[发明专利]基于寄生谐振频点的天线阻抗自动匹配装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及天线阻抗自动匹配，可用于补偿时变介质覆盖下单收天线阻抗的变化、改善天线工作频点驻波比、降低单收天线与接收系统的阻抗失配，提升接收系统的接收性能。

背景技术

当天线周围的温度和介质变化时，天线的阻抗特性会随着环境变化而变化，这将导致天线谐振频点的偏移以及工作频点处驻波比的恶化，天线与接收系统的阻抗失配，降低天线的实际增益，导致收发系统接收到的信号强度减弱，降低灵敏度。因此，在时变介质覆盖情况下，对天线阻抗进行自动匹配，补偿天线谐振频点偏移，降低天线与接收系统的阻抗失配，能够为通信系统性能的提升提供一种有效的手段。

目前，进行天线自动匹配补偿，通常的做法是通过发射工作频点的测量信号来探测天线工作频点处的阻抗值，并将实测阻抗值与预设的目标阻抗值进行比较，根据比较结果通过调节阻抗匹配网络实现对天线的阻抗匹配，如图1所示。

然而，在无线电设备的天线系统中，天线按工作性质可以分为：收发共用天线、单发天线、单收天线，其中单收天线在工作频点只接受而不能发射电磁波，（比如GPS导航天线）。因为通常的补偿方法需要在工作频点处发射测量天线阻抗的信号，同时测量信号在天线端口的反射波会被接收系统所接收，这将影响接收系统的正常工作，因此无法使用通常的补偿方法对单收天线进行自动阻抗匹配。

对于单收天线，如果要实现自动匹配补偿，现有的方法通常是在接收带宽之外，天线带宽之内，选择一个临近频点；通过测量该临近频点处的天线阻抗特性来进行调谐补偿。这种方法的缺点在于：

1）在窄带接收系统中（如GPS），天线的带宽与接收机带宽很近，由于难以避免的频谱泄露，临近频点发射的测量信号会对接收机的正常工作造成影响。

2）由于临近频点与接收频点很近，为隔离和消除临近频点信号，需要非常高选择性的滤波器，通常用高Q腔体才能实现，这将导致设计难度增加，特别是在低频段，滤波器的体积庞大，不易小型化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于寄生谐振频点的天线阻抗自动匹配装置及方法，以克服上述已有技术的不足，实现对天线工作谐振频点阻抗的自动匹配。

为实现上述目的，本发明的一种基于寄生谐振频点的天线阻抗自动匹配装置，包括：天线，电调匹配模块，处理与控制模块，耦合模块，隔直电容，天线与电调匹配模块连接，电调匹配模块的输入端与处理与控制模块连接，耦合模块与隔直电容连接，处理与控制模块根据耦合模块耦合的天线端口反射信号控制电调匹配模块，实现对天线的阻抗匹配，隔直电容用于将控制信号与外部的接收系统隔离开，其特征在于：

耦合模块与处理与控制模块之间连接有天线寄生谐振频点反射测量模块，用于向耦合模块发射天线寄生谐振频点扫频信号，并对耦合模块输出的天线寄生谐振频点反射信号进行同步检波与低通滤波，得到反射系数幅度信号；该反射系数幅度信号输入给处理与控制模块进行采样，并从反射系数幅度采样信号中提取出寄生谐振频点的频偏，输出匹配控制电压给电调匹配模块；电调匹配模块根据匹配控制电压对天线的工作谐振频点阻抗进行匹配。

所述的基于寄生谐振频点的天线阻抗自动匹配装置，其特征在于，天线寄生谐振频点反射测量模块包括：本振信号源，直接数字合成器，锁相环，同步检波器和低通滤波器；

直接数字合成器的输入端分别与本振信号源的输出端和处理与控制模块的输出端连接；直接数字合成器的输出端与锁相环的输入端连接；

本振信号源向直接数字合成器输出振荡信号，处理与控制模块向直接数字合成器输入扫频信号频率控制命令，直接数字合成器输出低频扫频信号至锁相环；

锁相环输出分为两路，一路输出给耦合模块，将天线寄生谐振频点扫频信号耦合至天线馈电线路上，另一路输出给同步检波器，作为同步检波器的同步信号，同步检波器对从耦合模块耦合的天线寄生谐振频点反射信号与锁相环输出的天线寄生谐振频点扫频信号进行同步检波，输入给低通滤波器，低通滤波器对该同步检波后的信号进行低通滤波，得到天线寄生谐振频点反射系数幅度信号，再输入给处理与控制模块。

所述的基于寄生谐振频点的天线阻抗自动匹配装置，其特征在于处理与控制模块包括：

SPI接口，用于输出扫频信号频率控制命令；

A/D转换器，用于将反射系数幅度模拟信号转换成数字信号；

D/A转换器，用于将匹配控制数字信号转换成匹配控制电压信号；

扫频信号频率控制子模块：用于控制天线寄生谐振频点处扫频信号的频率，并通过SPI接口输出扫频信号频率控制命令；