專利名稱：中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠適應(yīng)各種氣候、天氣條件下，特別是氣候條件劇烈變化的情況下的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，屬于廣播發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在中波廣播發(fā)射臺，特別是地處高海拔地區(qū)特殊環(huán)境的發(fā)射臺，存在這樣一個無奈的事實(shí)發(fā)射天線的匹配網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重依賴于氣候條件。情況較好的發(fā)射臺，每年冷熱交替的春、秋兩季，天線的匹配網(wǎng)絡(luò)需要重新調(diào)整；情況更差的發(fā)射臺，天線的匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配狀況在一天之內(nèi)即有明顯變化。隨著發(fā)射機(jī)不斷更新?lián)Q代，天線的匹配網(wǎng)絡(luò)似乎應(yīng)該上升為安全播出工作的主要矛盾。但從目前條件，要求發(fā)射臺技術(shù)人員自行調(diào)整天線的匹配網(wǎng)絡(luò)無論從技術(shù)水平還是儀器配置都不現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其能夠自動保持天線和同軸傳輸線之間的良好匹配。為實(shí)現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括定向耦合器，其用于分離的匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端的入射波電壓樣值V,-(O = RcosOi +奶)和反射波電壓樣值vr0) = Kcos(iyi + %)，其中，ω為工作角頻率，Vi是入射波電壓樣值的幅值，仍為檢測點(diǎn)入射波電壓相位值，Vr是反射波電壓樣值的幅值，％為檢測點(diǎn)射射波電壓相位值；模擬運(yùn)算單元，其根據(jù)入射波電壓樣值Vi和反射波電壓樣值
\計(jì)算反射系數(shù)的對數(shù)值/ = 控制器單元，其根據(jù)反射系數(shù)的對數(shù)值Y的大小產(chǎn)生
馬達(dá)控制指令；馬達(dá)驅(qū)動器，其根據(jù)微控制器產(chǎn)生的馬達(dá)控制指令，產(chǎn)生調(diào)諧馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動功率；調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，其用于實(shí)現(xiàn)天線與傳輸線之間的阻抗匹配，包括匹配網(wǎng)絡(luò)和調(diào)諧馬達(dá)，其中，調(diào)諧馬達(dá)用于調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可調(diào)元件。優(yōu)選地，所述的控制器單元根據(jù)反射系數(shù)的對數(shù)值Y的大小產(chǎn)生馬達(dá)控制指令具體的過程包括第一步對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ，第二步將數(shù)字信號Γ與設(shè)定的閥值1\進(jìn)行比較并判斷，如果Γ < Γτ，不產(chǎn)生任何控制指令，并返回第一步；如果Γ ^ Γτ，產(chǎn)生調(diào)諧馬達(dá)控制指令，執(zhí)行第三步；第三步通過調(diào)諧馬達(dá)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)元件的電抗值，進(jìn)行試探性調(diào)諧；第四步試探性調(diào)諧完畢，返回第一步。優(yōu)選地，匹配網(wǎng)絡(luò)由多個無源電抗元件組成，多個無源電抗元件中有部分元件為可調(diào)元件。優(yōu)選地，多個無源電抗元件組成π型匹配網(wǎng)絡(luò)或者T型匹配網(wǎng)絡(luò)。、
優(yōu)選地,調(diào)諧馬達(dá)采用步進(jìn)電機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在各種氣候、天氣條件下，特別是氣候條件劇烈變化的情況下，能夠自動保持天線和同軸傳輸線之間的良好匹配。


圖I是本發(fā)明提供的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)電路圖；圖2是本發(fā)明提供的集中參數(shù)定向耦合器的第一種形式；圖3是本發(fā)明提供的集中參數(shù)定向耦合器第二種形式； 圖4是本發(fā)明提供的分布參數(shù)定向耦合器；圖5是本發(fā)明提供的分布參數(shù)定向耦合器中的耦合環(huán)；圖6是本發(fā)明的提供的T型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第二種形式；圖7是本發(fā)明的提供的π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第一種形式；圖8是本發(fā)明的提供的π型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第二種形式；圖9是本發(fā)明提供的控制單元的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。相同的附圖標(biāo)記表示相同或者相似的部件。圖I是本發(fā)明提供的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)電路圖。如圖I所示，本發(fā)明提供的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)包括定向耦合器，其用于分離匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端的入射波電壓樣值ν,· (O = Vi cos(oi +奶)和反射波電壓樣值V, (O = Vr cos(at + % )，其
