短波系統高速自動天線調諧設計

　　摘要：為實現短波系統中帶寬范圍內通信信道的快速任意選擇切換，要求發信機和天線之間能夠快速阻抗匹配。文章提出了一種高速自動天線調諧設計方案，能夠實現對2~30MHz頻帶內各個頻點的天線阻抗進行快速匹配，調諧時間小于100ms，調諧完畢后駐波比小于1.2。

　　引言

　　在軍事通信領域，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)，不同頻點處寬帶天線的參數是不同的，而地理環境和氣候也會對其產生影響，因此能夠快速準確地調諧天線阻抗匹配網絡是短波跳頻通信系統中一個十分重要的問題。

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

　　高速自動天線調諧設計

　　功能框圖

　　圖1給出了短波高速自動天線調諧器組成框圖，包括二個部分：調諧控制器、阻抗匹配網絡(包括電壓取樣電路和電流取樣電路)。其中π型阻抗匹配網絡、可控開關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下的天線阻抗測量，并根據天線阻抗完成整個調諧過程，得到繼電器控制參數，對阻抗匹配網絡進行配置。阻抗匹配網絡由π型LC網絡和繼電器開關組構成。調諧控制器通過RS-232串口接收主控單元送來的調諧控制信號(包括工作模式指令以及頻率信息)，并回送執行完畢信息。　　

 

　　圖1中的可控開關用來控制輸入到π型調諧網絡信號來源，當π型調諧網絡處于調諧狀態時，來自調諧控制器的高頻信號通過電壓取樣電路和電流取樣電路，并經可控開關接入π型調諧網絡;當π型調諧網絡處于非調諧狀態時，來自功放的高頻信號經可控開關接入π型調諧網絡。

　　工作模式

　　系統工作模式包括三種：元件參數標定模式、預置調諧模式和實時調諧模式，元件參數標定用來對抗元件分布參數的影響，標定過程將對所有元件的阻抗值在整個短波頻帶范圍內進行標定，獲得在不同頻點時元件的真實值;預置調諧模式直接采用以前調諧得到開關配置參數對阻抗匹配網絡直接配置;實時調諧模式則直接針對不同頻率時進行實時快速調諧，并保存調諧后得到的開關配置參數。

　　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，包括阻抗匹配網絡單元和調諧控制器單元。阻抗匹配網絡單元采用π型匹配網絡，如圖2所示。其中電感L以及電容C1和C2的元件個數分別為18、16和14個，元件具有很好的品質因數。圖中的開關采用具有良好高頻特性的繼電器，閉合時間<0.5ms，開路時接觸電阻可達500MΩ，閉合時接觸電阻小于30mΩ。R0是一個標準的50Ω電阻，Z就是等效的天線阻抗值，天線阻抗在不同頻點以及不同環境中的阻抗特性是不同的。