CN204376900U - 一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超短波通信设备技术领域，公开了一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置。该提高超短波天线增益的天线匹配装置包括：用于接收信号的电调接收匹配网络、第1电子开关和第2电子开关；用于发射信号的可变发射匹配网络、第3电子开关和第4电子开关；第1电子开关、第3电子开关和外部天线的公共端连接在一起。

Description

一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置

技术领域

本实用新型属于超短波通信设备技术领域，特别涉及一种提高超短波天线增益进而提升电台收发效率的电台内置天线匹配装置。

背景技术

随着外界电磁环境的不断恶化、超短波电台体积及功耗的不断减小，对电台收发效率提出更高需求：要求在天线增益上进行提升，用来达到信号发射距离更远，接收幅度更高，提高综合通信能力的目的。以往的做法是在天线杆底座中配接一个宽带天线匹配网络，来实现工作频段内良好的天线驻波比和增益。但是由于天线匹配网络属于宽带匹配类型，对工作频率段内所有频率信号没有选择性，这就造成天线驻波比和增益指标会产生高低起伏、变化较大的问题，造成电台部分工作频点收发效率仍然较低，难以实现全频段工作于较优的天线匹配状态。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置。本实用新型实现了电台和天线之间的窄带匹配，改善了天线驻波比和增益，从而提高了超短波电台全频段的收发效率。该匹配装置内置于电台内部，一端连接电台，另一端连接天线，天线杆底座中无需再配接宽带匹配网络。

为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现。

一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置，其特征在于，包括超短波天线、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、用于实现超短波电台和超短波天线的输入阻抗匹配的电调接收匹配网络、以及用于实现超短波电台和超短波天线的输出阻抗匹配的可变发射匹配网络，所述第一电子开关的一端和第三电子开关的一端的公共节点电连接所述超短波天线，所述第一电子开关的另一端在依次串接电调接收匹配网络、第二电子开关之后电连接超短波电台的信号输入端，所述第三电子开关的另一端在依次串接可变发射匹配网络、第四电子开关之后电连接超短波电台的信号输出端。

本实用新型的有益效果为：实现超短波通信中电台与天线的良好匹配，提高天线驻波比和增益，使得信号发射距离更远，信号接收幅度更高，提高超短波电台全频段的收发效率，进而提高综合通信能力。收发通路采用不同模式的匹配网络，发射时采用较大跨度分段匹配的模式，接收时采用逐点连续可调匹配的模式，提高了短波信号的发射效率和接收效果。

附图说明

图1为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的可变发射匹配网络的结构示意图；

图3为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的电调接收匹配网络的结构示意图；

图4为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的控制器实施示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

参照图1，为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的结构示意图。该提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置包含3个射频口，分别为天线口、接收信号口、发射信号口。天线口配接一根不包含宽带匹配网络底座的超短波天线，用于接收/发射30MHz至300MHz的超短波信号；接收信号口连接电台接收通道；发射信号口连接电台发射通道。该装置内接收通道包括电调接收匹配网络、第1电子开关和第2电子开关，发射通道包括可变发射匹配网络、第3电子开关和第4电子开关。第1电子开关、第3电子开关和外部超短波天线的公共端连接在一起。当电台为接收状态时，第1电子开关和第2电子开关选通，第3电子开关和第4电子开关同时被关断；当电台为发射状态时，第3电子开关和第4电子开关选通，第1电子开关和第2电子开关同时被关断。当然该实用新型也适用于只有发射通道的发信机或只有接收通道的收信机：发射信号时发信机与天线间只需连接可变发射匹配网络；接收信号时收信机与天线间只需连接电调接收匹配网络。

本实用新型实施例中，第1电子开关K1至第4电子开关K4可以采用晶闸管、开关二极管或继电器，为了达到电台跳频跳速要求推荐使用PIN开关二极管。第2电子开关K2和第4电子开关K4可根据实际情况选用，增加使用该开关可以提高收发信道间隔离度。电调接收匹配网络原型为L型LC滤波器，利用可变电压调节变容二极管来实现不同频点对应不同匹配参数，实现电台和天线之间的窄带匹配。可变发射匹配网络的原型为LC滤波器，通过电子开关来选择是否接入电感和电容，通过接入不同值的电感、电容来实现可以变化参数的分段匹配。

