短波系统高速自动天线调谐设计

　　摘要：为实现短波系统中带宽范围内通信信道的快速任意选择切换，要求发信机和天线之间能够快速阻抗匹配。文章提出了一种高速自动天线调谐设计方案，能够实现对2~30MHz频带内各个频点的天线阻抗进行快速匹配，调谐时间小于100ms，调谐完毕后驻波比小于1.2。

　　引言

　　在军事通信领域，短波跳频通信系统具有很好的频谱利用特性和抗干扰性能。但在短波频带范围内(2~30MHz)，不同频点处宽带天线的参数是不同的，而地理环境和气候也会对其产生影响，因此能够快速准确地调谐天线阻抗匹配网络是短波跳频通信系统中一个十分重要的问题。

　　近年来，天线自动调谐的设计受到了许多人的关注，大部分系统的调谐时间能够达到2s，调谐后驻波比能够达到1.5。在这些设计中，天线调谐算法和硬件平台都相对简单，一般采用计算能力有限的单片机来实现。文章提出了一种高速自动天线调谐设计方案，采用DSP和CPLD的硬件平台来实现更准确的调谐算法，能够保证调谐时间小于100ms，调谐后驻波比小于1.2，具有更好的实用性。

　　高速自动天线调谐设计

　　功能框图

　　图1给出了短波高速自动天线调谐器组成框图，包括二个部分：调谐控制器、阻抗匹配网络(包括电压取样电路和电流取样电路)。其中π型阻抗匹配网络、可控开关和取样单元处于一块电路板，调谐控制器为另一块电路板。取样单元将当前频率下的电压取样信号和电流取样信号送到调谐控制器，由调谐控制器完成对当前频率状态下的天线阻抗测量，并根据天线阻抗完成整个调谐过程，得到继电器控制参数，对阻抗匹配网络进行配置。阻抗匹配网络由π型LC网络和继电器开关组构成。调谐控制器通过RS-232串口接收主控单元送来的调谐控制信号(包括工作模式指令以及频率信息)，并回送执行完毕信息。　　

 

　　图1中的可控开关用来控制输入到π型调谐网络信号来源，当π型调谐网络处于调谐状态时，来自调谐控制器的高频信号通过电压取样电路和电流取样电路，并经可控开关接入π型调谐网络;当π型调谐网络处于非调谐状态时，来自功放的高频信号经可控开关接入π型调谐网络。

　　工作模式

　　系统工作模式包括三种：元件参数标定模式、预置调谐模式和实时调谐模式，元件参数标定用来对抗元件分布参数的影响，标定过程将对所有元件的阻抗值在整个短波频带范围内进行标定，获得在不同频点时元件的真实值;预置调谐模式直接采用以前调谐得到开关配置参数对阻抗匹配网络直接配置;实时调谐模式则直接针对不同频率时进行实时快速调谐，并保存调谐后得到的开关配置参数。

　　硬件平台

　　系统硬件平台由两块电路板构成，与图1中功能框图对应，包括阻抗匹配网络单元和调谐控制器单元。阻抗匹配网络单元采用π型匹配网络，如图2所示。其中电感L以及电容C1和C2的元件个数分别为18、16和14个，元件具有很好的品质因数。图中的开关采用具有良好高频特性的继电器，闭合时间<0.5ms，开路时接触电阻可达500MΩ，闭合时接触电阻小于30mΩ。R0是一个标准的50Ω电阻，Z就是等效的天线阻抗值，天线阻抗在不同频点以及不同环境中的阻抗特性是不同的。