CN102801433A - 中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，属于广播发射技术领域。本发明提供的匹配网络的调谐方法能够在各种气候、天气条件下，特别是气候条件剧烈变化的情况下使匹配网络自动调谐，能够自动保持天线和同轴传输线之间的良好匹配。所述自适应匹配网络的调谐方法包括：第一步：对反射系数的对数值γ进行采样变换成数字信号Γ；第二步：将数字信号Γ与设定的阀值ΓT进行比较并判断，如果Γ＜ΓT，不产生任何控制指令，并返回第一步；如果Γ≥ΓT，产生调谐马达控制指令，执行第三步；第三步：通过调谐马达调节匹配网络的可调元件的电抗值，进行试探性调谐；第四步：试探性调谐完毕，返回第一步。
Description
技术领域
本发明涉及一种中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，尤其涉及一种能够适应各种气候、天气条件下，特别是气候条件剧烈变化的情况下的中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，属于广播发射技术领域。
背景技术
在中波广播发射台，特别是地处高海拔地区特殊环境的发射台，存在这样一个无奈的事实：发射天线的匹配网络严重依赖于气候条件。情况较好的发射台，每年冷热交替的春、秋两季，天线匹配网络需要重新调整；情况更差的发射台，天线匹配网络的匹配状况在一天之内即有明显变化。随着发射机不断更新换代，天线匹配网络似乎应该上升为安全播出工作的主要矛盾。但从目前条件，要求发射台技术人员自行调整天线匹配网络，无论从技术水平还是仪器配置都不现实。
发明内容
为克服现有技术中存在的技术问题，本发明的发明目的是提供一种中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其能够自动保持天线和同轴传输线之间的良好匹配。
为实现所述发明目的，本发明提供一种中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其中，匹配网络包括电抗元件Z1、电抗元件Z2和电抗元件Z，其中电抗元件Z1和电抗元件Z2为可调元件，所述方法包括如下步骤：
第一步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ1；
第二步：将反射系数采样值Γ1与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ1是否越限，如果Γ1＜ΓT，返回第一步，如果Γ1≥ΓT，执行第三步；
第三步：延时等待；
第四步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ2；
第五步：将反射系数采样值Γ2与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ2是否越限，如果Γ2＜ΓT，返回第一步，如果Γ2≥ΓT，执行第六步
第六步：延时等待；
第七步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ3；
第八步：将反射系数采样值Γ3与设定阈值ΓT比较，判断发射系数是否越限，如果Γ3＜ΓT，返回第一步，如果Γ3≥ΓT，执行第九步；
第九步：调用匹配网络的电抗调谐子程序以对匹配网络的电抗进行调谐；
第十步：调用匹配网络的电阻调谐子程序以对匹配网络的电阻进行调谐；
第十一步：结束一次自动调谐过程，返回第一步。
优选地，匹配网络的电抗调谐子程序包括如下步骤：
第2-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ4存入寄存器R2；
第2-2步：增大电抗Z1；
第2-3步：对反射系数进行采样，采样值Γ5存入寄存器R3；
第2-4步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果R3＞R2，执行第2-5步至第2-10步；否则，执行第2-11步至第2-19步；
第2-5步：减小电抗Z1；
第2-6步：寄存器R2和R3内容交换；
第2-7步：对反射系数进行采样，采样值Γ6存入寄存器R3；
第2-8步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-5步；如果R3＞R2，执行第2-9步；
第2-9步；增大电抗Z1；
第2-10步：返回；
第2-11步：增大电抗Z1；
第2-12步：寄存器R2和R3的内容交换；
第2-13步：对反射系数进行采样，采样值Γ7存入寄存器R3；
第2-14步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-11步；如果R3＞R2，执行第2-15步；
第2-15步：减小电抗Z1；
第2-16步：返回。
优选地，匹配网络的电阻调谐子程序包括如下步骤：
第3-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ8存入寄存器R0；
第3-2步：增大电抗Z2；
