小功率的合路器逐步被多载波功放所取代，但中小功率的合路器在大功率、低损耗及极端环境场合仍然有广泛的用途。

采用机械调谐时，一般通过驱动机械机构来改变位移量，从而改变电容、电感、耦合参数等变量来实现频率调谐。由于目前无线设备的频率准确度要求更高，为了实现准确调谐一般通过精确测量电压驻波比(vswr)，同时必须有精密的机械装置和位移测量装置，最终实现腔体谐振频率与输入功率信号的频率一致，即形成谐振，使该通道的功率信号尽量少地损失，并参与信号合路。

发明人在研究本发明的过程中发现，现有技术中腔体合路器的调谐控制方法很难达到准确调谐，并且在实时控制时存在调谐精度低、速度慢，易受输入信号的影响等问题。此外腔体环境温度变化时，采用现有技术中腔体合路器的调谐控制方法容易导致调谐精度下降，并且腔体在较宽的频率范围内，容易出现调谐精度降低的问题。

技术实现要素：

本发明实施例公开了一种腔体合路器的调谐控制方法以及腔体合路器，针对现有技术中：腔体合路器的调谐控制方法很难达到准确调谐，并且在实时控制时存在调谐精度低、速度慢，易受输入信号的影响等问题。此外腔体环境温度变化时，采用现有技术中腔体合路器的调谐控制方法容易导致调谐精度下降，并且腔体在较宽的频率范围内，容易出现调谐精度降低的问题。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种腔体合路器的调谐控制方法。所述腔体合路器的调谐控制方法包括：多次测量输入信号的频率，得到n个频率值；计算所述n个频率值的方差σ；当所述方差σ小于方差阈值时，插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量；腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率；测量所述谐振频率的精度；在所述谐振频率的精度符合预设时，腔体合路器调谐完毕。

在本发明的一个或者多个实施例中，当所述方差σ大于或等于所述方差阈值时，增大n的值，直至所述方差σ小于所述方差阈值。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述方差阈值为腔体合路器进行射频信号合路的频道间隔的倒数。

在本发明的一个或者多个实施例中，在插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量之前，还包括对频率调谐范围进行曲线拟合。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述进行曲线拟合包括：针对所述频率调谐范围取多个采样点，多次测量和记录每一个所述采样点的谐振频率和位移量；采用平均法计算每一个所述采样点的多个谐振频率和多个位移量的均方差δ；在所述均方差δ小于均方差阈值且对每一个所述采样点的测量误差概率小于预设概率值时，所述多个采样点满足精度要求；将满足精度要求的所述多个采样点中的一部分均匀分布在所述频率调谐范围内并进行曲线拟合；根据拟合的曲线得出分布在所述频率调谐范围内其余的频率点并进行误差分析；在分析得出曲线拟合的误差不满足精度要求时更换曲线对均匀分布在所述频率调谐范围内的采样点进行曲线拟合，直至曲线拟合的误差满足精度。

在本发明的一个或者多个实施例中，在测量所述谐振频率的精度后，当所述谐振频率的精度达不到精度要求时，测量所述腔体合路器的正向功率和回波功率；计算所述正向功率和所述回波功率的比值；当所述比值符合预设时，所述腔体合路器调谐完毕。

本发明的一个或者多个实施例公开了一种腔体合路器。所述腔体合路器应用于上述任意一种所述腔体合路器的调谐控制方法。所述腔体合路器包括：腔体、多个调谐模块、多个信道隔离器、多个接头以及控制器；其中，所述多个调谐模块装设在所述腔体内，并且所述多个调谐模块在所述腔体内相互隔离；所述多个信道隔离器、所述多个接头以及所述控制器装设在所述腔体外；每一个所述信道隔离器的输出端与一个所述接头相连；每一个所述接头接入一个所述调谐模块；所述控制器与所述多个调谐模块电连接。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述调谐模块包括：步进电机、消隙螺钉、支撑介质、调谐环、以及圆柱形谐振腔；其中，所述步进电机的转轴通过所述消隙螺钉与所述支撑介质的一端连接；所述支撑介质的另一端与所述调谐环连接；所述步进电机通过所述支撑介质带动所述调谐环转动；所述圆柱形谐振腔在所述腔体内的位置对应于所述调谐环。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述腔体合路器还包括步进电机安装板和固定套；所述步进电机安装板装设在所述腔体上；所述固定套的一端与所述步进电机安装板安装，所述固定套的另一端安装所述步进电机；所述步进电机的转轴、所述消隙螺钉以及所述支撑介质穿过所述固定套。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述腔体合路器还包括锁定螺钉和紧固卡簧；所述支撑介质与所述调谐环通过所述锁定螺钉连接；所述控制器与所述腔体之间通过所述紧固卡簧固定。

