基于匹配圆的一种Smith圆图分区算法

图 3 Π型网络的调谐原理
图 2 Π型阻抗匹配网络简化结构
L1、C1、C2、C3 是由一系列二进制离散值构成， 调谐时通过控制继电器来改变接入网络的元件参 数［8~14］。在设计射频电路时，经常利用 Smith 圆图代 替复杂的计算来实现阻抗匹配［3］。Smith 圆图是由 很多阻抗圆和导纳圆交织在一起形成的一个圆，当 并联电容 C2 时，A 点沿着等电导圆顺时针移动到 B 点，再串联电感 L1，B 点会沿着等电阻圆顺时针移 动到 C 点，最后并联电容 C1，C 点沿着等电导圆顺 时针移动到 D 点，实现阻抗匹配。匹配网络的调谐 过程如图 3 所示。
3 分区调谐算法
3.1 调谐分区
天线调谐器在实际应用中很难将天线阻抗精
MENG Enlin LIU Tong LI Lihua （College of Electronic Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033）
Abstract Antenna tuner techonology is the most efficient method of impedance matching between the antenna and the trans⁃ mitter. Article first introduces the Π-type impedance matching network circuit structure and shows the tuning process on Smith chart. In this paper，based on the matching circle as the criterion of antenna tuning，an algorithm of Smith circle graph partition is proposed. Finally through the simulation to optimize the Π-type impedance matching network components，the results show that this algorithm can achieve a high accuracy antenna tuner.
关键词 天线调谐；阻抗匹配；Smith 圆图；分区算法 中图分类号 TN820.8+5 DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9722. 2018. 10. 005
A Partition Algorithm of Smith Circle Graph Based on Matching Circle
Key Words antenna tuner techonology，impedance matching，Smith chart，partition algorithm Class Number TN820.8+5
1 引言
短波通信是利用短波通过天波或地波传播的 方式进行的通信，它具有设备体积小，隐蔽性好，战 时抗毁能力强的特点，因此短波通信始终是军事指 挥的重要手段之一。而天线调谐器是短波通信系 统的重要组成部分，主要完成短波天线的输入阻抗 与发射机输出阻抗之间的良好匹配，短波天线的输 入阻抗随频率的变化而变化，而发射机功率级的输 出阻抗是相对不变的［1~2］，要想快速实现天线和发 射机之间的阻抗匹配，天线的自动调谐就成为迫切 需要解决的问题。
本文在参考文献［3］的基础上提出了针对Π型 匹配网络在 Smith 圆图上的新分区调谐算法，并利
用该算法对Π型网络元件的参数进行优化，达到了 较好的调谐效果。
2 匹配网络
为使发射机的信号功率最大限度地通过天线 辐射出去，天线的输入阻抗要与发射机的输出阻抗 良好匹配。由于在短波频率范围内，天线阻抗随频 率的变化比较大，而发射机功率级的输出阻抗是相 对不变的，要想实现两者的阻抗匹配，需要在天线 与发射机之间引入阻抗匹配网络。如图 1 所示，Z0 为发射机输出阻抗，Za 为天线输入阻抗，Zin 为接入 匹配网络后天线的输入阻抗。阻抗匹配网络通常 采用电容电感等无耗元件来实现对天线的阻抗变 换，从而减少功率损耗，提高辐射效率。
摘 要 短波天线调谐技术是实现天线和发射机之间阻抗匹配最有效的方法。论文介绍了Π型阻抗匹配网络结构并 在 Smith 圆图上分析其调谐过程，在以匹配圆作为天线调谐判定标准的基础上，提出了一种 Smith 圆图分区算法并给出调谐 程序流程，通过仿真计算对Π型网络元件参数进行优化，结果表明此算法能够实现较高精度的天线调谐性能。
Vol. 46 No. 10 1962
计算机与数字工程 Computer & Digital Engineering
总第 348 期 2018 年第 4160 卷期
基 于 匹 配 圆 的 一 种 Smith 圆 图 分 区 算 法 ∗
孟恩 刘 桐 李丽华
（海军工程大学电子工程学院 武汉 430033）
∗ 收稿日期：2018 年 4 月 10 日，修回日期：2018 年 5 月 24 日 作者简介：孟恩林，男，研究方向：短波通信。刘桐，男，硕士研究生，研究方向：无线通信。李丽华，女，讲师，研究方 向：无线通信。
2018 年第 10 期
计算机与数字工程
1963
图 1 天线阻抗匹配原理图
阻抗匹配网络通常采用电容电感等无耗元件 来实现对天线的阻抗变换，从而减少功率损耗，提 高辐射效率。常用的匹配网络有Γ型和反Γ型，Γ型 网络用来匹配低于输入端阻抗的负载，反Γ型则用 来匹配高于输入端阻抗的负载，两者都存在调谐盲 区不能实现对所有天线的匹配，但将Γ型和反Γ型 按不同方式级联构成的Τ型和Π型网络，理论上就 能够实现对所有天线的匹配 。 ［3~7］ 本文选用Π型网 络作为调谐网络进行研究，如图 2 所示 L1、C1、C2 构成主调谐网络，为抵消杂散电感的影响，提高调 谐效率，在电感 L1 后串联电容 C3。