参照图2，为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的可变发射匹配网络的结构示意图。该可变发射匹配网络包括第一电感L1至第十三电感L13、第一电阻R1至第八电阻R8、第一电容C1至第九电容C9、以及第一开关二极管V1至第八开关二极管V8，第五电容C5的一端电连接第四电子开关K4，第五电容C5的另一端电连接第一电容C1的一端、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、以及第四电容C4的一端的公共节点；第一电阻R1的一端用于接入电压信号，第一电阻R1的另一端在串接第一电感L1之后电连接第一电容C1的另一端和第一开关二极管V1的阴极的公共节点，第二电阻R2的一端用于接入电压信号，第二电阻R2的另一端在串接第二电感L2之后电连接所述第二电容C2的另一端和第二开关二极管V2的阴极的公共节点，第三电阻R3的一端用于接入电压信号，第三电阻R3的另一端在串接第三电感L3之后电连接所述第三电容C3的另一端和第三开关二极管V3的阴极的公共节点，第四电阻R4的一端用于接入电压信号，第四电阻R4的另一端在串接第四电感L4之后电连接第四电容C4的另一端和第四开关二极管V4的阴极的公共节点，第一开关二极管V1的阳极、第二开关二极管V2的阳极、第三开关二极管V3的阳极、第四开关二极管V4的阳极的公共节点接地。

本实用新型实施例中，第八电阻R8的一端用于接入电压信号，第八电阻R8的另一端在串接第八电感L8之后电连接第五电容C5的另一端和第九电感L9的一端的公共节点，第九电感L9的另一端电连接第五开关二极管V5的阴极，第五开关二极管V5的阳极接地；第七电阻R7的一端用于接入电压信号，第七电阻R7的另一端在串接第七电感L7之后电连接第十电感L10的一端，第十电感L10的另一端电连接第六开关二极管V6的阴极，第六开关二极管V6的阳极接地；第六电阻R6的一端用于接入电压信号，第六电阻R6的另一端在串接第六电感L6之后电连接第十一电感L11的一端，第十一电感L11的另一端电连接第七开关二极管V7的阴极，第七开关二极管V7的阳极接地；第五电阻R5的一端用于接入电压信号，第五电阻R5的另一端在串接第五电感L5之后电连接第十二电感L12的一端，第十二电感L12的另一端电连接第八开关二极管V8的阴极，第八开关二极管V8的阳极接地；第八电感L8和第九电感L9的公共节点以及第七电感L7和第十电感L10的公共节点之间串接第六电容C6，第七电感L7和第十电感L10的公共节点以及第六电感L6和第十一电感L11的公共节点之间串接第七电容C7，第六电感L6和第十一电感L11的公共节点以及第五电感L5和第十二电感L12的公共节点之间串接第八电容C8，第五电感L5和第十二电感L12的公共节点在依次串接第九电容C9和第十三电感L13之后电连接第三电子开关K3。本实用新型实施例中，需要进行发射的超短波信号输入到该可变发射匹配网络，通过第五电容C5进入可变发射匹配网络，经过匹配网络后在第十三电感L13处输出。

该可变发射匹配网络中，第一电容C1至第四电容C4、第一开关二极管V1至第四开关二极管V4、第一电阻R1至第四电阻R4、以及第一电感L1至第四电感L4为一组，等效为一个接地电容。第九电容C9至第十二电容C12、第五开关二极管V5至第八开关二极管V8、第五电阻R5至第八电阻R8、以及第五电感L5至第八电感L8为一组，等效为一个接地电感。第十三电感L13为串连匹配电感，第五电容至第九电容均为耦合隔直电容。可变发射匹配网络原型为LC匹配网络，该网络属于分段匹配网络，因而可将工作频率内的全段匹配问题转化为分波段匹配问题，有利于匹配效率的提高。

