[发明专利]LC谐振天线的智能阻抗匹配装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻抗匹配装置，具体是一种LC谐振天线的智能阻抗匹配装置。

背景技术

在一些非接触信号传输场合，如射频识别(RFID，Radio Frequency Identity)技术、LC谐振传感器的无源无线检测等，利用无线耦合信号传输方式进行非接触双向通信，实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别和检测对象的目的。无线耦合信号传输通过两个电感线圈的互感耦合实现，在远距离互感耦合情况下，需要增大信号发射天线端的能量，因此需要对信源与发射天线进行阻抗匹配，使信号源的信号能最大功率地传输到天线端。

对于天线阻抗的匹配，现有的研究主要还集中于手动匹配方面，手动匹配方法需要使用者完全依靠经验和现场观测进行匹配网络的调节，这就导致了匹配时间长、匹配精度低等缺点，另外必须配备一些昂贵的设备，如网络分析仪或阻抗分析仪等。同时，一些手持式RF设备的发展使得手动匹配越来越不适应。

随着自动化技术、通信技术和集成技术的高速发展，再加上数字信号处理器、微控制器和微处理器的广泛出现，对于天线阻抗的匹配也提出新的要求，而手动匹配是个耗时长且复杂的过程。因此，天线阻抗的自动匹配技术也将成为一种发展趋势。

发明内容

本发明的目的是为了解决对于天线阻抗的匹配现有方法仍然集中于手动匹配，存在匹配时间长、匹配过程复杂、匹配精度低等问题，而提供一种LC谐振天线的智能阻抗匹配装置。本发明装置的设计概念及其方法，可在不改变LC谐振天线结构的设计下，得以解决LC谐振天线传输效率和传输距离的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种LC谐振天线的智能阻抗匹配装置，包括LC谐振天线、可调式匹配电路单元、测试电路单元以及微控制器；所述的LC谐振天线由平面螺旋电感和平行板电容串联组成；所述的可调式匹配电路单元包括电感、第一可调式电容阵列和第二可调式电容阵列，电感、第一可调式电容阵列和第二可调式电容阵列三者之间呈π型阻抗匹配网络形式连接（π型阻抗匹配网络连接方式为现有公知技术，是本领域技术人员所熟知的，如图2所示），其中，所述的第一可调式电容阵列和第二可调式电容阵列都是由图3所示的若干个电容并列连接而成的，并且每个电容的并联支路中串接有对应的模拟开关；LC谐振天线并联在可调式匹配电路单元中第二可调式电容阵列的两端；所述的测试电路单元包括信号发生器，信号发生器的两端之间连接一个惠斯通电桥，四个桥臂分别为：第一电阻、第二电阻、第三电阻和可调式匹配电路单元，其中，第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值相等且均等于信号发生器的特征阻抗；惠斯通电桥中第一电阻和第三电阻之间的一个节点、可调式匹配电路单元和第二电阻之间的一个节点分别与微控制器的输入端连接，第三电阻和可调式匹配电路单元之间的一个节点与微控制器共地；微控制器的输出端与可调式匹配电路单元连接用以控制可调式匹配电路单元中第一可调式电容阵列和第二可调式电容阵列的模拟开关的断开与闭合（微控制器用以对整个系统进行实时有效的控制，微控制器可以监测LC谐振天线端反射系数的模和相位的变化情况，并根据反射系数的模和相位的变化情况自动控制可调式匹配电路单元中的模拟开关来选择相应的电容值以实现阻抗的匹配）。

使用发明进行阻抗匹配测试时：首先，将测试电路单元的输出信号U3、Uz给到微控制器,微控制器将两路信号进行A/D转换；其次，微控制器调用相应的算法将两路A/D转换后的数字信号进行处理和计算，得出两路信号的幅值及相位；最后，微控制器根据两路信号的幅值及相位的检测结果，控制可调式匹配电路单元中的第一、二可调式电容阵列的模拟开关进行吸合或断开，即改变π型阻抗匹配网络中第一可调式电容阵列与第二可调式电容阵列的电容值，使测试电路单元中的惠斯通电桥达到平衡（即使的图1所示的电压Ud=|U3-UZ |=0，Ud的大小和相位都为0），即达到阻抗匹配状态。

进一步地，所述的LC谐振天线采用印刷电路板制作而成，包括上电路板和下电路板，在上电路板的上表面印刷平面螺旋电感、下表面印刷平行板电容的上极板，在下电路板的上表面印刷平行板电容的下极板；在上电路板上打孔溅射有电连线，电连线的一端与平面螺旋电感的一端连接，电连线的另一端与平行板电容的上极板相连。