中，ω為工作角頻率，Vi是入射波電壓樣值的幅值，仍為檢測點(diǎn)入射波電壓相位值，I是反射波電壓樣值的幅值，A為檢測點(diǎn)射射波電壓相位值；模擬運(yùn)算單元，其根據(jù)入射波電壓樣
值Vi和反射波電壓樣值 ' 計(jì)算反射系數(shù)的對數(shù)值/ = 1Og^-;控制器單元，其根據(jù)反射系
數(shù)的對數(shù)值Y的大小產(chǎn)生馬達(dá)控制指令；馬達(dá)驅(qū)動器，其根據(jù)微控制器產(chǎn)生的馬達(dá)控制指令，產(chǎn)生調(diào)諧馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動功率；調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，其用于實(shí)現(xiàn)天線與傳輸線之間的阻抗匹配，包括匹配網(wǎng)絡(luò)和調(diào)諧馬達(dá)，其中，調(diào)諧馬達(dá)用于調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可調(diào)元件。具體地，模擬運(yùn)算單元包括對數(shù)檢波器和反射系數(shù)計(jì)算器，其中，對數(shù)檢波器用于對入射波電壓樣值V,(O = Vi cos(W +灼)和反射波電壓樣值vji) = Vr cos(iyi + A)進(jìn)行檢波以分別取出入射波電壓樣值的幅值\和反射波電壓樣值的幅值\ ;反射系數(shù)計(jì)算器，根據(jù)入射波電壓樣值的
幅值Vi和反射波電壓樣值的幅值 ' 計(jì)算出反射系數(shù)的對數(shù)值r = lGg|?？刂破鲉卧?br> 數(shù)據(jù)采集單元、越限判決單元和調(diào)諧指令生成單元，其中數(shù)據(jù)采集單元對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ ;越限判決單元將數(shù)字信號Γ與設(shè)定的閥值Γτ(比如20.83dB，對應(yīng)電壓駐波比1.2)進(jìn)行比較并判斷，如果Γ < Γτ，不給調(diào)諧指令生成單元發(fā)送指令；如果Γ ^ Γτ，給調(diào)諧指令生成單元發(fā)送指令；調(diào)諧指令生成單元根據(jù)越限判決單元發(fā)送的指令產(chǎn)生馬達(dá)控制指令。另外，控制器單元內(nèi)設(shè)有手動調(diào)諧模式，可在脫離試探性調(diào)諧方法的條件下，進(jìn)行人工手動調(diào)諧。調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)為T型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第一種形式，其包括電容C1、電容C2和電感L。調(diào)諧馬達(dá)M1用于調(diào)節(jié)電容C1，調(diào)諧馬達(dá)M2用于調(diào)節(jié)電容C2,調(diào)節(jié)電容(^可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的實(shí)部和虛部；調(diào)節(jié)電容(:2只可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的虛部。電容C1和電容C2為真空電容。在中波廣播波段，可采用兩種形式的定向耦合器電路，在低頻段(IMHz以下)，采用如圖2或者3所示集中參數(shù)定向耦合器；在高頻段(IMHz以上)采用如圖4所示的分布參數(shù)定向耦合器。集中參數(shù)定向耦合器有兩種形式，如圖2和3所示；小功率級別(5KW以下)宜采用圖2所示第一種形式的定向耦合器，大功率級別宜采用圖3所示第二種形式的定向I禹合器。圖2是本發(fā)明提供的集中參數(shù)定向耦合器的第一種形式。所述第一種形式的定向耦合器包括變器壓tri，其用于采樣匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端的主傳輸線上的電流信號is ;變器壓tr2，其用于采樣主傳輸線上同一位置的電壓信號vs;電阻R1，其用于將電流信號is變化為 電壓信號IsXR1 ;電阻R2其用于將電流信號^變化為電壓信號isXR2，在定向耦合器中R1=R2 = R0, R0 為傳輸線特性阻抗。則 Vi = vs+isR0, vr = Vs-IsR0O圖3是本發(fā)明提供的集中參數(shù)定向耦合器第二種形式。所述第二種形式的定向耦合器包括變壓器tr，其用于采樣匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端的主傳輸線上的電流信號is ;分壓電容(3和C4，其用于采樣主傳輸線上同一位置的電壓信號vs;電阻R1，其用于將電流信號is變化為電壓信號IsXR1 ;電阻R2其用于將電流信號^變化為電壓信號isXR2，在定向耦合器中R1=R2 = R0, R0 為傳輸線特性阻抗。則 Vi = vs+isR0, vr = Vs-IsR0O圖4是本發(fā)明提供的分布參數(shù)定向耦合器。所述分布參數(shù)定向耦合器包括一段同軸傳輸線、入射耦合環(huán)和反射耦合環(huán)，其中入射耦合環(huán)包括耦合線4，匹配電阻R2和耦合輸出端口 10，它們均組裝在印制電路板上，匹配電阻R2的第一端連接耦合線4的第一端，匹配電阻R2的第二端接地，耦合線4的第二端接耦合輸出端口 10。