CN106936467B - 一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法 - Google Patents

一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法 Download PDF

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Abstract

一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，其特征在于，包括发射系统信道预置过程和频率快速设置过程，具体步骤如下：发射系统信道预置过程：步骤一：选择发射系统信道使用的HF频率范围；步骤二：根据整个HF频段范围内各高低波段内调谐带宽Bt的大小，将全频段划分为若干个连续的调谐带宽Bt，每个调谐带宽Bt所在的频段范围称之为一个Gn信道，所在位置序号称为信道号Gni,(i＝0,1,2…M‑1)，M的大小使所有的Gn信道足够覆盖HF整个频段，每个信道Gn对应的中心位置频率为f(Gni)；本发明克服了现有窄带天线发射过程调谐慢的缺陷，能够达到迅速调谐。

Description

一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法
技术领域
本发明是一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，涉及窄带天线发射系统实现快速换频的方法。
背景技术
在各频段的无线发射系统中，信号发射过程中，天线的发射效率取决于发射机与天线的阻抗匹配程度，只有在工作频率的位置阻抗匹配时，发射功率才能高效的通过发射天线向空间辐射，当阻抗不匹配时辐射效率很低甚至不能发出，同时会产生反向功率返回至发射机内，使能量以热量的形式消耗在发射机内部，尤其是大功率发射系统很可能烧毁设备，通常发射系统配备的天线分为窄带天线和宽带天线，窄带天线一般体积较小、安装方便，可工作带宽较小；宽带天线一般体积较大、安装不便，但工作带宽较宽，一般可在全频段范围内快速换频，本发明中描述的方法均以短波频段的2MHz至30MHz范围为例说明，除了技术参数有所差别外，该方法也同样适用于频率在0Hz以上所有波段的窄带发射系统中。
当发射系统配备宽带天线时，天线可直接连接到发射机上，系统构成如图1中的上图所示，发射机只要设置好工作频率，发射系统即可立即发射大功率信号，此时无需单独进行发射机和天线进行阻抗匹配，频率切换过程可在很短时间内完成，一般时控制命令和发射机继电器吸合时间总和，时长通常是几个毫秒量级，其表现效果是可快速工作在任意工作频率上进行窄带信号发射。
当发射机配备窄带天线时，由于天线与发射机不同频段的阻抗匹配程度不同，需要在发射机和天线之间加装一个天线调节器进行阻抗自动匹配，系统构成如图1中的下图所示，当发射机更换到一个新的工作频率时，需要天线调节器通过自动调谐过程完成此工作频率上发射机与窄带天线阻抗匹配，此匹配过程通常是通过发射机及天线调谐器内的多组继电器自动尝试不同的组合而使系统阻抗达到最佳匹配状态，一般会包括继电器的多次吸合尝试过程。通常此过程较慢，尤其是更换频率的跨度较大时，需要更长的时间完成该过程，对于短波大功率电台所需时长一般从几秒钟到几十秒钟不等，甚至可能调谐失败，这给窄带天线发射系统的使用带来了一定的限制，尤其是外部用户需要快速更换频率时，严重影响了频率更换效率，其后果是不能快速在任意频率上进行窄带信号发射。
应用本发明方法可以使现有窄带天线发射系统快速工作在任意频率上，尤其是工作在发射系统预先未设定的新频率上时，可避开因需要完成阻抗匹配所需调谐过程，可使原来需几秒钟到几十秒钟的换频时间缩短至几十至一百多毫秒，时间缩短近百倍甚至上千倍，大大提高发射系统的工作频率切换效率，达到与配备宽带天线相同的换频效果。尤其，在未来的基于动态频谱通信技术的通信系统中，每一个工作频率几乎都是未知的，频率即选即用，因此，此类方法在相关系统的设计开发过程中将会起到更加重要的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种窄带天线发射系统实现宽带使用的方法，以克服现有窄带天线发射系统无法快速更换频率问题。
一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，其特征在于，包括发射系统信道预置过程和频率快速设置过程，具体步骤如下：
发射系统信道预置过程：
步骤一：选择发射系统信道使用的HF频率范围；
步骤二：根据整个HF频段范围内各高低波段内调谐带宽Bt的大小，将全频段划分为若干个连续的调谐带宽Bt，每个调谐带宽Bt所在的频段范围称之为一个Gn信道，所在位置序号称为信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，M的大小使所有的Gn信道足够覆盖HF整个频段，每个信道Gn对应的中心位置频率为f(Gni)，若每个调谐带宽Bt的大小相同，则每个相邻f(Gni)之间的频率间隔也为Bt，任一两个f(Gni)间的频率间隔为Bt的整数倍；
