CN104485900A - 基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，主要步骤包括：对矢量网络分析仪校准；测出天线的输出阻抗值；使用Smith-Chart软件获取阻抗匹配网络值；组建阻抗匹配网络；获取组建的阻抗匹配网络的测试数据；验证测试数据是否满足指标要求；阻抗匹配网络与功率放大器关键指标数据进行对比，判断组建的所述阻抗匹配网络是否达到最佳状态，若未达到最佳状态，则调试阻抗匹配网络，若达到最佳状态，则调试通过，本发明在保证直观、物理概念清晰的前提下还保证了精确度，大大提高了计算速度，优化了天线的性能，同时克服了计算机仿真方法和手工计算方法的弊端且进一步优化了天线的性能。
Description
技术领域
本发明涉及阻抗匹配调试方法，特别是一种基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法。
背景技术
阻抗匹配是指负载阻抗与信号源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。现在阻抗匹配调试有多种方法，但都有各自的弊端。例如：计算机仿真方法和手工计算方法。由于计算机仿真这类软件是为不同功能设计而不只是用于阻抗匹配，所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据，设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外，除非计算机是专门为这个用途制造的，否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。手工计算是一种极其繁琐的方法，因为需要用到较长的计算公式并且被处理的数据多为复数，只有在射频领域工作过多年的人才能使用这种方法。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，包括如下步骤：
A、校准矢量网络分析仪；
B、将天线与所述矢量网络分析仪连接，测出天线的输出阻抗值；
C、使用Smith-Chart软件获取阻抗匹配网络值；
D、根据步骤C获取的所述阻抗匹配网络值组建阻抗匹配网络；
E、将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与所述矢量网络分析仪的端口1连接，获取端口1的测试数据；
F、判断步骤E获取的测试数据是否达到指标要求：若未达到，则调试所述阻抗匹配网络，重复步骤D至E；若达到，则将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与功率放大器关键指标数据进行对比；
G、根据所述比对的结果判断所述阻抗匹配网络是否达到最佳状态：若未达到，则重复步骤D至F调试所述阻抗匹配网络；若达到，则调试通过；
优选方案是：通过校准件对矢量网络分析仪进行校准。
优选方案是：在步骤B中，天线通过射频同轴线与矢量网络分析仪连接。
优选方案是：所述测试数据包括反射系数和电压驻波比值。
优选方案是：所述指标要求具体为：测试数据在400～1200频率范围内，电压驻波比均小于3.5且反射系数均小于-3dB。
优选方案是：步骤G中所述的阻抗匹配网络达到最佳状态是指天线的功率达到最大值。
优选方案是：步骤C中所述的阻抗匹配网络值为串联或并联的电容值或电感值。
优选方案是：阻抗匹配网络测出的反射系数和电压驻波比值在计算机和矢量网络分析仪中实时同步显示，并支持直接读取。
本发明在阻抗匹配调试中使用Smith-Chart软件和功率放大器关键指标数据配合获取阻抗匹配网络值，在调试过程中，smith-Chart软件和功率放大器关键指标数据配合运用计算机计算，组建满足指标的阻抗匹配网络后再与功率放大器关键指标数据对比，在保证天线达到最大功率的的前提下继续调试阻抗匹配网络，从而进一步优化了天线的性能，本发明在保证直观、物理概念清晰的前提下还保证了精确度，大大提高了计算速度，优化了天线的性能，同时克服了计算机仿真方法和手工计算方法的弊端且进一步优化了天线的性能。
附图说明
图1为本发明提出的阻抗匹配方法的流程图；
图2为本发明实施例的Smith圆图；
图3为本发明实施例的矢量网络分析仪测量天线参数图；
图4为本发明实施例的功率放大器关键指标数据图。
具体实施方式
本发明只需要通过矢量网络分析仪测试出端口1的反射系数S11和电压驻波比值来判断组建的阻抗匹配网络是否达到指标要求。反射系数S11表示回波损耗特性，一般通过矢量网络分析仪来看其损耗的dB值和阻抗特性。此参数表示天线的发射效率，值越大，表示天线本身反射回来的能量越大，这样天线的效率就越差，矢量网络分析仪测量的阻抗匹配网络S参数，包括：端口2匹配时，端口1的反射系数S11；端口1匹配时，端口2的反射系数S22；端口1匹配时，端口2到端口1的电压传输系数S12；端口2匹配时，端口1到端口2的电压传输系数S21。
VSWR为电压驻波比，一般简称驻波比。用来衡量无线信号通过功率源、传输线、最终进入负载的有效传输功率。电磁波从甲介质传导到乙介质，会由于介质不同，电磁波的能量会有一部分被反射，从而在甲区域形成“行驻波”。电压驻波比，指的就是行驻波的电压峰值与电压谷值之比，此值可以通过反射系数的模值计算：VSWR＝(1+反射系数模值)/(1-反射系数模值)。由上可知，驻波比越大，反射功率越高，传输效率越低。从能量传输的角度考虑，理想的VSWR为1∶1，即此时为行波传速状态，在传输线中，称为阻抗匹配，最差时VSWR无穷大，此时反射系数模为1，为纯驻波状态，称为全反射，没有能量传输。由上可知，驻波比越大，反射功率越高，传输效率越低。对于一个理想***，传输能量为100％，需要源阻抗、传输线及其它连接器的特征阻抗、负载阻抗之间精确匹配。由于理想的传输过程不存在干扰，信号的交流电压在两端保持相同。反射系数S11和电压驻波比值在计算机和矢量网络分析仪中实时同步显示，可直接读取。