反射耦合環(huán)包括耦合線3，匹配電阻&和耦合輸出端口 5，它們均組裝在印制電路板上，匹配電阻R1的第一端連接耦合線3的第一端，匹配電阻R1的第二端接地，耦合線3的第二端接耦合輸出端口 5。圖5是本發(fā)明提供的分布參數(shù)定向耦合器中的耦合環(huán)。以反射耦合環(huán)為例來進(jìn)行說明，如圖5所示，反射耦合環(huán)包括耦合線3，匹配電阻R1和耦合輸出端口 5，它們均組裝在印制電路板上。印制電路板通過兩端的螺絲6和7固定在同軸傳輸線內(nèi)部特定位置，耦合線3與傳輸線內(nèi)導(dǎo)體2平行并且保持一定距離，匹配電阻R1另一端通過固定螺絲與傳輸線外導(dǎo)體I進(jìn)行電氣連接。耦合線與傳輸線內(nèi)導(dǎo)體的平行度和距離決定了定向耦合器的方向性和耦合度。入射波、反射波定向耦合器的印制電路板完全相同，根據(jù)安裝方向確定是入射波定向I禹合器還是反射波定向I禹合器。圖6是本發(fā)明的提供的T型調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的第二種形式。如圖6所示，所述第二種形式的T型網(wǎng)絡(luò)電感L1、電感L2、電容C、調(diào)諧馬達(dá)M1和調(diào)諧馬達(dá)M2。電感L1、電感L2和電容C組成T型匹配網(wǎng)絡(luò)。調(diào)諧馬達(dá)M1用于調(diào)節(jié)電感L1，調(diào)諧馬達(dá)M2用于調(diào)節(jié)電感L2，調(diào)節(jié)電感1^2可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的實(shí)部和虛部；調(diào)節(jié)電感L1H可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的虛部。圖7是本發(fā)明的提供的π型網(wǎng)絡(luò)的第一種形式。如圖所示，所述第一種形式的η型網(wǎng)絡(luò)電容C1、電容C2,電感L、調(diào)諧馬達(dá)M1和調(diào)諧馬達(dá)Μ2。電容C1、電容C2和電感L組成Ji型匹配網(wǎng)絡(luò)。調(diào)諧馬達(dá)M1用于調(diào)節(jié)電容C1，調(diào)諧馬達(dá)M2用于調(diào)節(jié)電容C2，調(diào)節(jié)電容C2可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的實(shí)部和虛部；調(diào)節(jié)電容仏只可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的虛部。圖8是本發(fā)明的JI型網(wǎng)絡(luò)的第二種形式。如圖6所示，所述第二種形式的型網(wǎng)絡(luò)電感L1、電感L2,電容C、調(diào)諧馬達(dá)M1和調(diào)諧馬達(dá)M2。電感Lp電感L2和電容C組成型匹配網(wǎng)絡(luò)。調(diào)諧馬達(dá)M1用于調(diào)節(jié)電感L1，調(diào)諧馬達(dá)M2用于調(diào)節(jié)電感L2,調(diào)節(jié)電感L2可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的實(shí)部和虛部；調(diào)節(jié)電感L1H可以改變匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的虛部。圖9是本發(fā)明提供的控制器單元的控制流程圖。如圖所示，所述控制過程包括如下步驟
第一步對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ i ；第二步將數(shù)字信號^與設(shè)定的閥值1\進(jìn)行比較并判斷，如果Γ^< Γτ，不產(chǎn)
生任何控制指令，并返回第一步如果riS Γτ，產(chǎn)生試探性的調(diào)諧馬達(dá)控制指令，執(zhí)行第
~- j_hi二少;第三步通過調(diào)諧馬達(dá)調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)元件，進(jìn)行試探性調(diào)諧；第四步對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ2 ;第五步判斷反射系數(shù)「2是變大還是變小，如果反射系數(shù)Γ2變小(即，
r2)，不產(chǎn)生任何控制指令，并返回第三步；如果反射系數(shù)「2變大(8卩，^< r2)，執(zhí)行第
丄止
/、少；第六步進(jìn)行反方向調(diào)諧；第七步對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ 3 ；第八步將數(shù)字信號Γ3與設(shè)定的閥值1\進(jìn)行比較并判斷，如果Γ3< Γτ，不產(chǎn)生任何控制指令，并返回第一步；如果Γ3> Γτ，返回第三步。本發(fā)明提供中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)具有手動和自動調(diào)諧功能，當(dāng)按鈕撥到自動檔時，調(diào)諧系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時自動調(diào)諧，在自動調(diào)諧功能失效時，切換為手動模式；在不需要實(shí)時自動調(diào)諧的發(fā)射臺，可不定制自動調(diào)諧功能。手動調(diào)諧，僅僅是4個按鈕，兩個用來調(diào)節(jié)阻抗的電阻部分(增大、減小)，另兩個用來調(diào)節(jié)阻抗的電抗部分(增大、減小)。