用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构及方法技术

本发明专利技术公开一种用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构及方法，天调网络结构包括位于小环的射频输入端的前端匹配网络和位于大环末端的末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络由一组串联的可调电感和一组并联的可调电容组成；末端匹配网络由一组可变串联或并联的可调电容组成。通过该天调网络结构及方法，可以将短波环天线在全频段(1.6‐30MHz)阻抗匹配的天调网络结构及方法，扩展天调的阻抗匹配范围及短波环天线的工作频率范围，提高其调谐的精度，减少功率在天调上的损耗，提高短波通信距离。

Network structure and method for impedance matching for short wave loop antenna

The invention discloses a method for realizing short loop antenna impedance matching of the antenna tuning network structure and method, including front-end RF antenna tuning network structure is located in the small end of the input matching network and is located at the end of the end of the loop matching network; front-end matching network using LC tunable matching network, LC tunable matching network is composed of a series set the adjustable inductance and a set of parallel adjustable capacitors; at the end of the matching network is composed of a set of variable series or parallel adjustable capacitor. Through the antenna tuning network structure and the method can be short loop antenna in full frequency range (1.6 - 30MHz) impedance matching of the antenna tuning network structure and method, frequency range of impedance matching ring antenna extension days adjustable range and short wave, improve the tuning accuracy, reduce the power loss in the days of the increase shortwave communication distance.

【技术实现步骤摘要】
用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构及方法
本专利技术属于电子电路设计领域，具体涉及一种用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构及方法。
技术介绍
短波通信频段较宽(1.6MHz‐30MHz)，窄带天线的输入阻抗随频率变化，是一个复阻抗，而一般发射机的输出阻抗为50Ω，所以需要在天线的根部，即天线与发射机之间串接天线调谐器(以下简称天调)实现两者间各频率点的阻抗匹配，使发射机的功率最大限度地传输至天线。环天线又称谐振环天线、磁环天线、电流环天线等，是一种高仰角辐射的短波天线(如附图1中所示的双圆环，附图2中所示的矩形环等类似末端接地或形成半环、多边形的形式)，主要应用于空间受限的背负、车载、机载等短波通信的场合。环天线一般通过连接在大环末端的可调电容(通过电机或手动)实现天线的发射机间的阻抗匹配，可调范围一般在3‐12MHz，且调谐精度较低，驻波比小于2.5。而短波在远距离通信时，可通频率较高(12MHz以上)，所以环天线很难满足远距离通信使用需求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开一种可以将短波环天线在全频段(1.6‐30MHz)阻抗匹配的天调网络结构及方法，以扩展天调的阻抗匹配范围及短波环天线的工作频率范围，提高其调谐的精度，减少功率在天调上的损耗，提高短波通信距离。具体方案如下：本专利技术公开一种用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构，其特征在于：包括位于小环的射频输入端的前端匹配网络和位于大环末端的末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络由一组串联的可调电感和一组并联的可调电容组成；末端匹配网络由一组可变串联或并联的可调电容组成。作为一种优选方案，可调电感由多个以二进制方式离散取值的分立电感组成，可调电容由以二进制方式离散取值的分立电容组成；各分立电感或分立电容均配置有与控制系统电连接并用于控制其接入所述网络与否的控制开关。作为一种优选方案，控制开关为并联在各分立电感两端或串联在各分立电容上的继电器。本专利技术公开还一种用于短波环天线实现阻抗匹配的方法，在小环的射频输入端增加一组前端匹配网络，在大环末端增加一组末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络由一组串联的可调电感和一组并联的可调电容组成；末端匹配网络由一组可变串联或并联的可调电容组成；在预设的低频段内，以大环末端的可调串联电容作为主网络，小环前端的LC可调匹配网络作为副网络；在预设的高频段内，以小环前端的LC可调匹配网络作为主网络，大环末端的可调并联电容作为副网络，从而实现快速阻抗匹配。作为一种优选方案，可调电感由多个以二进制方式离散取值的分立电感组成，可调电容由以二进制方式离散取值的分立电容组成；各分立电感或分立电容均配置有与控制系统电连接并用于控制其接入所述网络与否的控制开关。作为一种优选方案，预设的低、高频段的分界频率值由天线的环尺寸和末端匹配网络中的可调串联电容可取值的精度确定。作为一种优选方案，前端匹配网络位于天线射频输入端，通过末端匹配网络或直接与发射机相连；末端匹配网络连接至环形天线的末端或接地端。作为一种优选方案，末端匹配网络集成在前端匹配网络中，与前端匹配网络协同工作，作为前端匹配网络的补充，扩大前端匹配网络的匹配范围。作为一种优选方案，控制开关为并联在各分立电感两端或串联在各分立电容上的继电器。作为一种优选方案，在低频段内，先通过各控制开关对作为主网络的可调串联电容进行调节，保证驻波比小于3，再通过各控制开关对作为副网络的LC可调匹配网络进行调节，保证驻波比小于1.5；在高频段内，先通过控制各控制开关对作为主网络的LC可调匹配网络进行调节，保证驻波比小于3，再通过控制各控制开关对作为副网络的可调并联电容进行调节，保证驻波比小于1.5。有益效果：本专利技术可应用于背负、车载或机载等空间相对受限的载体上，可以扩展短波环天线的工作频率范围，减少功率在天调内部的损耗，并自动且快速完成阻抗匹配，提高短波环天线的辐射效率和通信距离。附图说明图1双圆环天线示意图；图2矩形环天线示意图；图3短波环天线匹配网络结构示意图；图4前端匹配网络电路示意图；图5末端匹配网络电路示意图；图6前端匹配网络和末端匹配网络联合工作电路示意图；图7前端和末端匹配网络分开安装示意图：(a)双圆环形式；(b)双圆环形式；矩形环形式；图8前端和末端匹配网络在一个结构体内连接示意图：(a)双圆环形式；(b)矩形环形式。具体实施例如图3所示，实施例1给出一种匹配网络结构示意图，将传统的匹配网络分成两部分，一部分位于小环的前端(即射频输入端)，称之为前端匹配网络；另一部分位于大环的末端，称之为末端匹配网络。如图4所示，前端匹配网络采用的是LC可调匹配网络，LC可调匹配网络主要由一组串联的可调电感(即图4中的L11、L12…、L1N)和一组并联的可调电容(即图4中的C11、C12…、C1N)组成，可调电感或可调电容是由多个以二进制方式离散取值的分立串联电感或多个以二进制方式离散取值的分立并联电容组成，每一个分立电感或分立电容都配置有一个相应的继电器，各继电器均与控制系统电连接，用于控制相应的分立电感或电容是否接入该网络。如图5所示，末端匹配网络主要由一组可变串联或并联的可调电容组成，可调电容由多个以二进制方式离散取值的分立电容组成，每一个分立电容都有一个相应的继电器，各继电器均与控制系统电连接，控制相应的分立电容器件是否接入该网络。以上设计中，前端匹配网络和末端匹配网络中各组分立器件的数量选择与电感或电容的取值范围相关，即最高与最低的取值范围，例如，分立电感可以取0.1uH、0.2uH、0.4uH、0.8uH、1.6uH、3.2uH、6.4uH、12.8uH、25.6uH，则其组合后的最低电感值为0.1uH，最高电感值为51.1uH，取值精度为0.1uH。在具体电路设计时，前端匹配网络和末端匹配网络可设计成相互独立的两个模块，并分别与小环、大环连接。如图7所示，前端匹配网络位于天线射频输入端，其通过末端匹配网络与发射机相连，也可以直接与发射机相连。如图7(a)所示，在双圆环天线环路中，末端匹配网络位于双圆环天线环路末端，前端匹配网络和末端匹配网络的连接线包括电源/控制/射频；如图7(b)所示，矩形环天线环路中，与传统天调类似，末端匹配网络位于矩形环天线的接地端，前端匹配网络和末端匹配网络的连接线包括电源/控制，不包括射频。具体可根据天线结构的特点选择连接至天线末端或接地端。前端匹配网络与末端匹配网络同时由控制系统控制，协同工作。这种独立模块的设计非常适用于安装空间受限的情况，便于利用有限的空间进行安装。这两部分网络也可集中在一个结构体内。如图8所示，前端匹配网络和末端匹配网络设计在一个整体网络结构中，并作为一个整体与天线连接。在具体设计时，末端匹配网络可以作为一个独立的匹配网络，与前端网络仅仅是集成在一个硬件结构体中，但功能上仍相互独立；也可以将前端匹配网络和末端匹配网络联系上，在功能上相互利用，如可将末端匹配网络集成在前端匹配网络中，可将末端匹配网络设计成与前端匹配网络协同工作，作为前端匹配网络的补充，从而扩大前端匹配网络的匹配范围。如图6所示，实施例中，可将图5中的末端匹配网络电路串联至图4中的前端匹配网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构，其特征在于：包括位于小环的射频输入端的前端匹配网络和位于大环末端的末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络包括一组串联的可调电感和一组并联的可调电容；末端匹配网络包括一组可变串联或并联的可调电容。

