CN203929891U - 一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，包含信号输入源、电桥电路和正交相干解调电路；所述电桥的四个臂分别由电阻R1、电阻R2、电阻R3和待测阻抗接入模块构成，电桥的输出端通过变压器T与正交相干解调电路的输入端连接；正交相干解调电路由乘法器、低通滤波器和A/D转换器依次电连接组成，A/D转换器的输出端用于连接微处理器；信号输入源的第一输出端连接电桥输入端，第二输出端与正交相干解调电路的输入端连接，第二输出端分时输出两类不同的信号，与第一输出端的输出信号的关系分别为同频同相和同频90度相位差。本实用新型既实现缩短调谐时间，又提高阻抗匹配精度。

Description

一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路

技术领域

本实用新型属于电子电路设计，尤其是涉及短波天线调谐器中的阻抗测量电路的设计。

背景技术

短波天线调谐器(以下简称天调)是实现发射机与天线间的阻抗匹配，使发射机的功率可以最大限度地传输到天线上，而阻抗测量是短波天线调谐器中的关键模块，它的测量精度直接决定天调调谐算法的复杂度及天调的性能，早期的天调是采用模拟电路判断天线阻抗的大致区域，这种方式配谐精度低、调谐时间长；而现今使用的TIMS(Trace ImpetanceMeasure System)天调主要是用伏安法即用定向耦合器分别测量电压与电流两个值，然后根据欧姆定律计算天线阻抗，由于使用的定向耦合器隔离度有限，所以阻抗测量精度也不高，只能作为调谐算法的一个参考，而不能进行精确计算；而且因调谐功率较大，定向耦合器及其外围电路体积均不可能太小，所以对于天调的小型化也是不利的。

发明内容

为了克服上述问题，本实用新型在天调内实现了一种基于电桥和正交相干解调的阻抗测量电路，电路简单，测量功率小(0dBm)，既可以实现隐蔽调谐，又可以将天调小型化，缩短天调的调谐时间，提高阻抗匹配精度。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，包含信号输入源、电桥电路和正交相干解调电路；

所述电桥电路包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、待测阻抗接入模块J1和变压器T；电阻R1和电阻R2的一端连接，并与信号输入源的第一输出端连接，用于接入测量信号；电阻R1的另一端与待测阻抗接入模块J1的一端连接，待测阻抗接入模块J1的另一端空置，用于连接被测件；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地；电桥的第一输出端和第二输出端分别与变压器T的两个输入引脚连接，变压器T的正极输出端与正交相干解调电路的输入端连接，变压器T的另一个输出端接地；

所述正交相干解调电路包含乘法器、低通滤波器和A/D转换器；乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器的输出端用于连接微处理器的数据传输端。

所述变压器T的输出端和信号输入源的第二输出端分别与乘法器的输入端连接，二者用于提供正交相干解调电路的输入信号。

所述电阻R1＝R2＝R3＝50Ω。

所述信号输入源的第二输出端分时输出两类不同的信号，与第一输出端的输出信号关系分别是同频同相和同频90度相位差。

所述信号输入源为DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)，包含2路信号输出端。

所述变压器T的匝数比为1:1。

所述待测阻抗接入模块J1包含一个射频接插件，射频接插件的一端与电阻R1连接，射频接插件的另一端空置，用于连接被测件。

本实用新型的有益效果：

本实用新型可实现精确的阻抗测量，可以加快天调调谐算法的收敛速度，缩短调谐时间，提高阻抗匹配精度，由于使用小信号测量，所以实现电路可以有很高的集成度，功耗低，体积小，可以做到一张银行卡的大小，对于天调小型化、模块化及维修性有很大的作用。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的电桥电路原理示意图；

图2是本实用新型一种实施例的正交相干解调电路原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实施例采用DDS作为信号输入源，其第一输出端DDSOUT1产生一个测量信号第二输出端LOCALOUT1产生一个与测量信号同频同相的参考信号产生一个与测量信号同频90度相差的参考信号变压器T采用匝数比为1:1的变压器；电阻R1＝R2＝R3＝50Ω；A/D转换器采用12位精度的。

电桥电路原理示意图如图1所示，所述电桥电路包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、待测阻抗接入模块J1和变压器T；电阻R1和电阻R2的一端连接，并与信号输入源的第一输出端DDSOUT1连接，用于接入测量信号电阻R1的另一端与待测阻抗接入模块J1的一端连接，待测阻抗接入模块J1的另一端空置，用于连接被测件；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地；电桥的第一输出端1和第二输出端2分别与变压器T的两个输入引脚连接，变压器T的正极输出端RFOUT与正交相干解调电路的输入端连接，变压器T的另一个输出端接地；

根据电桥原理，若待测阻抗接入模块J1的阻抗为50Ω，则电桥电路达到一个平衡状态，电桥电路两端的输出电压即1和2之间电压为0；若被测端阻抗不为50Ω，则电桥电路出现失衡状态，的幅值和相位都将发生变化。

令待测阻抗接入模块J1的阻抗为Z_in，则电桥两端的电压有效值表示如下：

${\stackrel{\·}{V}}_3=(\frac{Z_{\mathrm{in}}}{Z_{\mathrm{in}}+50}-\frac{1}{2}){\stackrel{\·}{V}}_1=\frac{1}{2}\left(\frac{Z_{\mathrm{in}}-50}{Z_{\mathrm{in}}+50}\right){\stackrel{\·}{V}}_1=\frac{1}{2}\mathrm{\Γ}{\stackrel{\·}{V}}_1;---\left(1\right)$