調(diào)節(jié)方法如同現(xiàn)用發(fā)射機(jī)槽路調(diào)諧一樣簡單(發(fā)射臺工程師已經(jīng)掌握這種調(diào)諧方法)，以發(fā)射機(jī)儀表為準(zhǔn)，無需阻抗電橋、射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀等精密儀器。特別適合年度換季時的網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧，依靠發(fā)射臺工程師的技術(shù)力量即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的定向耦合器分別檢出傳輸饋線末端(發(fā)射天線匹配網(wǎng)絡(luò)房間)正比于反射波電壓、入射波電壓的交流電壓，經(jīng)過對數(shù)變換、二者相減處理，計(jì)算反射損耗，反射損耗的計(jì)算過程通過對數(shù)檢波器、反射系數(shù)計(jì)算器(即，模擬運(yùn)算放大器)實(shí)現(xiàn)，保證必要的運(yùn)算速度、盡量節(jié)省微控制器資源。由于定向耦合器、對數(shù)檢波器和模擬運(yùn)算放大器輸出為標(biāo)量(發(fā)射系數(shù)的對數(shù)值)，控制單元不能根據(jù)測量結(jié)果判斷網(wǎng)絡(luò)原件的調(diào)節(jié)方向，只能采用試探性調(diào)諧的方法。雖然增加了控制程序的開銷，但對保證控制精度、降低設(shè)備成本有利。本發(fā)明提供的試探性調(diào)諧方法只需要對反射波、入射波信號的幅度進(jìn)行采樣，對相位信息無要求，經(jīng)過運(yùn)算得到的僅僅是反射系數(shù)的模值，不包含相位信息。這樣，在同樣控制精度要求下，對定向耦合器本身的精度要求降低，因而硬件成本大幅度減低。把硬件成本轉(zhuǎn)化為軟件開銷，適合標(biāo)準(zhǔn)化的批量生產(chǎn)。
以上結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明的保護(hù)范圍是以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。權(quán)利要求
1.一種中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其中，所述網(wǎng)絡(luò)包括 定向I禹合器，其用于分離匹配網(wǎng)絡(luò)輸入端的的入射波電壓樣值v,_(0 = Vi cos(at +外)和反射波電壓樣值= KcosOi+ A)，其中，ω為工作角頻率，Vi是入射波電壓樣值的幅值，為檢測點(diǎn)入射波電壓的相位值，Vr是反射波電壓樣值的幅值，(Pr為檢測點(diǎn)射射波電壓的相位值； 模擬運(yùn)算單元，其根據(jù)入射波電壓樣值Vi和反射波電壓樣值 ' 計(jì)算反射系數(shù)的對數(shù)值 ,
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制器單元根據(jù)反射系數(shù)的對數(shù)值Y的大小產(chǎn)生馬達(dá)控制指令具體的過程包括 第一步對反射系數(shù)的對數(shù)值Y進(jìn)行采樣變換成數(shù)字信號Γ， 第二步將數(shù)字信號Γ與設(shè)定的閥值1\進(jìn)行比較并判斷，如果
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，匹配網(wǎng)絡(luò)由多個無源電抗元件組成，多個無源電抗元件中有部分元件為可調(diào)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于， 多個無源電抗元件組成η型匹配網(wǎng)絡(luò)或者T型匹配網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)諧馬達(dá)采用步進(jìn)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中波廣播發(fā)射天線自適應(yīng)天線調(diào)諧系統(tǒng)，屬于廣播發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的天線調(diào)諧系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種氣候、天氣條件，特別是氣候條件劇烈變化的情況。所述自適應(yīng)天線調(diào)諧系統(tǒng)包括定向耦合器，其用于分離入射波電壓樣值和反射波電壓樣值；模擬運(yùn)算單元，其根據(jù)入射波電壓樣值和反射波電壓樣值計(jì)算反射系數(shù)的對數(shù)值；控制器單元，其根據(jù)反射系數(shù)的對數(shù)值的大小產(chǎn)生馬達(dá)控制指令；馬達(dá)驅(qū)動器，其根據(jù)微控制器產(chǎn)生的馬達(dá)控制指令，產(chǎn)生調(diào)諧馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動功率；調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，其用于實(shí)現(xiàn)天線與傳輸線之間的阻抗匹配，包括匹配網(wǎng)絡(luò)和調(diào)諧馬達(dá)，其中，調(diào)諧馬達(dá)用于調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可調(diào)元件。
文檔編號H04B1/04GK102638280SQ20121011549
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者楊偉方 申請人:湯姆遜廣播電視技術(shù)(北京)有限公司