[发明专利]基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统及方法

权利要求书

1.基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：包括便携式控制终端(1)和由若干阻抗匹配通道节点(2)组成的多通道阻抗匹配阵列，所述便携式控制终端(1)与阻抗匹配通道节点(2)通过ZigBee无线通讯网络连接；

所述便携式控制终端(1)包括移动设备(101)和ZigBee通讯模块(102)，移动设备(101)和ZigBee通讯模块(102)通过USB接口相连；

所述阻抗匹配通道节点(2)设置于相控阵信号发射单元和作为负载的相控阵探头振元之间，多通道阻抗匹配阵列中阻抗匹配通道节点(2)的个数由相控阵探头包含的振元数量决定；单个阻抗匹配通道节点(2)包括中心控制及通讯模块(201)，电压检测模块(202)，电流检测模块(203)，相位检测模块(204)，驱动模块(205)和阻抗匹配网络(206)；相位检测模块(204)、驱动模块(205)均与中心控制及通讯模块(201)连接，电压检测模块(202)、电流检测模块(203)均与相位检测模块(204)连接，相控阵信号发射单元输出端、阻抗匹配网络(206)以及相控阵探头振元输入端依次相接，阻抗匹配网络(206)还与电压检测模块(202)、电流检测模块(203)和驱动模块(205)相接。

2.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的移动设备(101)作为人机交互设备用于设置作为负载的相控阵探头各阵元的阻抗参数并显示相控阵探头的工作状态，根据不同工作场合选取便携式计算机、平板电脑或手机。

3.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的ZigBee通讯模块(102)通过无线局域网络将移动设备(101)设置的工作参数发送到各阻抗匹配通道节点(2)，并接收各阻抗匹配通道节点(2)上传的实时工况信息；所述的ZigBee通讯模块(102)具体包括CC2531微控制器、晶振、电源管理电路、复位电路、USB接口电路和射频天线；所述晶振、电源管理电路、复位电路、USB接口电路和射频天线分别与CC2531微控制器相连。

4.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的中心控制及通讯模块(201)通过无线局域网络接收便携式控制终端(1)发送的工作参数、发送所在通道的实施工况信息，同时对相位检测模块(204)输出的数据采样、模数转换并分析负载相控阵探头振元的阻抗特性，进而向驱动模块(205)发送控制指令，实现阻抗匹配网络的动态调节；所述的中心控制及通讯模块(201)具体包括CC2530微控制器、晶振、电源管理电路、复位电路和射频天线；所述晶振、电源管理电路、复位电路和射频天线分别与CC2530微控制器相连。

5.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的电压检测模块(202)用于相控阵发射单元的输出电压幅值，具体包括依次相连的电容式分压电路、放大电路和滤波电路。

6.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的电流检测模块(203)用于检测整个电路中的电流幅值，具体包括依次相连的采样电阻、基于仪表放大器的预放大电路、滤波电路和二级放大电路。

7.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的相位检测模块(204)根据电压检测模块(202)和电流检测模块(203)获取的数据计算并输出负载相控阵探头振元的阻抗值和阻抗角，所述的相位检测模块(204)具体包括AD8302幅值与相位测量电路、阻抗值放大电路和阻抗角放大电路。

8.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的驱动模块(205)按照中心控制及通讯模块(201)的指令通过控制一系列继电器的开关动态调整阻抗匹配网络，所述的驱动模块(205)具体包括基于缓冲门电路的译码电路、基于MOSFET的驱动电路、继电器组及泄流保护电路。

9.根据根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统，其特征在于：所述的阻抗匹配网络(206)用于动态调整接入电路的阻抗，所述的阻抗匹配网络(206)包括电感、电容或电阻。

10.权利要求1至9任一项所述的基于ZigBee技术的相控阵探头自适应阻抗匹配系统的匹配方法，其特征在于：如果相控阵探头各阵元阻抗参数已知，则首先将作各阵元的阻抗参数通过人机交互界面输入移动设备(101)，再通过USB接口将输入参数发送至ZigBee通讯模块(102)，并经ZigBee无线局域网络发送到各阻抗匹配通道节点(2)；中心控制及通讯模块(201)通过无线局域网络接收到工作参数后，分析负载相控阵探头振元的阻抗特性，计算出对于每个振元需要接入阻抗匹配网络的电容、电感和电阻，进而向驱动模块(205)发送控制指令，通过缓冲门电路的译码电路闭合相应的继电器，实现阻抗匹配网络的初始调节；相控阵探头工作过程中，电压检测模块(202)和电流检测模块(203)分别采样相控阵发射单元的输出电压幅值和电流幅值并输入相位检测模块(204)，相位检测模块(204)经计算并输出负载相控阵探头振元的当下工况的阻抗值和阻抗角至中心控制及通讯模块(201)；中心控制及通讯模块(201)内部的模数转换器将输入的模拟量转换为数字量，再次分析负载相控阵探头振元的阻抗特性，动态调节阻抗匹配网络从而保证相控阵探头始终处于最佳工作状态；在此工作过程中各阵元的实时阻抗参数通过ZigBee无线局域网络上传至移动设备(101)并显示于人机交互界面；

如果相控阵探头各阵元阻抗参数未知，电压检测模块(202)和电流检测模块(203)分别采样相控阵发射单元的输出电压幅值和电流幅值并输入相位检测模块(204)，相位检测模块(204)经计算并输出负载相控阵探头振元的当下工况的阻抗值和阻抗角至中心控制及通讯模块(201)；中心控制及通讯模块(201)内部的模数转换器将输入的模拟量转换为数字量，分析负载相控阵探头振元的阻抗特性，计算出对于每个振元需要接入阻抗匹配网络的电容、电感和电阻，进而向驱动模块(205)发送控制指令，通过缓冲门电路的译码电路闭合相应的继电器，实现阻抗匹配网络的初始调节，然后即可重复上述阻抗匹配网络动态调节过程。