与现有技术相比，本发明公开的技术方案主要有以下有益效果：

在本发明的实施例中，所述腔体合路器的调谐控制方法包括：多次测量输入信号的频率，得到n个频率值；计算所述n个频率值的方差σ；当所述方差σ小于方差阈值时，插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量；腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率；测量所述谐振频率的精度；在所述谐振频率的精度符合预设时，腔体合路器调谐完毕。在本发明的实施例中，计算输入信号的n个频率值的方差σ，通过将所述方差σ限定得比方差阈值小，在数据统计层面保证了统计的精度，有利于提高插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量的精度，建立起位移量与谐振频率精准的对应关系。在本发明的实施例中，腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率，并测量所述谐振频率的精度，有利于保证调谐的精度。所述位移量可以通过步进电机进行控制，并且可以利用步进电机的自锁特性，使得在掉电时可以保持谐振频率的位置。在本发明的实施例中，可以实时测量输入信号的频率、计算n个频率值的方差σ、插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量以及腔体合路器可以基于所述位移量实时设置谐振频率，因此排除了温度、反射系数、设备磨损等对调谐精度的影响。本发明实施例中的腔体合路器的调谐控制方法以及腔体合路器具有通用性强、调谐精度高、调谐控制稳定、耐用度高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的一实施例中一种腔体合路器的调谐控制方法的流程示意图；

图2为本发明的另一实施例中一种腔体合路器的调谐控制方法的流程示意图；

图3为本发明的一实施例中对频率调谐范围进行曲线拟合的流程示意图；

图4为本发明的一实施例中一种腔体合路器的剖视图；

图5为图4中所示意的腔体合路器的剖视区域i的放大图。

附图标记说明：

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

腔体合路器是现代通信技术中必不可少的高频及微波部件，广泛应用于移动通信、卫星通讯、导航、雷达、遥测遥控、电子对抗、测试仪器等应用设备中的多载波无线发射装置中。腔体合路器按是否能改变工作频率和带宽，分为固定式合路器和可调谐合路器。固定式合路器一般在工厂对工作频率和带宽进行校准和测试，然后利用机械结构将参数固定下来。固定式合路器在出厂后，在现场环境下由于仪器设备限制使得校准和测量非常困难。可调谐合路器通过改变电参数进行调谐，出厂后也能很方便地改变频率和带宽，因此更能够适应多种应用场景。可调谐合路器又可以分为电子调谐合路器和机械调谐合路器。电子调谐合路器直接改变电路的电容、电感等参数。电子调谐合路器的优点是体积小、重量轻、易集成、成本低，电子调谐合路器的缺点是功率容量、环境影响和精度受限。机械调谐合路器通过机械运动进行调谐，通过改变电参数间接实现合路器参数可变。机械调谐合路器可实现大功率、插损小、高精度，但体积大、重量大、成本高。可调谐腔体合路器广泛使用在基站、测试仪器设备、信道机、雷达、信标、数据链、干扰机等各种需要采用多个不同频率的载波进行发射的设备上。虽然中小功率的合路器逐步被多载波功放所取代，但中小功率的合路器在大功率、低损耗及极端环境场合仍然有广泛的用途。

采用机械调谐时，一般通过驱动机械机构来改变位移量，从而改变电容、电感、耦合参数等变量来实现频率调谐。由于目前无线设备的频率准确度要求更高，为了实现准确调谐一般通过精确测量电压驻波比(vswr)，同时必须有精密的机械装置和位移测量装置，最终实现腔体谐振频率与输入功率信号的频率一致，即形成谐振，使该通道的功率信号尽量少地损失，并参与信号合路。

本发明的一实施例公开了一种腔体合路器的调谐控制方法。参考图1，为本发明的一实施例中一种腔体合路器的调谐控制方法的流程示意图。

如图1中所示意的，所述腔体合路器的调谐控制方法包括：

步骤1：多次测量输入信号的频率，得到n个频率值。

步骤2：计算所述n个频率值的方差σ。

步骤3：当所述方差σ小于方差阈值时，插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量。

步骤4：腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率。

步骤5：测量所述谐振频率的精度。

步骤6：在所述谐振频率的精度符合预设时，腔体合路器调谐完毕。

在本发明的上述实施例中，计算输入信号的n个频率值的方差σ，通过将所述方差σ限定得比方差阈值小，在数据统计层面保证了统计的精度，有利于提高插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量的精度，建立起位移量与谐振频率精准的对应关系。在本发明的上述实施例中，腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率，并测量所述谐振频率的精度，有利于保证调谐的精度。所述位移量可以通过步进电机进行控制，并且可以利用步进电机的自锁特性，使得在掉电时可以保持谐振频率的位置。在本发明的上述实施例中，可以实时测量输入信号的频率、计算n个频率值的方差σ、插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量以及腔体合路器可以基于所述位移量实时设置谐振频率，因此排除了温度、反射系数、设备磨损等对调谐精度的影响。本发明的上述实施例中的腔体合路器的调谐控制方法具有通用性强、调谐精度高、调谐控制稳定、耐用度高等优点。