第3-3步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-4步：对反射系数进行采样，采样值Γ9存入寄存器R1；
第3-5步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果R1＞R0，执行第3-6步至第3-12步；否则，执行第3-13至第3-19步；
第3-6步：减小电抗Z2；
第3-7步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-8步：寄存器R0的R1的内容交换；
第3-9步：对反射系数进行采样，采样值Γ10存入寄存器R1；
第3-10步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-6步；如果R1＞R0，执行第3-11步；
第3-11步：增大电抗Z2；
第3-12步：返回；
第3-13步：增大电抗Z2；
第3-14步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-15步：寄存器R0和R1的内容交换；
第3-16步：对反射系数进行采样，采样值Γ11存入寄存器R1；
第3-17步：比较R1和R0值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-13步；如果R1＞R0，执行第3-18步；
第3-18步：减小电抗Z2；
第3-19步：返回。
优选地，匹配网络是T型网络、π型网络或者复合网络。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在各种气候、天气条件下，特别是气候条件剧烈变化的情况下，能够自动保持天线和同轴传输线之间的良好匹配。
附图说明
图1是本发明提供的T型自适应调谐系统的电路图；
图2是本发明提供的π型自适应匹配网络电路图；
图3是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的调谐方法的流程图；
图4是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的电抗调谐子程序流程图；
图5是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的电阻调谐子程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
图1是本发明提供的T型自适应匹配网络电路图。如图1所示，本发明提供的中波广播发射天线自适应匹配网络包括：定向耦合器，其用于分离匹配网络输入端的入射波电压样值
和反射波电压样值
其中，ω为工作角频率，Vi是入射波电压样值的幅值，
为检测点入射波电压相位值，Vr是反射波电压样值的幅值，
为检测点射射波电压相位值；模拟运算单元，其根据入射波电压样值vi和反射波电压样值vr计算反射系数的对数值
控制器单元，其根据反射系数的对数值γ的大小产生马达控制指令；马达驱动器，其根据微控制器产生的马达控制指令，产生调谐马达运转所需的驱动功率；自适应网络，其用于实现天线与传输线之间的阻抗匹配，包括匹配网络和调谐马达，其中，匹配网络为T型电路，调谐马达用于调节匹配网络中的可调元件。具体地，模拟运算单元包括对数检波器和反射系数计算器，其中，对数检波器用于对入射波电压样值
和反射波电压样值
进行检波以分别取出入射波电压样值的幅值Vi和反射波电压样值的幅值Vr；反射系数计算器，根据入射波电压样值的幅值Vi和反射波电压样值的幅值Vr计算出反射系数的对数值
控制器单元包括数据采集单元、越限判决单元和调谐指令生成单元，其中数据采集单元对反射系数的对数值γ进行采样变换成数字信号Γ；越限判决单元将数字信号Γ与设定的阀值ΓT(比如20.83dB，对应电压驻波比1.2)进行比较并判断，如果Γ＜ΓT，不给调谐指令生成单元发送指令；如果Γ≥ΓT，给调谐指令生成单元发送指令；调谐指令生成单元根据越限判决单元发送的指令产生马达控制指令。另外，控制器单元内设有手动调谐模式，可在脱离试探性调谐方法的条件下，进行人工手动调谐。调谐网络为T型调谐网络，其包括电抗Z1、电抗Z2和电抗Z。调谐马达M1用于调节电抗Z1，调谐马达M2用于调节电抗Z2，调节电抗Z1可以改变匹配网络的输入阻抗的实部和虚部；调节电抗Z2只可以改变匹配网络的输入阻抗的虚部。电抗Z1和电抗Z2为可调元件。
图2是本发明提供的π型自适应匹配网络电路图。除匹配网络为π型，其它部件与图1相同，这里不再重述。另外，匹配网络除T型和π型外，还可以为复合型。
图3是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的调谐方法流程图。如图3所示，所述方法包括如下步骤：
第一步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ1；
第二步：将反射系数采样值Γ1与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ1是否越限，如果Γ1＜ΓT，返回第一步，如果Γ1≥ΓT，执行第三步；
第三步：延时等待；