其中：表示反射系数。若能求解出反射系数，便可通过公式：求得待测阻抗接入模块J1阻抗值Z_in。

如图2所示，正交相干解调电路包含乘法器、低通滤波器和A/D转换器；乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器的输出端用于连接微处理器的数据传输端。

利用本实用新型的正交相干解调电路的原理，第二输出端LOCALOUT1第一次输出参考信号与变压器T的输出电压经过乘法器相乘后得到一个高频信号和一个直流信号，再经过低通滤波器滤除高频信号，剩下一个直流信号即为上述反射系数Γ的实部值，通过A/D转换器对它采样，由微处理器读取采样值；第二输出端LOCALOUT1第二次输出参考信号与变压器T输出电压经过乘法器、低通滤波器和A/D转换器采样后，得到上述反射系数Γ的虚部值。最后由微处理器计算反射系数值Γ及阻抗值Z_in。

具体推导过程如下：

第一次DDS产生两路同频同相的测量信号和参考信号即：

${\stackrel{\·}{V}}_1=\sqrt{2}{A}_1\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ});---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{V}}_2=\sqrt{2}{A}_2\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ});---\left(3\right)$

其中A1和A2分别是和电压有效值，w₀是角频率，θ是相位，可以由DDS控制幅值大小，所以是已知的。由公式(1)可知电桥输出电压可以表示如下：

${\stackrel{\·}{V}}_3=\frac{1}{2}\mathrm{\Γ}{\stackrel{\·}{V}}_1=\frac{1}{2}\left|\mathrm{\Γ}\right|e^{j\∂}{\stackrel{\·}{V}}_1=\frac{1}{2}\left|\mathrm{\Γ}\right|\×\sqrt{2}{A}_1\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ}+\∂);---\left(4\right)$

其中表示发射系数的相位；

然后和相乘得到：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_2\×{\stackrel{\·}{V}}_3=\sqrt{2}{A}_2\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ})\×\frac{1}{2}\left|\mathrm{\Γ}\right|\×\sqrt{2}{A}_1\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ}+\∂)\\ =A_1{A}_2\left|\mathrm{\Γ}\right|\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ}+\∂)\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ})\\ =\frac{1}{2}{A}_1{A}_2\left|\mathrm{\Γ}\right|(\mathrm{Cos}(2w_{0}t+2\mathrm{\θ}+\∂)+\mathrm{Cos}(\∂));\end{array}---\left(5\right)$

由此可知，经过乘法器后，得到的信号是由一个直流信号和一个高频信号组成，经过低通滤波器后，将高频部分信号滤除，剩下直流信号，而表示反射系数的实部，若A₁A₂＝2，则第一次A/D转换模块得到的值即为反射系数Γ的实部。

同理，第二次DDS产生两路同频且90度相位差的测量信号和参考信号经过乘法器、低通滤波和A/D转换器后得到的是反射系数Γ的虚部值，即：

${\stackrel{\·}{V}}_1=\sqrt{2}{A}_1\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ});$ (公式6)

${\stackrel{\·}{V}}_4=\sqrt{2}{A}_4\mathrm{Sin}(w_{0}t+\mathrm{\θ});$ (公式7)

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_4\×{\stackrel{\·}{V}}_3=\sqrt{2}{A}_4\mathrm{Sin}(w_{0}t+\mathrm{\θ})\×\frac{1}{2}\left|\mathrm{\Γ}\right|\sqrt{2}{A}_1\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ}+\∂)\\ =A_1{A}_4\left|\mathrm{\Γ}\right|\mathrm{Cos}(w_{0}t+\mathrm{\θ}+\∂)\mathrm{Sin}(w_{0}t+\mathrm{\θ})\\ =\frac{1}{2}{A}_1{A}_4\left|\mathrm{\Γ}\right|(\mathrm{Sin}(2w_{0}t+2\mathrm{\θ}+\∂)-\mathrm{Sin}(\∂));\end{array}$ (公式8)

所以第二次A/D采样值为反射系数的虚部相反数。

通过正交相干解调电路求解出反射系数值Γ后，便可直接计算出待测阻抗接入模块J1的阻抗值Z_in。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：包含信号输入源、电桥电路和正交相干解调电路；

所述电桥电路包含电阻R1、电阻R2、电阻R3、待测阻抗接入模块J1和变压器T；电阻R1和电阻R2的一端连接，并与信号输入源的第一输出端连接，用于接入测量信号；电阻R1的另一端与待测阻抗接入模块J1的一端连接，待测阻抗接入模块J1的另一端空置，用于连接被测件；电阻R2的另一端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端接地；电桥的第一输出端(1)和第二输出端(2)分别与变压器T的两个输入引脚连接，变压器T的正极输出端与正交相干解调电路的输入端连接，变压器T的另一个输出端接地；

所述正交相干解调电路包含乘法器、低通滤波器和A/D转换器；所述乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；A/D转换器的输出端用于连接微处理器的数据传输端；

所述变压器T的输出端和信号输入源的第二输出端分别与乘法器的输入端连接，二者用于提供正交相干解调电路的输入信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：所述电阻R1＝R2＝R3＝50Ω。

3.根据权利要求1所述的一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：所述信号输入源的第二输出端分时输出两类不同的信号，与第一输出端的输出信号关系分别是同频同相和同频90度相位差。

4.根据权利要求1所述的一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：所述信号输入源为DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)，包含2路信号输出端。

5.根据权利要求1所述的一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：所述变压器T的匝数比为1:1。

6.根据权利要求1所述的一种基于电桥和正交相干解调的天调阻抗测量电路，其特征是：所述待测阻抗接入模块J1包含一个射频接插件，射频接插件的一端与电阻R1连接，射频接插件的另一端空置，用于连接被测件。