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天线调谐器阻抗匹配网络与调谐算法研究

作　者: 李引凡
导　师: 曾孝平
学　校: 重庆大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 天线调谐器阻抗匹配网络遗传算法
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要

在短波通信系统中,天线的输入阻抗随频率的变化非常剧烈,因此不能通过一个参数固定的阻抗匹配网络来实现天线的阻抗匹配,通常解决方法是采用参数可变的阻抗匹配网络即天线调谐器。传统的数字天线调谐器中,匹配网络的控制电路大多是基于单片机的实现,采用的调谐算法是通过逐次调整网络元件值来完成阻抗匹配,调谐速度慢、匹配精度低。随着基于矢量阻抗检测的天线调谐技术的出现,开发应用于新型天线调谐器的调谐速度快、精度高的调谐算法成为新的研究课题。本文首先回顾了天线调谐器的应用、发展等情况,对天线调谐器的主要指标、调谐元件、调谐方法等进行了介绍,分析了天线调谐器的微机控制单元和参数检测单元的基本工作原理,并对天线调谐器的最新发展成果——基于矢量阻抗检测的天线调谐技术进行了介绍。随后对Г型匹配网络的特性进行了分析,并将分析方法扩展到对T型和П型匹配网络分析上,对各型匹配网络的调谐方法进行了阐述。针对一款4m鞭状天线,以典型的П型匹配网络为原型,对天线调谐器中的阻抗匹配网络进行设计,对各元件组的取值范围进行了初步的估算,在不同精度、元件数和频率点等条件下对匹配网络的匹配区域进行了仿真分析。在调谐算法设计上,采用基于直接计算的调谐算法,以获得快速调谐。以4m鞭状天线为匹配对象,对算法的性能和网络的匹配性能进行了仿真,获得了较好的匹配性能。对算法中出现的匹配精度、计算误差以及如何寻找最优解等问题做了分析,提出在原有算法基础上采用最近邻域搜索算法来改善匹配性能。同时,基于所做的分析,对网络的元件配置做了适当的调整,在相同的算法下获得了更好的匹配性能。最后,在现有匹配网络的基础上,为了适配长天线,对匹配网络的元件配置做了进一步的调整,并将调谐网络匹配问题转化为匹配网络各元件的组合优化问题,即从匹配网络中选择接入适当的元件使得电压驻波比值最小。本文引入遗传算法来解决这一典型的组合优化问题。对遗传算法的基本流程进行了阐述,采用二进制编码的方式对各元件组进行编码,选择反射系数最小化为适应度函数,以4m鞭状天线为匹配对象,获得了较好的匹配效果。受直接计算算法和最近邻域搜索算法的启发,对调谐算法进行了简化,减少变量的个数,缩小算法的搜索空间,在调谐速度和精度上获得了明显的改善。仿真实验证明,遗传算法可以作为一种有效的天线调谐算法。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 问题的提出  10-13
    1.1.1 短波天线调谐  10-12
    1.1.2 天线调谐算法  12-13
  1.2 本文的主要工作  13-15
    1.2.1 拟解决的问题  13
    1.2.2 主要内容安排  13-15
2 天线调谐器概论  15-30
  2.1 天线调谐器的组成  15-16
  2.2 天线调谐器的发展  16-17
  2.3 基本要求与方法  17-20
    2.3.1 主要指标  17-18
    2.3.2 调谐元件  18-19
    2.3.3 调谐方法  19-20
  2.4 天线调谐器微机控制电路  20-22
  2.5 天线调谐器参数检测电路  22-26
    2.5.1 相位检测电路  22-24
    2.5.2 电阻检测电路  24-25
    2.5.3 电导检测电路  25-26
    2.5.4 阻抗检测电路  26
  2.6 基于矢量阻抗检测的天线调谐器  26-29
  2.7 本章小结  29-30
3 天线调谐器阻抗匹配网络分析与设计  30-57
  3.1 Г型匹配网络  31-39
    3.1.1 输入阻抗  31
    3.1.2 X_2对Z_(in) 的影响  31-34
    3.1.3 X_1对Z_(in) 的影响  34
    3.1.4 匹配区域求解  34-37
    3.1.5 调谐方法  37-38
    3.1.6 反Г型匹配网络  38-39
  3.2 T 型和П型匹配网络  39-43
    3.2.1 各型网络的等效  40-41
    3.2.2 T 型匹配网络调谐  41-42
    3.2.3 П型匹配网络调谐  42-43
    3.2.4 小结  43
  3.3 匹配网络参数求解  43-49
    3.3.1 图解法的导出  44-45
    3.3.2 Г型匹配网络求解  45-47
    3.3.3 T 型匹配网络求解  47-48
    3.3.4 П型匹配网络求解  48-49
  3.4 天线调谐器中的阻抗匹配网络  49-56
    3.4.1 匹配网络结构  49-50
    3.4.2 调谐分区  50-51
    3.4.3 匹配网络参数估算  51-52
    3.4.4 匹配区域分析  52-56
  3.5 本章小结  56-57
4 天线调谐器调谐算法研究  57-76
  4.1 基于直接搜索的调谐算法  57-59
  4.2 基于直接计算的调谐算法  59-70
    4.2.1 算法流程  59-60
    4.2.2 算法仿真  60-62
    4.2.3 匹配精度分析  62-64
    4.2.4 最近邻域搜索算法  64-66
    4.2.5 进一步的讨论  66-68
    4.2.6 匹配网络调整  68-70
  4.3 基于遗传算法的调谐算法  70-75
    4.3.1 算法流程  70-72
    4.3.2 算法仿真  72-73
    4.3.3 算法简化  73-74
    4.3.4 算法比较  74-75
  4.4 本章小结  75-76
5 总结  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-80
附录  80

天线调谐器阻抗匹配网络与调谐算法研究

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