第四步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ2；
第五步：将反射系数采样值Γ2与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ2是否越限，如果Γ2＜ΓT，返回第一步，如果Γ2≥ΓT，执行第六步
第六步：延时等待；
第七步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ3；
第八步：将反射系数采样值Γ3与设定阈值ΓT比较，判断发射系数是否越限，如果Γ3＜ΓT，返回第一步，如果Γ3≥ΓT，执行第九步；
第九步：调用匹配网络的电抗调谐子程序以对匹配网络的电抗进行调谐；
第十步：调用匹配网络的电阻调谐子程序以对匹配网络的电阻进行调谐；
第十一步：结束一次自动调谐过程，返回第一步。
图4是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的电抗(虚部)调谐子程序(模块)流程图。如图4所示，虚部调谐子程序包括如下步骤：
第2-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ4存入寄存器R2；
第2-2步：增大电抗Z1；
第2-3步：对反射系数进行采样，采样值Γ5存入寄存器R3；
第2-4步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果R3＞R2，执行第2-5步至第2-10步；否则，执行第2-11步至第2-19步；
第2-5步：减小电抗Z1；
第2-6步：寄存器R2和R3内容交换；
第2-7步：对反射系数进行采样，采样值Γ6存入寄存器R3；
第2-8步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-5步；如果R3＞R2，执行第2-9步；
第2-9步；增大电抗Z1；
第2-10步：返回；
第2-11步：增大电抗Z1；
第2-12步：寄存器R2和R3的内容交换；
第2-13步：对反射系数进行采样，采样值Γ7存入寄存器R3；
第2-14步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-11步；如果R3＞R2，执行第2-15步；
第2-15步：减小电抗Z1；
第2-16步：返回。
图5是本发明提供的发射天线自适应匹配网络的电阻(实部)调谐子程序(模块)流程图。如图5所示，实部调谐子程包括如下步骤：
第3-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ8存入寄存器R0；
第3-2步：增大电抗Z2；
第3-3步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-4步：对反射系数进行采样，采样值Γ9存入寄存器R1；
第3-5步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果R1＞R0，执行第3-6步至第3-12步；否则，执行第3-13至第3-19步；
第3-6步：减小电抗Z2；
第3-7步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-8步：寄存器R0的R1的内容交换；
第3-9步：对反射系数进行采样，采样值Γ10存入寄存器R1；
第3-10步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-6步；如果R1＞R0，执行第3-11步；
第3-11步：增大电抗Z2；
第3-12步：返回；
第3-13步：增大电抗Z2；
第3-14步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-15步：寄存器R0和R1的内容交换；
第3-16步：对反射系数进行采样，采样值Γ11存入寄存器R1；
第3-17步：比较R1和R0值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-13步；如果R1＞R0，执行第3-18步；
第3-18步：减小电抗Z2；
第3-19步：返回。
本发明提供的定向耦合器分别检出传输馈线末端正比于反射波电压、入射波电压的交流电压，经过对数检波器变换、模拟减法处理，计算反射损耗，反射损耗的计算过程通过对数检波器、反射系数计算器(即，模拟运算放大器)实现，保证入射信号和反射信号采样的同时性，以及必要的运算速度、尽量节省微控制器资源。由于定向耦合器、对数检波器和模拟运算放大器输出为标量(发射系数的对数值)，控制单元不能根据测量结果判断网络原件的调节方向，只能采用试探性调谐的方法。虽然增加了控制程序的开销，但对保证控制精度、降低设备成本有利。
本发明提供的试探性调谐方法，能够解决采样信号中不包含相位信息的问题，只需要对反射波、入射波信号的幅度进行采样，经过运算得到的仅仅是反射系数的模值，不包含相位信息。这样，在同样控制精度要求下，对定向耦合器本身的精度要求降低，因而硬件成本大幅度减低。把硬件成本转化为软件开销，适合标准化的批量生产。
