短波系統高速自動(dòng)天線(xiàn)調諧設計

　　摘要：為實(shí)現短波系統中帶寬范圍內通信信道的快速任意選擇切換，要求發(fā)信機和天線(xiàn)之間能夠快速阻抗匹配。文章提出了一種高速自動(dòng)天線(xiàn)調諧設計方案，能夠實(shí)現對2~30MHz頻帶內各個(gè)頻點(diǎn)的天線(xiàn)阻抗進(jìn)行快速匹配，調諧時(shí)間小于100ms，調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(2~30MHz)，不同頻點(diǎn)處寬帶天線(xiàn)的參數是不同的，而地理環(huán)境和氣候也會(huì )對其產(chǎn)生影響，因此能夠快速準確地調諧天線(xiàn)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )是短波跳頻通信系統中一個(gè)十分重要的問(wèn)題。

　　近年來(lái)，天線(xiàn)自動(dòng)調諧的設計受到了許多人的關(guān)注，大部分系統的調諧時(shí)間能夠達到2s，調諧后駐波比能夠達到1.5。在這些設計中，天線(xiàn)調諧算法和硬件平臺都相對簡(jiǎn)單，一般采用計算能力有限的單片機來(lái)實(shí)現。文章提出了一種高速自動(dòng)天線(xiàn)調諧設計方案，采用DSP和CPLD的硬件平臺來(lái)實(shí)現更準確的調諧算法，能夠保證調諧時(shí)間小于100ms，調諧后駐波比小于1.2，具有更好的實(shí)用性。

　　高速自動(dòng)天線(xiàn)調諧設計

　　功能框圖

　　圖1給出了短波高速自動(dòng)天線(xiàn)調諧器組成框圖，包括二個(gè)部分：調諧控制器、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(kāi)關(guān)和取樣單元處于一塊電路板，調諧控制器為另一塊電路板。取樣單元將當前頻率下的電壓取樣信號和電流取樣信號送到調諧控制器，由調諧控制器完成對當前頻率狀態(tài)下的天線(xiàn)阻抗測量，并根據天線(xiàn)阻抗完成整個(gè)調諧過(guò)程，得到繼電器控制參數，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(kāi)關(guān)組構成。調諧控制器通過(guò)RS-232串口接收主控單元送來(lái)的調諧控制信號(包括工作模式指令以及頻率信息)，并回送執行完畢信息?！　?/p>

 

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

　　工作模式

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

　　硬件平臺

　　系統硬件平臺由兩塊電路板構成，與圖1中功能框圖對應，包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò )單元和調諧控制器單元。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)數分別為18、16和14個(gè)，元件具有很好的品質(zhì)因數。圖中的開(kāi)關(guān)采用具有良好高頻特性的繼電器，閉合時(shí)間<0.5ms，開(kāi)路時(shí)接觸電阻可達500MΩ，閉合時(shí)接觸電阻小于30mΩ。R0是一個(gè)標準的50Ω電阻，Z就是等效的天線(xiàn)阻抗值，天線(xiàn)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。