本实用新型实施中，可变发射匹配网络控制信号有八个，每个可变发射匹配网络控制信号为电压信号，在图2中分别表示为KZ1～KZ8，其中控制信号KZ1～KZ4通过第一电阻R1至第四电阻R4、以及第一电感L1至第四电感L4为第一开关二极管V1至第四开关二极管V4提供工作电压，使对应的开关二极管工作在导通或截止状态，通过对应的开关二极管的导通和导通数量来选择接入第一电容C1至第四电容C4中的一个电容或几个电容，从而改变等效接地电容值的大小。第一电容C1至第四电容C4的值可根据天线阻抗情况进行调整，使其能覆盖匹配网络所需所有电容值。控制信号KZ5～KZ8通过第五电阻R5至第八电阻R8、以及第五电感L5至第八电感L8为第五开关二极管V5至第八开关二极管V8提供工作电压，使对应的开关二极管工作在导通或截止状态，通过开关二极管的导通和导通数量来选择接入第九电感L9至第十二电感L12中的一个电感或几个电感，从而改变等效接地电感值的大小。第九电感L9至第十二电感L12的值可根据天线阻抗情况进行调整，使其能覆盖匹配网络所需所有电感值。

本实用新型实施中，可变发射匹配网络可根据天线阻抗情况增加或减少接入的接地电容和接地电感的个数：比如增加接地电容C0和开关二极管V0，配套增加电感L0、电阻R0及控制信号KZ0，使C0～C4为一组进行选择，得到匹配网络需要的等效接地电容，同理只要能满足覆盖匹配网络所需要的值，可相应减少一路接地电容电路。这些相应的各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

本实用新型实施中，可变发射匹配网络中耦合电容(第五电容至第九电容)选用超短波频率段用电容，第一电感L1至第八电感L8选用超短波频率段用电感，电感和电容均应选用高Q值器件，接入网络的接地电容(第一电容C1至第四电容C4)应选用高Q及满足高耐压要求器件，接入网络的接地电感(第九电感L9至第十二电感L12)以及第十三电感L13应选用高Q空心电感线圈，第一开关二极管V1至第八开关二极管V8应选用结电容和导通电阻较小的器件，这些措施可避免引入过多的寄生参数，造成电调接收匹配网络信号插入损耗增大，引起该装置接收效率的下降。

参照图3，为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的电调接收匹配网络的结构示意图。该电调接收匹配网络包括第十电容C10至第十三电容C13、第十四电感L14至第十七电感L17、以及第一变容二极管V9至第二变容二极管V10；所述第十电容C10的一端电连接第一电子开关K1，所述第十电容C10的另一端电连接第一变容二极管V9的阳极和第十四电感L14的一端的公共节点，所述第十四电感L14的另一端接地；所述第十五电感L15的一端用于接入直流电压信号，所述第十五电感L15的另一端电连接第一变容二极管V9的阴极和第十一电容C11的一端的公共节点；所述第十一电容C11的另一端电连接第十二电容C12的一端、第十三电容C13的一端、以及第十六电感L16的一端的公共节点，所述第十六电感L16的另一端接地，所述第十七电感L17的一端用于接入直流电压信号，所述第十七电感L17的另一端电连接第十二电容C12的另一端和所述第二变容二极管V10的阴极的公共节点，所述第二变容二极管V10的阳极接地，所述第十三电容C13的另一端电连接第二电子开关K2。对于上述电调接收匹配网络，超短波天线接收的超短波信号通过第1电子开关K1(第3电子开关K3此时不选通)后从第十三电容C13输入，经匹配后从第十电容C10端输出，最后通过第2电子开关K2(第4电子开关K4此时不选通)输出到超短波电台接收信道。

本实用新型实施例中，CTRL1和CTRL2是该电调接收匹配网络的控制线，上面的控制信号为可连续调整的直流电压信号，CTRL1和CTRL2的直流控制信号分别通过第十五电感L15和第十七电感L17来控制变容二极管的电容，变容二极管的电容随直流电压连续变化也相应进行连续变化。控制线CTRL1用来调整第一变容二极管V9的电容；控制线CTRL2用来调整第二变容二极管V10的电容。电调接收匹配网络原型为L型LC滤波器，第一变容二极管V9用来等效串联在接收通道里的电容；第二变容二极管V10用来等效在接收通道里的接地电容；第二变容二极管V10和第十六电感L16并联，等效在接收通道里的接地电感。第十四电感L14用来形成第一变容二极管V9正常工作所需要的直流通路。第十电容C10至第十三电容C13均为耦合隔直电容。

