CN112713904A - 一种复合调谐网络及天线调谐器 - Google Patents

Abstract

本发明属于短波通信设备技术领域，公开了一种复合调谐网络，包括：依次串联于射频输入端与第一节点之间的第一可调电容和第一可调电感，第一节点与地之间设有辅助可调电容；第一可调电容和第一可调电感之间并联有第二可调电容和第二可调电感，每个器件分别对应连接继电器；当第一可调电容和第二可调电容接入射频通路组成电容网络的主网络，第二可调电感接入射频通路作为电容网络的辅助网络；当第一可调电感和第二可调电容接入射频通路组成电感网络的主网络，辅助可调电容作为电感网络的辅助网络。本发明克服电容网络和电感网络存在部分频点效率低的问题，显著提升了天调的效率。

Description

一种复合调谐网络及天线调谐器

技术领域

本发明属于短波通信设备技术领域，尤其涉及一种复合调谐网络及天线调谐器。适用于以天线调谐器来实现短波收发信机与短波天线的阻抗匹配系统。

背景技术

短波通信系统由短波收发信机、天线调谐器(以下简称天调)、短波天线(以下简称天线)组成，其中，天调和天线称为天馈系统。窄带天线作为常用的短波天线，其输入阻抗随频率不断变化，而一般的短波收发信机输出阻抗为50Ω，所以需要在短波收发信机与短波天线之间使用天调来实现两者的完全匹配，以达到短波收发信机的功率最大限度的传输至短波天线。

天馈系统的传输效率包括天线的效率和天调的效率。天线的效率与天线的增益和方向性有关，一般当天线的形态、尺寸确定后，其效率就固定。天调的效率主要指信号通过天调网络的衰减(差损)，由于天调的调谐网络形式不同，其效率也均在较大差异。

现有的天调网络单元的调谐网络形式包括电感网络和电容网络。电感网络即LC匹配网络，是经典的调谐网络，一般包括Γ型网络和Π型网络。简单的Γ型网络传输效率要比Π型网络高，而Π型网络理论上可以实现全频段的调谐。常用的Π型电感网络形式如图1示，其中串联电感L1a、并联电容C1a组成主调谐网络，串联电容C2a、根部并联电容C3a组成辅助调谐网络。一般的主调谐网络器件的取值采用二进制方式，网络器件数量、最大值、最小值等可根据天线的具体阻抗特性、天线调谐器的尺寸、重量等因素来确定。

常用的电感网络器件取值及数量如下：串联电感L1a数量为11个，电感值分别为：0.04μH、0.07μH、0.125μH、0.25μH、0.5μH、1μH、2μH、4μH、8μH、16μH、32μH；并联电容C1a数量为10个，电容值分别为：0.0075nF、0.015nF、0.03nF、0.056nF、0.11nF、0.20nF、0.33nF、0.72nF、1.5nF、3.0nF；根部并联电容C3a数量为6个，电容值分别为：0.012nF、0.024nF、0.047nF、0.091nF、0.18nF、0.33nF；串联电容C2a数量为3个，电容值分别为：0.068nF、0.15nF、0.33nF。该电感网络的优点是可调谐区大，稳定性高，缺点是体积大，串联电感L1a的值较大，同时由于引入辅助网络，部分频点效率较低。

现有的电容网络型式如图2所示，其中并联电容C1b、串联电容C2b组成主调谐网络，前端并联电感L1b、后端并联电感L2b组成辅助调谐网络。常用的电容网络器件取值及数量如下：并联电容C1b数量为12个，电容值分别为：0.002nF、0.0039nF、0.0079nF、0.015nF、0.03nF、0.056nF、0.11nF、0.20nF、0.33nF、0.72nF、1.5nF、3.0nF；串联电容C2b数量为12个，电容值分别为：0.0015nF、0.0027nF、0.0056nF、0.012nF、0.024nF、0.047nF、0.082nF、0.15nF、0.27nF、0.56nF、1.0nF、2.0nF；前端并联电感L1b数量3个，电感值分别为：0.5μH、1μH、2μH；后端并联电感L2b数量4个，电感值分别为：0.5μH、1μH、2μH、4μH。该网络多用于短路天线的匹配，即天线的阻抗大部分位于感性区域的天线，其优点是比电感网络所占空间小，适用于小型化天调，缺点是由于引入辅助网络，部分频点效率较低。