步骤三：生成信道频率参数表即Gn表：生成一个以信道频率为参数表的表，由每个信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)为第一序列进行列表，对应中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)为第二序列，将发射系统信道预置的参数作为另外的序列与信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)的中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)相对应，信道预置的参数为设置工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数；信道频率参数排列，一般从低频段到高频段的排列方式为[f(Gn0),f(Gn1),f(Gn2),…,f(GnM-1)]，M为需要覆盖全频段最大信道数量；
步骤四：信道预置：对Gn表中每一个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，依次进行调谐，每个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐过程如下，
(1)读取Gn表获取相应的f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)信息；
(2)用信道Gni的中心频率f(Gni)设置发射系统的工作频率，同时设置工作种类、工作方式、工作带宽，等待发射系统调谐成功后，将工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数记录在Gn表中，并与相应的中心频率f(Gni)关联；
步骤五：记录信道预置值：当完成Gn表中所有信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐的数据，将Gn表存入发射机的信道存储设备内；
频率快速设置：
步骤六：信道号Gni计算：当需要设置发射系统的工作频率为fi时，首先根据工作频率为fi在Gn表内查找或计算其所在的信道号Gni，使工作频率fi对应在Gni信道内；
步骤七：信道调用：调用发射系统的Gni信道对应的发射机存储的阻抗匹配参数作用于发射机和天线调谐器内的继电器参数直接作用在相应的继电器上，通过一次直接调用完成阻抗匹配过程；
步骤八：完成其他参数的设定：此时进行工作种类、工作方式、工作带宽及其他参数的设定；
步骤九：按工作频率fi发射信号。
本发明提出一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，克服现有窄带天线发射过程调谐慢的缺陷，能够达到迅速调谐。与现有方法相比，本发明调谐速度提高几十至几千倍。
附图说明
图1、为本发明实施例装置构成示意图；
图2、为宽、窄带天线发射系统工作频谱示意图；
图3、为本发明工作频谱示意图；
图4、为本发明实施例提供的信道预置、信道调用、工作频率快速设置以及传统窄带天线发射系统频率设置的工作过程流程图。
具体实施方式
一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，其特征在于，包括发射系统信道预置过程和频率快速设置过程，具体步骤如下：
发射系统信道预置过程：
步骤一：选择发射系统信道使用的HF频率范围；
步骤二：根据整个HF频段范围内各高低波段内调谐带宽Bt的大小，将全频段划分为若干个连续的调谐带宽Bt，每个调谐带宽Bt所在的频段范围称之为一个Gn信道，所在位置序号称为信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，M的大小使所有的Gn信道足够覆盖HF整个频段，每个信道Gn对应的中心位置频率为f(Gni)，若每个调谐带宽Bt的大小相同，则每个相邻f(Gni)之间的频率间隔也为Bt，任一两个f(Gni)间的频率间隔为Bt的整数倍；
步骤三：生成信道频率参数表即Gn表：生成一个以信道频率为参数表的表，由每个信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)为第一序列进行列表，对应中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)为第二序列，将发射系统信道预置的参数作为另外的序列与信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)的中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)相对应，信道预置的参数为设置工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数；信道频率参数排列，一般从低频段到高频段的排列方式为[f(Gn0),f(Gn1),f(Gn2),…,f(GnM-1)]，M为需要覆盖全频段最大信道数量；
