摘要：為實現(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(diào)諧設計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對2~30MHz頻帶內(nèi)各個頻點的天線阻抗進行快速匹配，調(diào)諧時間小于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)，不同頻點處寬帶天線的參數(shù)是不同的，而地理環(huán)境和氣候也會對其產(chǎn)生影響，因此能夠快速準確地調(diào)諧天線阻抗匹配網(wǎng)絡是短波跳頻通信系統(tǒng)中一個十分重要的問題。

　　近年來，天線自動調(diào)諧的設計受到了許多人的關注，大部分系統(tǒng)的調(diào)諧時間能夠達到2s，調(diào)諧后駐波比能夠達到1.5。在這些設計中，天線調(diào)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(xiàn)。文章提出了一種高速自動天線調(diào)諧設計方案，采用DSP和CPLD的硬件平臺來實現(xiàn)更準確的調(diào)諧算法，能夠保證調(diào)諧時間小于100ms，調(diào)諧后駐波比小于1.2，具有更好的實用性。

　　高速自動天線調(diào)諧設計

　　功能框圖

　　圖1給出了短波高速自動天線調(diào)諧器組成框圖，包括二個部分：調(diào)諧控制器、阻抗匹配網(wǎng)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(wǎng)絡、可控開關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)天線阻抗完成整個調(diào)諧過程，得到繼電器控制參數(shù)，對阻抗匹配網(wǎng)絡進行配置。阻抗匹配網(wǎng)絡由π型LC網(wǎng)絡和繼電器開關組構成。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。　　

 

　　圖1中的可控開關用來控制輸入到π型調(diào)諧網(wǎng)絡信號來源，當π型調(diào)諧網(wǎng)絡處于調(diào)諧狀態(tài)時，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)可控開關接入π型調(diào)諧網(wǎng)絡;當π型調(diào)諧網(wǎng)絡處于非調(diào)諧狀態(tài)時，來自功放的高頻信號經(jīng)可控開關接入π型調(diào)諧網(wǎng)絡。

　　工作模式

　　系統(tǒng)工作模式包括三種：元件參數(shù)標定模式、預置調(diào)諧模式和實時調(diào)諧模式，元件參數(shù)標定用來對抗元件分布參數(shù)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(nèi)進行標定，獲得在不同頻點時元件的真實值;預置調(diào)諧模式直接采用以前調(diào)諧得到開關配置參數(shù)對阻抗匹配網(wǎng)絡直接配置;實時調(diào)諧模式則直接針對不同頻率時進行實時快速調(diào)諧，并保存調(diào)諧后得到的開關配置參數(shù)。

　　硬件平臺

　　系統(tǒng)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)絡單元和調(diào)諧控制器單元。阻抗匹配網(wǎng)絡單元采用π型匹配網(wǎng)絡，如圖2所示。其中電感L以及電容C1和C2的元件個數(shù)分別為18、16和14個，元件具有很好的品質(zhì)因數(shù)。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(huán)境中的阻抗特性是不同的。