短波系統(tǒng)高速自動(dòng)天線調(diào)諧設(shè)計(jì)

　　摘要：為實(shí)現(xiàn)短波系統(tǒng)中帶寬范圍內(nèi)通信信道的快速任意選擇切換，要求發(fā)信機(jī)和天線之間能夠快速阻抗匹配。文章提出了一種高速自動(dòng)天線調(diào)諧設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對2~30MHz頻帶內(nèi)各個(gè)頻點(diǎn)的天線阻抗進(jìn)行快速匹配，調(diào)諧時(shí)間小于100ms，調(diào)諧完畢后駐波比小于1.2。

　　引言

　　在軍事通信領(lǐng)域，短波跳頻通信系統(tǒng)具有很好的頻譜利用特性和抗干擾性能。但在短波頻帶范圍內(nèi)(2~30MHz)，不同頻點(diǎn)處寬帶天線的參數(shù)是不同的，而地理環(huán)境和氣候也會(huì)對其產(chǎn)生影響，因此能夠快速準(zhǔn)確地調(diào)諧天線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)是短波跳頻通信系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的問題。

　　近年來，天線自動(dòng)調(diào)諧的設(shè)計(jì)受到了許多人的關(guān)注，大部分系統(tǒng)的調(diào)諧時(shí)間能夠達(dá)到2s，調(diào)諧后駐波比能夠達(dá)到1.5。在這些設(shè)計(jì)中，天線調(diào)諧算法和硬件平臺都相對簡單，一般采用計(jì)算能力有限的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。文章提出了一種高速自動(dòng)天線調(diào)諧設(shè)計(jì)方案，采用DSP和CPLD的硬件平臺來實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的調(diào)諧算法，能夠保證調(diào)諧時(shí)間小于100ms，調(diào)諧后駐波比小于1.2，具有更好的實(shí)用性。

　　高速自動(dòng)天線調(diào)諧設(shè)計(jì)

　　功能框圖

　　圖1給出了短波高速自動(dòng)天線調(diào)諧器組成框圖，包括二個(gè)部分：調(diào)諧控制器、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(包括電壓取樣電路和電流取樣電路)。其中π型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、可控開關(guān)和取樣單元處于一塊電路板，調(diào)諧控制器為另一塊電路板。取樣單元將當(dāng)前頻率下的電壓取樣信號和電流取樣信號送到調(diào)諧控制器，由調(diào)諧控制器完成對當(dāng)前頻率狀態(tài)下的天線阻抗測量，并根據(jù)天線阻抗完成整個(gè)調(diào)諧過程，得到繼電器控制參數(shù)，對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)由π型LC網(wǎng)絡(luò)和繼電器開關(guān)組構(gòu)成。調(diào)諧控制器通過RS-232串口接收主控單元送來的調(diào)諧控制信號(包括工作模式指令以及頻率信息)，并回送執(zhí)行完畢信息?！　?/p>

 

　　圖1中的可控開關(guān)用來控制輸入到π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)信號來源，當(dāng)π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)處于調(diào)諧狀態(tài)時(shí)，來自調(diào)諧控制器的高頻信號通過電壓取樣電路和電流取樣電路，并經(jīng)可控開關(guān)接入π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò);當(dāng)π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)處于非調(diào)諧狀態(tài)時(shí)，來自功放的高頻信號經(jīng)可控開關(guān)接入π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)。

　　工作模式

　　系統(tǒng)工作模式包括三種：元件參數(shù)標(biāo)定模式、預(yù)置調(diào)諧模式和實(shí)時(shí)調(diào)諧模式，元件參數(shù)標(biāo)定用來對抗元件分布參數(shù)的影響，標(biāo)定過程將對所有元件的阻抗值在整個(gè)短波頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定，獲得在不同頻點(diǎn)時(shí)元件的真實(shí)值;預(yù)置調(diào)諧模式直接采用以前調(diào)諧得到開關(guān)配置參數(shù)對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)直接配置;實(shí)時(shí)調(diào)諧模式則直接針對不同頻率時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)快速調(diào)諧，并保存調(diào)諧后得到的開關(guān)配置參數(shù)。

　　硬件平臺

　　系統(tǒng)硬件平臺由兩塊電路板構(gòu)成，與圖1中功能框圖對應(yīng)，包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)單元和調(diào)諧控制器單元。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)單元采用π型匹配網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。其中電感L以及電容C1和C2的元件個(gè)數(shù)分別為18、16和14個(gè)，元件具有很好的品質(zhì)因數(shù)。圖中的開關(guān)采用具有良好高頻特性的繼電器，閉合時(shí)間<0.5ms，開路時(shí)接觸電阻可達(dá)500MΩ，閉合時(shí)接觸電阻小于30mΩ。R0是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的50Ω電阻，Z就是等效的天線阻抗值，天線阻抗在不同頻點(diǎn)以及不同環(huán)境中的阻抗特性是不同的。