在本发明的一个或者多个实施例中，当所述方差σ大于或等于所述方差阈值时，增大n的值，直至所述方差σ小于所述方差阈值。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述方差阈值为腔体合路器进行射频信号合路的频道间隔的倒数。

在本发明的一个或者多个实施例中，在插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量之前，还包括对频率调谐范围进行曲线拟合。

在本发明的一个或者多个实施例中，所述进行曲线拟合包括：针对所述频率调谐范围取多个采样点，多次测量和记录每一个所述采样点的谐振频率和位移量；采用平均法计算每一个所述采样点的多个谐振频率和多个位移量的均方差δ；在所述均方差δ小于均方差阈值且对每一个所述采样点的测量误差概率小于预设概率值时，所述多个采样点满足精度要求；将满足精度要求的所述多个采样点中的一部分均匀分布在所述频率调谐范围内并进行曲线拟合；根据拟合的曲线得出分布在所述频率调谐范围内其余的频率点并进行误差分析；在分析得出曲线拟合的误差不满足精度要求时更换曲线对均匀分布在所述频率调谐范围内的采样点进行曲线拟合，直至曲线拟合的误差满足精度。

需要说明的是，对频率调谐范围进行曲线拟合既可以是脱机曲线拟合，也可以是由腔体合路器自身进行曲线拟合，还可以不进行曲线拟合。根据频率调谐的精度需要，选择曲线拟合的具体方式，以实现调谐精度、调谐效率以及成本的综合最佳收益。

在本发明的一个或者多个实施例中，在测量所述谐振频率的精度后，当所述谐振频率的精度达不到精度要求时，测量所述腔体合路器的正向功率和回波功率；计算所述正向功率和所述回波功率的比值；当所述比值符合预设时，所述腔体合路器调谐完毕。

在本发明的一个或者多个实施例中，还可以利用温度传感器采集腔体合路器的腔体内温度-频率特性曲线，根据所述温度-频率特性曲线进行调谐，以进一步提高调谐的精度。

下面将对本发明公开的腔体合路器的调谐控制方法作进一步的说明。

参考图2，为本发明的另一实施例中一种腔体合路器的调谐控制方法的流程示意图。

如图2中所示意的，所述腔体合路器的调谐控制方法包括：

步骤a1：多次测量输入信号的频率，得到n个频率值。

步骤a2：计算所述n个频率值的方差σ。

执行判断步骤a3：所述方差σ是否小于方差阈值。

当所述方差σ不小于方差阈值时，执行步骤a31：增大n的取值。然后返回执行步骤步骤a1。

当所述方差σ小于方差阈值时，执行步骤a4：插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量。

步骤a5：腔体合路器基于所述位移量设置谐振频率。

步骤a6：测量所述谐振频率的精度。

执行判断步骤a7：所述谐振频率的精度是否符合预设。

当所述谐振频率的精度不符合预设时，执行步骤a71：测量所述腔体合路器的正向功率和回波功率。当所述谐振频率的精度符合预设时，表明腔体合路器调谐完毕。

步骤a72：计算所述正向功率和所述回波功率的比值。

执行判断步骤a73：所述比值是否符合预设。

当所述比值不符合预设时，执行步骤a74：再次调谐。应当理解，再次调谐可以包括步骤步骤a1至步骤a6的过程。当所述比值符合预设时，也表明腔体合路器调谐完毕。

执行判断步骤a75：调谐次数是否达到上限。

当调谐次数没有达到上限时，返回执行判断步骤a7。

当调谐次数达到上限时，表明调谐失败。

在本发明的上述实施例中，当所述谐振频率的精度不符合预设时，测量所述腔体合路器的正向功率和回波功率，然后计算所述正向功率和所述回波功率的比值，在所述比值符合预设时，腔体合路器调谐完毕。因此本发明上述实施例中的腔体合路器的调谐控制方法，一方面通过步骤a1至a6让腔体合路器的调谐精度提高了接近一个数量级，另一方面通过步骤a71和步骤a72让腔体合路器有可能在一个相对较低的调谐精度下仍然继续工作，有利于扩大腔体合路器的适用范围，降低应用成本。