步骤四：信道预置：对Gn表中每一个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，依次进行调谐，每个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐过程如下，
(1)读取Gn表获取相应的f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)信息；
(2)用信道Gni的中心频率f(Gni)设置发射系统的工作频率，同时设置工作种类、工作方式、工作带宽，等待发射系统调谐成功后，将工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数记录在Gn表中，并与相应的中心频率f(Gni)关联；
步骤五：记录信道预置值：当完成Gn表中所有信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐的数据，将Gn表存入发射机的信道存储设备内；
频率快速设置：
步骤六：信道号Gni计算：当需要设置发射系统的工作频率为fi时，首先根据工作频率为fi在Gn表内查找或计算其所在的信道号Gni，使工作频率fi对应在Gni信道内；
步骤七：信道调用：调用发射系统的Gni信道对应的发射机存储的阻抗匹配参数作用于发射机和天线调谐器内的继电器参数直接作用在相应的继电器上，通过一次直接调用完成阻抗匹配过程；
步骤八：完成其他参数的设定：此时进行工作种类、工作方式、工作带宽及其他参数的设定；
步骤九：按工作频率fi发射信号。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种窄带天线发射系统快速进行换频过程的方法，该方法包括主要发射系统的信道预置和频率的快速设置两个过程，其中在窄带天线的状态不变的情况下，发射系统信道预置过程只需要在发射系统使用前进行一次，更换频的过程主要由信道的快速调用过程完成。
发射系统信道预置过程：
1、参数获取：获取窄带天线发射系统单个频点的调谐带宽Bt，该参数与发射系统的设计指标有关，对于短波窄带天线发射系统，一般从几十kHz至几百kHZ，通常大于50KHz不超过300kHz，与频段的高低有关，通常低频段较窄，频段越高该范围越大；
2、信道划分：根据整个HF频段内各高低波段内调谐带宽Bt的大小，将全频段划分为若干个连续的Bt，每个Bt所在的频段范围称之为一个Gn信道，所在位置序号称为信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，M的大小使所有的Gn信道足够覆盖HF整个频段，每个信道Gn对应的中心位置频率为f(Gni)，若每个Bt的大小相同，则每个相邻f(Gni)之间的频率间隔也为Bt，任一两个f(Gni)间的频率间隔为Bt的整数倍，如图3的上图所示。
3、生成信道频率参数表(Gn表)：信道频率参数表是由每个信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)的中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)所构成的频率序列表，也称之为Gn表，主要作为发射系统信道预置和和调用的输入频率参数使用，一般从低频段到高频段的排列方式为[f(Gn0),f(Gn1),f(Gn2),…,f(GnM-1)]，M为需要覆盖全频段最大信道数量。
4、信道预置：该过程根据Gn表的划分，使每个信道的中心频率完成调谐后连同其他工作参数一并存入发射机内，用于后续的快速调用，对于M个信道，每个信道的存储流程一样，不同时存储过程所耗费的时间程度有所不同，主要取决于调谐时间
Figure BDA0000895076500000061
下面以第i个信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)为例说明信道预置的过程：
(1)读取Gn表获取f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)信息；
(2)用信道Gni的中心频率f(Gni)设置发射系统的工作频率，同时设置工作种类、工作方式、工作带宽及其他相关参数，等待发射系统调谐成功，调谐失败的频点多次调谐，多次调谐不成功的标记该信道号及相关参数；
(3)发射系统在f(Gni)频点调谐成功后，将该信道的信道号Gni，中心频率f(Gni)以及其他发射系统工作参数一同存入发射机的信道存储设备内；同时调谐成功完成阻抗匹配后与当前中心频率相对于的发射机及天线调谐器的继电器组合参数也作为一个信道参数存储在对应的信道号Gni中，在进行Gni信道调用时会直接利用此状态完成继电器的吸合，直接完成对中心频率f(Gni)的阻抗比配。