功率放大器关键指标数据为在不同负载情况下面的一些关键指标数据，比如线性、功率、电流和ACLR等。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。如图1所示，本发明包括以下步骤：
A、按照校准件的指令，对矢量网络分析仪进行校准。应用校准件对矢量网络分析仪校准，具有精确、快速、简单等优点。当矢量网络分析仪的端口1电压驻波比在所有频率范围内均为1±0.001时，校准完毕；
B、将天线通过射频同轴线与所述矢量网络分析仪连接，测出天线的输出阻抗值。其中，阻抗值为复数形式。射频同轴线具有安装费用低，维护成本低，安装简单，扩充方便等特点；
C、使用Smith-Chart软件获取n种阻抗匹配网络值，所述的n种阻抗匹配网络值为串联或并联的电容值或电感值，n种阻抗匹配网络值对应n种阻抗匹配网络方案，即A1，A2，……An；
D、根据步骤C获取的其中一种阻抗匹配网络值组建阻抗匹配网络方案，例如方案A1；
E、将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与所述矢量网络分析仪的端口1连接，获取端口1的测试数据。端口1测试数据包括反射系数和电压驻波比值。阻抗匹配网络测出的反射系数和电压驻波比值在计算机中实时同步显示，可直接读取；
F、判断步骤E获取的测试数据，若测试数据未在400～1200频率范围内，电压驻波比均小于3.5且反射系数均小于-3dB的指标要求，则重新选取阻抗匹配网络方案，例如：选取阻抗匹配网络方案A2，重复步骤D至E，若测试数据在400～1200频率范围内电压驻波比均小于3.5且反射系数均小于-3dB的指标要求，则将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与功率放大器关键指标数据进行对比；
G、根据上述比对的结果判断步骤D组建的所述阻抗匹配网络是否满足天线达到最大功率，若步骤D组建的所述阻抗匹配网络未满足天线达到最大功率，则重新选取阻抗匹配网络方案，例如：选取阻抗匹配网络方案A3，即重复步骤D至F；若步骤D组建的所述阻抗匹配网络满足天线达到最大功率，则调试通过。
实施例
图2为本发明实施例的Smith圆图，图3为本实施例的矢量网络分析仪测量天线的参数图，图4为本发明实施例的功率放大器关键指标数据图。本实施例设计在824-849MHz PA工作频率下，按照本发明的步骤调试，通过矢量网络分析仪测得天线输出阻抗值为：Z＝(35.1-J47.5)Ω，即图2中1点的位置，通过Smith-Chart软件获取阻抗网络值，结果为并联电感8.2nH后，天线输出阻抗为Z＝(50.5+J49.7)Ω，即：图2中的2点位置，通过验证后未达到在400～1200频率范围内电压驻波比均小于3.5且反射系数均小于-3dB的指标要求，重复上述步骤，结果为串联电容3.9pF后，则天线输出阻抗值为Z＝(50.5+j0.2)Ω，即：图2中的3点位置，通过验证其满足在400～1200频率范围内电压驻波比均小于3.5的指标要求。然后通过图4的功率放大器关键指标数据图进行对比，结果为天线输出阻抗Z＝(50.5+j0.2)Ω满足天线达到最大功率，调试结束。
Claims (8)
1.一种基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、校准矢量网络分析仪；
B、将天线与所述矢量网络分析仪连接，测出天线的输出阻抗值；
C、使用Smith-Chart软件获取阻抗匹配网络值；
D、根据步骤C获取的所述阻抗匹配网络值组建阻抗匹配网络；
E、将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与所述矢量网络分析仪的端口1连接，获取端口1的测试数据；
F、判断步骤E获取的测试数据是否达到指标要求：若未达到，则调试所述阻抗匹配网络，重复步骤D至E；若达到，则将步骤D组建的所述阻抗匹配网络与功率放大器关键指标数据进行对比；
G、根据所述比对的结果判断所述阻抗匹配网络是否达到最佳状态：若未达到，则重复步骤D至F调试所述阻抗匹配网络；若达到，则调试通过。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过校准件对矢量网络分析仪进行校准。
3.根据权利要求1所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，在步骤B中，天线通过射频同轴线与矢量网络分析仪连接。
4.根据权利要求1所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述测试数据包括反射系数和电压驻波比值。
5.根据权利要求4所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述指标要求具体为：测试数据在400～1200频率范围内，电压驻波比均小于3.5且反射系数均小于-3dB。
6.根据权利要求1所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，步骤G中所述的阻抗匹配网络达到最佳状态是指天线的功率达到最大值。
7.根据权利要求1所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，步骤C中所述的阻抗匹配网络值为串联或并联的电容值或电感值。
8.根据权利要求4所述的基于功率放大器关键指标数据的天线阻抗匹配方法，其特征在于，阻抗匹配网络测出的反射系数和电压驻波比值在计算机和矢量网络分析仪中实时同步显示，并支持直接读取。
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