因此，现有的电感网络和电容网络均引入辅助网络，存在部分频点效率低的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种复合调谐网络及天线调谐器，根据天线阻抗设计了复合调谐网络，兼顾电容网络和电感网络的优点，少用或者不用辅助网络，克服电容网络和电感网络存在部分频点效率低的问题，显著提升了天调的效率，保证了发信机的射频功率最大限度的传输到天线上去，从而提高了天馈系统的辐射效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种复合调谐网络，包括：依次串联于射频输入端与第一节点之间的第一可调电容和第一可调电感，所述第一节点与天线电联通；

所述第一节点与地之间设置有辅助可调电容；

所述第一可调电容和第一可调电感之间并联有第二可调电容和第二可调电感，所述第二可调电容和第二可调电感分别接地；

所述第一可调电容、第一可调电感、辅助可调电容、第二可调电容和第二可调电感分别对应连接有继电器，使对应电容或电感在开路和短路之间切换；

当第一可调电容和第二可调电容接入射频通路组成电容网络的主网络，第二可调电感接入射频通路作为电容网络的辅助网络；

当第一可调电感和第二可调电容接入射频通路组成电感网络的主网络，所述辅助可调电容作为电感网络的辅助网络。

进一步地，所述第一可调电感由八个电感器串联组成，八个电感器的电感值分别为：0.04μH、0.07μH、0.125μH、0.25μH、0.5μH、1μH、2μH、4μH。

进一步地，所述第二可调电感为一个电感值为4μH的电感器。

进一步地，所述辅助可调电容由两个电容器并联组成，两个电容器的电容值分别为0.068nF、0.15nF。

进一步地，所述第一可调电容由十二个电容器串联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.0015nF、0.0027nF、0.0056nF、0.012nF、0.024nF、0.047nF、0.082nF、0.15nF、0.27nF、0.56nF、1.0nF、2.0nF。

进一步地，所述第二可调电容由十二个电容器并联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.002nF、0.0039nF、0.0079nF、0.015nF、0.03nF、0.056nF、0.11nF、0.20nF、0.33nF、0.72nF、1.5nF、3.0nF。

一种天线调谐器，包括：检测单元、控制单元和复合调谐网络，所述检测单元检测当前天线的阻抗和驻波比信息，并将该信息输送至控制单元；所述控制单元根据当前的检测信息制定调谐流程，并通过驱动电路控制所述复合调谐网络中的相应的继电器进行状态切换，使复合调谐网络中的各电感器和电容器按调谐流程接入或脱出复合调谐网络。

进一步地，当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部大于零时，控制单元控制第一可调电容和第二可调电容接入射频通路组成电容网络进行阻抗调谐；

当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部大于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电容网络的辅助网络第二可调电感进行阻抗调谐，再使用电容网络的主网络第一可调电容和第二可调电容进行调谐。

进一步地，当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部小于零时，控制单元控制第一可调电感和第二可调电容接入射频通路组成电感网络进行调谐；

当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部小于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电感网络的辅助网络所述辅助可调电容进行阻抗调谐，再使用电感网络的主网络第一可调电感和第二可调电容进行阻抗调谐。

一种调谐方法，使用上述天线调谐器进行短波收发信机与短波天线之间的阻抗匹配调谐。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明设计了电感和电容复合调谐网络，兼顾电容网络和电感网络的优点，少用或者不用辅助网络，克服电容网络和电感网络存在部分频点效率低的问题，显著提升了天调的效率，保证了发信机的射频功率最大限度的传输到天线上去，从而提高了天馈系统的辐射效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为现有技术中的电感网络连接图；

图2为现有技术中的电容网络连接图；

图3为本发明实施例中的复合调谐网络连接图；

图4为本发明实施例中的天线调谐器原理框图；

图5为本发明实施例中的某型天线的阻抗原图；

图6为本发明复合调谐网络与现有电感网络的场强测试结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。

实施例1

参考图3，本发明提出一种复合调谐网络，包括：依次串联于射频输入端与第一节点之间的第一可调电容C3c和第一可调电感L1c，所述第一节点与天线电联通；所述第一节点与地之间设置有辅助可调电容C1c；所述第一可调电容C3c和第一可调电感L1c之间并联有第二可调电容C2c和第二可调电感L2c，所述第二可调电容C2c和第二可调电感L2c分别接地；所述第一可调电容C3c、第一可调电感L1c、辅助可调电容C1c、第二可调电容C2c和第二可调电感L2c分别对应连接有继电器，使对应电容或电感在开路和短路之间切换；