本实用新型实施例中，电调接收匹配网络中接收信号从第十三电容C13入，第十电容C10出，等效于接收信号先并联了一个电感到地，再串联一个电容，属于典型的L型LC匹配网络。存在以下描述的情况，接收信号从第十电容C10入，第十三电容C13出，等效于接收信号先串联一个电容，再并联了一个电感到地，也属于另一种L型LC匹配网络。选择哪种模式是根据天线阻抗情况选择的，但实现的网络和原理相同。

本实用新型实施例中，电调接收匹配网络中，第十电容C10至第十三电容C13均选用超短波频率段用电容，第十四电感L14、第十五电感L15和第十七电感L17均选用超短波频率段用电感，电感和电容均应选用高Q值器件，避免引入过多的寄生参数，造成电调接收匹配网络信号插入损耗增大，引起该装置接收效率的下降。电调接收匹配网络中关键器件是变容二极管V9、V10，应选用能覆盖匹配网络所需所有电容值并且Q值较高的变容二极管。

本实用新型实施例中，还设置有控制器。参照图4，为本实用新型的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置的控制器实施示意图。控制器总共输出14路控制信号，其中包括：4路控制电子开关(K1～K4)的信号，2路控制电调接收匹配网络的信号(CTRL1、CTRL2)，8路控制可变发射匹配网络的信号(KZ1～KZ8)。控制器根据电台送来的频率信息、收发状态信息，以及内部存储器存储的不同频率所对应的状态，发送相应控制信号到电台内置天线匹配装置。如接收信号时，控制器控制电子开关K1和K2选通，控制电子开关K3和K4关断，并送该频率的CTRL1和CTRL2信号给电调接收匹配网络，实现该频率接收匹配，此时KZ1～KZ8最好全送正电压信号(注：对应于图4实施示意图中开关二极管的接法，加正电压时开关二极管截止，加负电压时开关二极管导通)，这样可使变发射匹配网络内功耗最小。发射信号时，控制器控制电子开关K3和K4选通，控制电子开关K1和K2关断，并送该频率的KZ1～KZ8信号给可变发射匹配网络，实现该频率发射匹配。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置，其特征在于，包括超短波天线、第一电子开关(K1)、第二电子开关(K2)、第三电子开关(K3)、第四电子开关(K4)、用于实现超短波电台和超短波天线的输入阻抗匹配的电调接收匹配网络、以及用于实现超短波电台和超短波天线的输出阻抗匹配的可变发射匹配网络，所述第一电子开关(K1)的一端和第三电子开关(K3)的一端的公共节点电连接所述超短波天线，所述第一电子开关(K1)的另一端在依次串接电调接收匹配网络、第二电子开关(K2)之后电连接超短波电台的信号输入端，所述第三电子开关(K3)的另一端在依次串接可变发射匹配网络、第四电子开关(K4)之后电连接超短波电台的信号输出端。

2.如权利要求1所述的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置，其特征在于，所述第一电子开关(K1)和第二电子开关(K2)的开关状态保持一致，所述第三电子开关(K3)和第四电子开关(K4)的开关状态保持一致，所述第一电子开关(K1)和所述第三电子开关(K3)的开关状态相反。