(4)每个Gni信道重复上述(1)～(3)步骤后，完成对HF全频段发射系统的信道预置。
发射系统信道预置过程的工作流程如图4中左图所示。
频率快速设置：
1、信道号Gni计算：当需要设置发射系统的工作频率为fi时，首先根据fi在Gn表内查找或计算其所在的信道号Gni，使工作频率fi对应在Gni信道内。该过程所需时间主要是计算时间，一般在毫秒级以下；
2、信道调用：调用发射系统的Gni信道，调用完成后的发射系统可工作在以频率为f(Gni)调谐带宽为Bt的频段范围内，此时的fi就对应在该范围内，但不一定是在f(Gni)处，如图3下图所示。由于此过程只是把发射系统信道预置过程中已存入发射机信道的Gni信道参数调出，同时将当前信道中心频率f(Gni)对应的阻抗匹配所对应的发射机和天线调谐器内的继电器参数直接作用在相应的继电器上，通过一次直接设置完成阻抗匹配过程，所以该过程的所需时间主要是指令传输时间以及发射系统的继电器设备一次切换时间，一般在几十毫秒量级。需要说明的是，此过程完成后发射系统的当前工作频率仍为f(Gni)，并不是所需要的频率fi；
3、计算频率偏移量(
Figure BDA0000895076500000071
)：计算fi在Gni信道内相对于中心频率f(Gni)的频率偏移量
Figure BDA0000895076500000072
fi可能比f(Gni)大，也可能比f(Gni)小；
4、完成工作频率设置fi：此过程可以通过两种方式完成。
(1)第一种方式是使发射系统不再进行调谐的情况下完成频率设定，根据步骤3中的频率偏移量
Figure BDA0000895076500000073
将发射系统当前可工作频率f(Gni)(也是当前信道Gni的中心频率)直接调整
Figure BDA0000895076500000074
后停留在频率fi位置上，即
Figure BDA0000895076500000075
完成频率的过程，此过程一般也为毫秒级。至此完成发射系统工作频率fi设置，相对于传统发射系统的频率设置，在不需要进行阻抗匹配的调谐过程即可完成任意频率的设置。
(2)另一种是直接设置发射系统工作频率fi，此过程发射系统可能发生调谐过程也可能不发生调谐过程。此过程同正常的窄带天线发射系统频率设置相同。不同的是，当前的发射系统已经完成了快速设置频率中的(2)步骤，由于发射系统当前可工作频率f(Gni)距离与fi的间隔
Figure BDA0000895076500000076
很小，最大不超过Bt的二分之一，发射系统的工作频率由f(Gni)直接改为fi即可，由于两个频率点的的频率间隔较小，基本限定在一个Gn内，发射机与发射天线的阻抗匹配情况相当，一般不会进行重新调谐，即便需要进行重新调谐也会在很短的时间内完成，相对于传统发射系统频率设置的方法将会大大节省因调谐耗费的时间。
5、完成其他参数的设定：此时也可进行工作种类、工作方式、工作带宽及其他参数的设定，时间一般为毫秒级的指令传输时间。
本发明快速设置频率的方法其工作流程如图4中的中图所示。
为了达到上述目的，本发明的实施拟采用如下技术方案：
一种窄带天线发射系统实现宽带使用效果的方法，该方法包括以下内容：
为说明本发明的方案和过程，首先描绘宽带、窄带天线发射系统的工作过程的工作频谱示意图，如图2所示，图中的参数以短波为参考频段进行说明，但该方法不仅限于短波频段。
频段范围(HF)：选用短波HF的2MHz至30MHz；
工作频率(f)：发射系统工作时所指定的发射频率，一般处于信号频谱的中间(比如双边带信号)或两边(单边带信号)，本文以工作频率在信号中间为例进行说明；
信号带宽(B)：发射系统在单个频率工作时的发射信号带宽，本文选用短波最常用的3kHz带宽进行说明；
发射系统调谐带宽(Bt)：此处针对窄带天线发射系统进行定义，表示窄带天线发射系统在某工作频率完成调谐后，在其频率附近无需进行调谐即可进行信号发射的频带宽度。短波大功率发射系统一般在几十kHz至几百kHZ，与频段的高低有关，通常低频段较窄，频段越高该范围越大，此时虽然可能不在原调谐的频点上工作，但在Bt范围内任意频段发射信号时的发射系统辐射效率与原调谐的频点上的效率相差不大。
对于一个信号带宽为B的信号，既可使用宽带系统发射也可使用窄带天线发射系统发射，两个系统在完成工作频率设定之后的工作过程是相同的，区别就在于工作频率的设置过程。下面通过频谱的变化过程对两个系统的换频过程进行描述。
1)宽带天线发射系统
设置任意工作频率时，控制器只需给发射系统发送换频指令，发射系统即可快速切换至该频率，随时可接收输入信号进行大功率发射。从频谱上看，可在HF的2MHz到30MHz全频段范围内任意频点间快速切换，在极短的时间内即可完成换频过程，其工作频谱示意图如图2中上图所示，工作频率f可快速出现在fi,(i＝0,1,2…N)中的任意fi位置，每个频点在全频段任何频点间切换的是自由且对等的。
2)窄带天线发射系统
与宽带天线发射系统不同，设置任意工作频率时，控制器给窄带发射系统发送换频指令后，还需有一个等待过程，该过程主要是天线调节器通过自动调谐完成此工作频率f上的发射机与窄带天线阻抗匹配工作，设该过程需时长为