以上结合附图详细说明了本发明的，但本领域技术人员应当认识到，在没有脱离本发明构思的前提下，任何基于本发明作出的改进和变换仍然属于本发明保护范围内的内容本发明的保护范围是以权利要求书要求保护的范围为准。
Claims (4)
1.一种中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其中，匹配网络包括电抗元件Z1、电抗元件Z2和电抗元件Z，其中电抗元件Z1和电抗元件Z2为可调元件，所述方法包括如下步骤：
第一步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ1；
第二步：将反射系数采样值Γ1与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ1是否越限，如果Γ1＜ΓT，返回第一步，如果Γ1≥ΓT，执行第三步；
第三步：延时等待；
第四步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ2；
第五步：将反射系数采样值Γ2与设定阈值ΓT比较，判断反射系数采样值Γ2是否越限，如果Γ2＜ΓT，返回第一步，如果Γ2≥ΓT，执行第六步
第六步：延时等待；
第七步：对匹配网络输入端的反射系数进行采样得到反射系数采样值Γ3；
第八步：将反射系数采样值Γ3与设定阈值ΓT比较，判断发射系数是否越限，如果Γ3＜ΓT，返回第一步，如果Γ3≥ΓT，执行第九步；
第九步：调用匹配网络的电抗调谐子程序以对匹配网络的电抗进行调谐；
第十步：调用匹配网络的电阻调谐子程序以对匹配网络的电阻进行调谐；
第十一步：结束一次自动调谐过程，返回第一步。
2.根据权利要求1所述的中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其特征在于，匹配网络的电抗调谐子程序包括如下步骤：
第2-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ4存入寄存器R2；
第2-2步：增大电抗Z1；
第2-3步：对反射系数进行采样，采样值Γ5存入寄存器R3；
第2-4步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果R3＞R2，执行第2-5步至第2-10步；否则，执行第2-11步至第2-19步；
第2-5步：减小电抗Z1；
第2-6步：寄存器R2和R3内容交换；
第2-7步：对反射系数进行采样，采样值Γ6存入寄存器R3；
第2-8步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-5步；如果R3＞R2，执行第2-9步；
第2-9步；增大电抗Z1；
第2-10步：返回；
第2-11步：增大电抗Z1；
第2-12步：寄存器R2和R3的内容交换；
第2-13步：对反射系数进行采样，采样值Γ7存入寄存器R3；
第2-14步：比较R2和R3的值，判断是否R3＞R2，如果不是R3＞R2，返回第2-11步；如果R3＞R2，执行第2-15步；
第2-15步：减小电抗Z1；
第2-16步：返回。
3.根据权利要求2所述的中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其特征在于，匹配网络的电阻调谐子程序包括如下步骤：
第3-1步：对反射系数进行采样，采样值Γ8存入寄存器R0；
第3-2步：增大电抗Z2；
第3-3步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-4步：对反射系数进行采样，采样值Γ9存入寄存器R1；
第3-5步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果R1＞R0，执行第3-6步至第3-12步；否则，执行第3-13至第3-19步；
第3-6步：减小电抗Z2；
第3-7步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-8步：寄存器R0的R1的内容交换；
第3-9步：对反射系数进行采样，采样值Γ10存入寄存器R1；
第3-10步：比较R0和R1的值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-6步；如果R1＞R0，执行第3-11步；
第3-11步：增大电抗Z2；
第3-12步：返回；
第3-13步：增大电抗Z2；
第3-14步：调用匹配网络的电抗调谐子程序；
第3-15步：寄存器R0和R1的内容交换；
第3-16步：对反射系数进行采样，采样值Γ11存入寄存器R1；
第3-17步：比较R1和R0值，判断是否R1＞R0，如果不是R1＞R0，返回第3-13步；如果R1＞R0，执行第3-18步；
第3-18步：减小电抗Z2；
第3-19步：返回。
4.根据权利要求1-3任一所述的中波广播发射天线自适应匹配网络的调谐方法，其中，匹配网络是T型网络、π型网络或者复合网络。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121128 |