3.如权利要求1所述的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置，其特征在于，所述可变发射匹配网络包括第一电感(L1)至第十三电感(L13)、第一电阻(R1)至第八电阻(R8)、第一电容(C1)至第九电容(C9)、以及第一开关二极管(V1)至第八开关二极管(V8)，第五电容(C5)的一端电连接第四电子开关(K4)，所述第五电容(C5)的另一端电连接第一电容(C1)的一端、第二电容(C2)的一端、第三电容(C3)的一端、以及第四电容(C4)的一端的公共节点；所述第一电阻(R1)的一端用于接入电压信号，所述第一电阻(R1)的另一端在串接第一电感(L1)之后电连接所述第一电容(C1)的另一端和第一开关二极管(V1)的阴极的公共节点，所述第二电阻(R2)的一端用于接入电压信号，所述第二电阻(R2)的另一端在串接第二电感(L2)之后电连接所述第二电容(C2)的另一端和第二开关二极 管(V2)的阴极的公共节点，所述第三电阻(R3)的一端用于接入电压信号，所述第三电阻(R3)的另一端在串接第三电感(L3)之后电连接所述第三电容(C3)的另一端和第三开关二极管(V3)的阴极的公共节点，所述第四电阻(R4)的一端用于接入电压信号，所述第四电阻(R4)的另一端在串接第四电感(L4)之后电连接所述第四电容(C4)的另一端和第四开关二极管(V4)的阴极的公共节点，所述第一开关二极管(V1)的阳极、第二开关二极管(V2)的阳极、第三开关二极管(V3)的阳极、第四开关二极管(V4)的阳极的公共节点接地；

所述第八电阻(R8)的一端用于接入电压信号，所述第八电阻(R8)的另一端在串接第八电感(L8)之后电连接第五电容(C5)的另一端和第九电感(L9)的一端的公共节点，所述第九电感(L9)的另一端电连接第五开关二极管(V5)的阴极，所述第五开关二极管(V5)的阳极接地；所述第七电阻(R7)的一端用于接入电压信号，所述第七电阻(R7)的另一端在串接第七电感(L7)之后电连接第十电感(L10)的一端，所述第十电感(L10)的另一端电连接第六开关二极管(V6)的阴极，所述第六开关二极管(V6)的阳极接地；所述第六电阻(R6)的一端用于接入电压信号，所述第六电阻(R6)的另一端在串接第六电感(L6)之后电连接第十一电感(L11)的一端，所述第十一电感(L11)的另一端电连接第七开关二极管(V7)的阴极，所述第七开关二极管(V7)的阳极接地；所述第五电阻(R5)的一端用于接入电压信号，所述第五电阻(R5)的另一端在串接第五电感(L5)之后电连接第十二电感(L12)的一端，所述第十二电感(L12)的另一端电连接第八开关二极管(V8)的阴极，所述第八开关二极管(V8)的阳极接地；所述第八电感(L8)和第九电感(L9)的公共节点以及第七电感(L7)和第十电感(L10)的公共节点之间串接第六电容(C6)，所述第七电感(L7)和第十电感(L10)的公共节点以及第六电感(L6)和第十一电感(L11)的公共节点之间串接第七电容(C7)，所述第六电感(L6)和第十一电感(L11)的公共节点以及第五电 感(L5)和第十二电感(L12)的公共节点之间串接第八电容(C8)，所述第五电感(L5)和第十二电感(L12)的公共节点在依次串接第九电容(C9)和第十三电感(L13)之后电连接第三电子开关(K3)。

4.如权利要求1所述的一种提高超短波天线增益的电台内置天线匹配装置，其特征在于，所述电调接收匹配网络包括第十电容(C10)至第十三电容(C13)、第十四电感(L14)至第十七电感(L17)、以及第一变容二极管(V9)至第二变容二极管(V10)；所述第十电容(C10)的一端电连接第一电子开关(K1)，所述第十电容(C10)的另一端电连接第一变容二极管(V9)的阳极和第十四电感(L14)的一端的公共节点，所述第十四电感(L14)的另一端接地；所述第十五电感(L15)的一端用于接入直流电压信号，所述第十五电感(L15)的另一端电连接第一变容二极管(V9)的阴极和第十一电容(C11)的一端的公共节点；所述第十一电容(C11)的另一端电连接第十二电容(C12)的一端、第十三电容(C13)的一端、以及第十六电感(L16)的一端的公共节点，所述第十六电感(L16)的另一端接地，所述第十七电感(L17)的一端用于接入直流电压信号，所述第十七电感(L17)的另一端电连接第十二电容(C12)的另一端和所述第二变容二极管(V10)的阴极的公共节点，所述第二变容二极管(V10)的阳极接地，所述第十三电容(C13)的另一端电连接第二电子开关(K2)。