参考图3，为本发明的一实施例中对频率调谐范围进行曲线拟合的流程示意图。

如图3中所示意的，所述对频率调谐范围进行曲线拟合的流程包括：

步骤b1：针对所述频率调谐范围取多个采样点，多次测量和记录每一个所述采样点的谐振频率和位移量。

步骤b2：采用平均法计算每一个所述采样点的多个谐振频率和多个位移量的均方差δ。

执行判断步骤b3：所述均方差δ是否小于均方差阈值。

当所述均方差δ小于均方差阈值时，执行判断步骤b4：每一个所述采样点的测量误差概率是否小于预设概率值。当所述均方差δ不小于均方差阈值时，执行判断步骤b31：增加测量次数。然后返回执行步骤b1。

在执行判断步骤b4中，当每一个所述采样点的测量误差概率是否小于预设概率值时，执行步骤b5：将满足精度要求的所述多个采样点中的一部分均匀分布在所述频率调谐范围内并进行曲线拟合。

步骤b6：根据拟合的曲线得出分布在所述频率调谐范围内其余的频率点并进行误差分析。

执行判断步骤b7：曲线拟合的误差是否满足精度要求。当曲线拟合的误差不满足精度要求时，执行步骤b71：更换曲线。然后返回执行步骤b5。可以理解，更换曲线时可以选择线性曲线、二次曲线、三次曲线、高次曲线、指数曲线等。曲线的复杂程度以处理器的处理能力为限。当曲线拟合的误差满足精度要求时，表明标定完成。

在本发明的上述实施例中，对所述频率调谐范围取多个采样点，并多次测量和记录每一个所述采样点的谐振频率和位移量，然后采用平均法计算每一个所述采样点的多个谐振频率和多个位移量的均方差δ。通过让所述均方差δ小于均方差阈值，使得让每一个所述采样点的测量误差概率小于预设概率值，使得获取到的采样点的谐振频率和位移满足精度要求。在本发明的上述实施例中，曲线拟合可以进一步和插值计算结合起来，在将低对控制器处理能力的前提下有利于提高调谐的精度。

本发明的一实施例公开了一种腔体合路器。

参考图4和图5，其中图4为本发明的一实施例中一种腔体合路器的剖视图，图5为图4中所示意的腔体合路器的剖视区域i的放大图。

如图4和图5中所示意的，在本发明的一实施例中，所述腔体合路器包括：腔体100、多个调谐模块200、多个信道隔离器300、多个接头400以及控制器500；其中，所述多个调谐模块200装设在所述腔体100内，并且所述多个调谐模块200在所述腔体100内相互隔离；所述多个信道隔离器300、所述多个接头400以及所述控制器500装设在所述腔体100外；每一个所述信道隔离器300的输出端与一个所述接头400相连；每一个所述接头400接入一个所述调谐模块200；所述控制器500与所述多个调谐模块200电连接。

在本发明的一实施例中，所述腔体合路器应用于前述各实施例中任意一种腔体合路器的调谐控制方法。具体而言，所述控制器500能够用于控制实现：多次测量输入信号的频率，得到n个频率值；计算所述n个频率值的方差σ；当所述方差σ小于方差阈值时，插值计算与所述输入信号的频率对应的位移量。所述调谐模块200能够根据所述控制器500的指令实现基于所述位移量设置谐振频率。所述腔体合路器具有通用性强、调谐精度高、调谐控制稳定、耐用度高等优点。

如图4和图5中所示意的，在本发明的一实施例中，所述调谐模块200包括：步进电机201、消隙螺钉202、支撑介质203、调谐环204、以及圆柱形谐振腔205；其中，所述步进电机201的转轴2011通过所述消隙螺钉202与所述支撑介质203的一端连接；所述支撑介质203的另一端与所述调谐环204连接；所述步进电机201通过所述支撑介质203带动所述调谐环204转动；所述圆柱形谐振腔205在所述腔体100内的位置对应于所述调谐环204。

如图4和图5中所示意的，在本发明的一实施例中，所述调谐模块200还包括步进电机安装板206和固定套207；所述步进电机安装板206装设在所述腔体100上；所述固定套207的一端与所述步进电机安装板206安装，所述固定套207的另一端安装所述步进电机201；所述步进电机201的转轴2011、所述消隙螺钉202以及所述支撑介质203穿过所述固定套207。

如图4和图5中所示意的，在本发明的一实施例中，所述调谐模块200还包括锁定螺钉208和紧固卡簧209；所述支撑介质203与所述调谐环204通过所述锁定螺钉208连接；所述控制器500与所述腔体100之间通过所述紧固卡簧209固定。

当上述各个实施例中的技术方案使用到软件实现时，可以将实现上述各个实施例的计算机指令和/或数据存储在计算机可读介质中或作为可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质。以此为例但不限于此：计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外，任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光钎光缆、双绞线、数字用户线(dsl)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、dsl或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。

最后应说明的是：最后应说明的是，显然以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。