Figure BDA0000895076500000081
通常
Figure BDA0000895076500000082
不固定，与频谱的大小、更换频率的跨度、窄带天线阻抗与发射机阻抗匹配程度、天线调节器的当前状态等有关系，其工作流程如图4中的右图所示。此时工作频率出现在f0，f1，f2…fi(i＝0,1,2…N)的任意一个频率或频率间的切换过程不是自由和对等的，各频率表现相对比较独立，其工作频谱示意图如图2下图所示。当发射系统在fi频点完成调谐后，窄带天线发射系统在fi的调谐带宽Bt内频率变化过程的频率特性和转换速度与宽带天线发射系统在频段2MHz-30MHz内的基本相同，基本可以做到快速切换到一个新的频率点后立即进行信号发射。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该在涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种窄带天线发射系统实现快速换频的方法，其特征在于，包括发射系统信道预置过程和频率快速设置过程，具体步骤如下：
发射系统信道预置过程：
步骤一：选择发射系统信道使用的HF频率范围；
步骤二：根据整个HF频段范围内各高低波段内调谐带宽Bt的大小，将全频段划分为若干个连续的调谐带宽Bt，每个调谐带宽Bt所在的频段范围称之为一个Gn信道，所在位置序号称为信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，M的大小使所有的Gn信道足够覆盖HF整个频段，每个信道Gn对应的中心位置频率为f(Gni)，若每个调谐带宽Bt的大小相同，则每个相邻f(Gni)之间的频率间隔也为Bt，任一两个f(Gni)间的频率间隔为Bt的整数倍；
步骤三：生成信道频率参数表即Gn表：生成一个以信道频率为参数表的表，由每个信道Gni,(i＝0,1,2…M-1)为第一序列进行列表，对应中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)为第二序列，将发射系统信道预置的参数作为另外的序列与信道
Figure FDA0002197376230000011
的中心频率f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)相对应，信道预置的参数为设置工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数；信道频率参数排列，一般从低频段到高频段的排列方式为[f(Gn0),f(Gn1),f(Gn2),…,f(GnM-1)]，M为需要覆盖全频段最大信道数量；
步骤四：信道预置：对Gn表中每一个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)，依次进行调谐，每个信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐过程如下，
(1)读取Gn表获取相应的f(Gni),(i＝0,1,2…M-1)信息；
(2)用信道Gni的中心频率f(Gni)设置发射系统的工作频率，同时设置工作种类、工作方式、工作带宽，等待发射系统调谐成功后，将工作种类、工作方式、工作带宽、调谐的阻抗匹配参数和发射机及天线调谐器的继电器组合参数记录在Gn表中，并与相应的中心频率f(Gni)关联；
步骤五：记录信道预置值：当完成Gn表中所有信道号Gni,(i＝0,1,2…M-1)调谐的数据，将Gn表存入发射机的信道存储设备内；
频率快速设置：
步骤六：信道号Gni计算：当需要设置发射系统的工作频率为fi时，首先根据工作频率为fi在Gn表内查找或计算其所在的信道号Gni，使工作频率fi对应在Gni信道内；
步骤七：信道调用：调用发射系统的Gni信道对应的发射机存储的阻抗匹配参数作用于发射机和天线调谐器内的继电器参数直接作用在相应的继电器上，通过一次直接调用完成阻抗匹配过程；
步骤八：计算频率偏移量，完成工作频率设置fi，此过程可以通过两种方式完成，第一种方式是使发射系统不再进行调谐的情况下完成频率设定，根据频率偏移量
Figure FDA0002197376230000021
将发射系统当前可工作频率f(Gni)直接调整
Figure FDA0002197376230000022
后停留在频率fi位置上；另一种是直接设置发射系统工作频率fi；完成其他参数的设定：此时进行工作种类、工作方式、工作带宽及其他参数的设定；
步骤九：按工作频率fi发射信号。
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CN102195662A (zh) * 2010-03-10 2011-09-21 奥迪康有限公司 具有调制带宽相当于或超过发送器和/或接收器天线带宽的无线通信系统

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