当第一可调电容C3c和第二可调电容C2c接入射频通路组成电容网络的主网络，第二可调电感L2c接入射频通路作为电容网络的辅助网络；

当第一可调电感L1c和第二可调电容C2c接入射频通路组成电感网络的主网络，所述辅助可调电容C1c作为电感网络的辅助网络。

如图3所示，本发明实施例的第一可调电感L1c由八个电感器串联组成，八个电感器的电感值分别为：0.04μH、0.07μH、0.125μH、0.25μH、0.5μH、1μH、2μH、4μH。与现有电感网络相比，串联电感器的数量由11减到8个，且没有大电感量的电感器，减少损耗。

本发明是实施例的第二可调电感L2c为一个电感值为4μH的电感器，相比于现有技术即图2中的L2b，电感值增大。

本发明是实施例的辅助可调电容C1c由两个电容器并联组成，两个电容器的电容值分别为0.068nF、0.15nF。相比于图1的C3a数量及电容值均降低。

本发明是实施例的第一可调电容C3c由十二个电容器串联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.0015nF、0.0027nF、0.0056nF、0.012nF、0.024nF、0.047nF、0.082nF、0.15nF、0.27nF、0.56nF、1.0nF、2.0nF。本发明是实施例的所述第二可调电容C2c由十二个电容器并联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.002nF、0.0039nF、0.0079nF、0.015nF、0.03nF、0.056nF、0.11nF、0.20nF、0.33nF、0.72nF、1.5nF、3.0nF。

实施例2

参考图4，本发明实施例的一种天线调谐器，包括：检测单元、控制单元和复合调谐网络，所述检测单元检测当前天线的阻抗和驻波比信息，并将该信息输送至控制单元；所述控制单元根据当前的检测信息制定调谐流程，并通过驱动电路控制所述复合调谐网络中的相应的继电器进行状态切换，使复合调谐网络中的各电感器和电容器按调谐流程接入或脱出复合调谐网络。

以上实施例中，切换的过程就是复合网络单元中的电感器或电容器按调谐流程接入或脱离网络的过程。由此，网络的状态不断地变化，检测单元又将检测到新的阻抗信息送给控制单元，这样不断地循环，直到完成短波收发信机与短波天线之间的完全匹配。

本实施例以某天线的阻抗原图为例，具体见图5，进行调谐过程说明。

当天线阻抗在感性区时，使用电容网络进行调谐。具体的：

当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部大于零时，控制单元控制第一可调电容C3c和第二可调电容C2c接入射频通路组成电容网络进行阻抗调谐；当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部大于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电容网络的辅助网络第二可调电感L2c进行阻抗调谐，再使用电容网络的主网络第一可调电容C3c和第二可调电容C2c进行调谐。此种条件下的辅助网络L2c，相比于现有电容网络中的辅助网络(即图2中的辅助L2b)，电感器数量降低至一个，电感值增大至4μH，降低了损耗，提升了天调的效率。

当天线阻抗在容性区时，使用电感网络进行调谐。具体的：

当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部小于零时，控制单元控制第一可调电感L1c和第二可调电容C2c接入射频通路组成电感网络进行调谐；当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部小于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电感网络的辅助网络所述辅助可调电容C1c进行阻抗调谐，再使用电感网络的主网络第一可调电感L1c和第二可调电容C2c进行阻抗调谐。此种条件下的辅助网络C1c，相比于现有电感网络中的辅助网络(即图1中的辅助C3a)，数量及电容值均降低，同时串联电感L1c的数量及电感值降低，这可明显提升天调的效率。

实施例3

本发明实施例的一种调谐方法，使用上述天线调谐器进行短波收发信机与短波天线之间的阻抗匹配调谐。

实际上理想情况下，电容电感不损耗功率，但在实际应用中，电感和电容都是非理想器件，其损耗主要与其品质因数Q值有关。一般的，电容的Q值较高(几百到上千)，电容的损耗通常都可以忽略不计。由于高频下电流在线圈内的趋肤效应、邻近效应等，导致电感的Q值较低(最低低至10左右)，其损耗较大。通常为了降低天调的损耗，在调谐网络中，应尽量降低串联电感所使用的电感值，并联电感应尽量不用或者用较大的电感值。

基于以上分析，本发明采用复合网络形式的调谐网络，见图4，其中第二可调电容C2c、第一可调电容C3c组成电容网络的主网络，并联的第二可调电感L2c为辅助网络；串联的第一可调电感L1c、并联的第二可调电容C2c组成电感网络的主网络，根部并联的辅助可调电容C1c为辅助网络。第二可调电容C2c为电容网络和电感网络的公用网络。辅助网络L2c和根部并联的电容C1c可根据天线的实际阻抗进行调整，辅助网络可不用或者少用。