【技术特征摘要】
1.一种用于短波环天线实现阻抗匹配的天调网络结构，其特征在于：包括位于小环的射频输入端的前端匹配网络和位于大环末端的末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络包括一组串联的可调电感和一组并联的可调电容；末端匹配网络包括一组可变串联或并联的可调电容。2.如权利要求1所述的天调网络结构，其特征在于：可调电感由多个以二进制方式离散取值的分立电感组成，可调电容由以二进制方式离散取值的分立电容组成；各分立电感或分立电容均配置有与控制系统电连接并用于控制其接入所述网络与否的控制开关。3.如权利要求2所述的天调网络结构，其特征在于：控制开关为并联在各分立电感两端或串联在各分立电容上的继电器。4.一种用于短波环天线实现阻抗匹配的方法，其特征在于：在小环的射频输入端增加一组前端匹配网络，在大环末端增加一组末端匹配网络；前端匹配网络采用LC可调匹配网络，LC可调匹配网络包括一组串联的可调电感和一组并联的可调电容；末端匹配网络包括一组可变串联或并联的可调电容；在预设的低频段内，以大环末端的可调串联电容作为主网络，小环前端的LC可调匹配网络作为副网络；在预设的高频段内，以小环前端的LC可调匹配网络作为主网络，大环末端的可调并联电容作为副网络，从而实现快速阻抗匹配。5.如权利要求4所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科伟，
申请(专利权)人：熊猫电子集团有限公司，南京熊猫汉达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32