效果验证

将本发明的复合调谐网络应用到某型号的天调中，经验证该网络形式的天调，全频段匹配效果良好，并显著提升了天调(天线调谐器)的效率，保证了发信机的射频功率最大限度的传输到天线上去，提高了天馈系统的辐射效率。

在收发信机、天线、接收设备及测试仪器等均相同的情况下，分别采用本发明复合调谐网络天调和现有的电感网络天调，在基本无遮挡的条件下，接收端和发射端相距5公里处，测得的辐射场强试验数据如图6所示。从图6中可以看出，本发明的复合网络天调与现有电感网络天调相比，在低频段7MHz以下及高频段17MHz以上，效率提升显著，达到了降低天调损耗，提升天调效率的目的，提高了天馈系统的辐射效率。

此外，由于本发明的复合网络使用的串联电感值L1c大大降低，在提升天调效率的同时，可达到减体积、减重量的目的。

本发明的复合调谐网络当天线阻抗在感性区时，使用电容网络进行调谐；当天线阻抗在容性区时，利用电感网络进行调谐，兼顾电容网络和电感网络的优点，少用或者不用辅助网络，克服电容网络和电感网络存在部分频点效率低的问题，显著提升了天调的效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复合调谐网络，其特征在于，包括：依次串联于射频输入端与第一节点之间的第一可调电容和第一可调电感，所述第一节点与天线电联通；

所述第一节点与地之间设置有辅助可调电容；

所述第一可调电容和第一可调电感之间并联有第二可调电容和第二可调电感，所述第二可调电容和第二可调电感分别接地；

所述第一可调电容、第一可调电感、辅助可调电容、第二可调电容和第二可调电感分别对应连接有继电器，使对应电容或电感在开路和短路之间切换；

当第一可调电容和第二可调电容接入射频通路组成电容网络的主网络，第二可调电感接入射频通路作为电容网络的辅助网络；

当第一可调电感和第二可调电容接入射频通路组成电感网络的主网络，所述辅助可调电容作为电感网络的辅助网络。

2.根据权利要求1所述的复合调谐网络，其特征在于，所述第一可调电感由八个电感器串联组成，八个电感器的电感值分别为：0.04μH、0.07μH、0.125μH、0.25μH、0.5μH、1μH、2μH、4μH。

3.根据权利要求1所述的复合调谐网络，其特征在于，所述第二可调电感为一个电感值为4μH的电感器。

4.根据权利要求3所述的复合调谐网络，其特征在于，所述辅助可调电容由两个电容器并联组成，两个电容器的电容值分别为0.068nF、0.15nF。

5.根据权利要求1所述的复合调谐网络，其特征在于，所述第一可调电容由十二个电容器串联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.0015nF、0.0027nF、0.0056nF、0.012nF、0.024nF、0.047nF、0.082nF、0.15nF、0.27nF、0.56nF、1.0nF、2.0nF。

6.根据权利要求1所述的复合调谐网络，其特征在于，所述第二可调电容由十二个电容器并联组成，十二个电容器的电容值分别为：0.002nF、0.0039nF、0.0079nF、0.015nF、0.03nF、0.056nF、0.11nF、0.20nF、0.33nF、0.72nF、1.5nF、3.0nF。

7.一种天线调谐器，其特征在于，包括：检测单元、控制单元和权利要求1-6任一项所述的复合调谐网络，所述检测单元检测当前天线的阻抗和驻波比信息，并将该信息输送至控制单元；所述控制单元根据当前的检测信息制定调谐流程，并通过驱动电路控制所述复合调谐网络中的相应的继电器进行状态切换，使复合调谐网络中的各电感器和电容器按调谐流程接入或脱出复合调谐网络。

8.根据权利要求7所述的天线调谐器，其特征在于，当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部大于零时，控制单元控制第一可调电容和第二可调电容接入射频通路组成电容网络进行阻抗调谐；

当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部大于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电容网络的辅助网络第二可调电感进行阻抗调谐，再使用电容网络的主网络第一可调电容和第二可调电容进行调谐。

9.根据权利要求8所述的天线调谐器，其特征在于，当检测单元检测到天线阻抗的实部不大于50Ω且虚部小于零时，控制单元控制第一可调电感和第二可调电容接入射频通路组成电感网络进行调谐；

当检测单元检测到天线阻抗的实部大于50Ω且虚部小于零时，控制单元制定的调谐流程为：先使用电感网络的辅助网络所述辅助可调电容进行阻抗调谐，再使用电感网络的主网络第一可调电感和第二可调电容进行阻抗调谐。

10.一种调谐方法，其特征在于，使用权利要求8或9所述的天线调谐器进行短波收发信机与短波天线之间的阻抗匹配调谐。

Images