CN111049537A - 一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法及装置 - Google Patents

一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法和装置，其中方法包括下述步骤：对天线接收匹配阻抗调谐，得到接收匹配阻抗最优值；对天线发射匹配阻抗调谐，得到发射匹配阻抗最优值；将天线接收和发射匹配阻抗最优值分别写入天线参数；在时分双工TDD工作模式下，当处于接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；当处于接收时隙，调用发射匹配阻抗最优值。通过对卫星通信终端天线接收效率和发射效率的独立优化，分别设置接收和发射阻抗最优匹配值，显著提升卫星通信终端天线发射器的发射功率及接收器全向灵敏度。

Description

一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法及装置
技术领域
本发明属于无线通信网络领域，具体涉及一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法及装置。
背景技术
随着卫星通信技术的蓬勃发展，支持卫星电话、卫星数传等卫星通信功能不断从军用走向民用。卫星通信终端成为蜂窝通信之外的新型通信技术，在蜂窝通信的盲区，如山区、海上等无蜂窝基站的地区，发挥着唯一作用，具有重大的实用性。卫星通信终端，特别是手持式终端，对电池容量、电源效率有这严格的要求。卫星通信终端天线收发工作在不同频段，且其工作模式为时分双工TDD，收发复用天线，并采用一组相同的天线匹配值，无法保证在收发频段，天线的效率可以同时达到最大化。如何提供收发电路及天线效率，成为节约功耗，延长电池供电时间的关键技术。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，本专利通过对卫星通信终端天线接收效率和发射效率的独立优化，分别设置接收和发射阻抗最优匹配值。
为达到以上目的，一方面，本发明提出了一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1、对天线接收匹配阻抗调谐，得到接收匹配阻抗最优值；
步骤S2、对天线发射匹配阻抗调谐，得到发射匹配阻抗最优值；
步骤S3、将天线接收和发射匹配阻抗最优值分别写入天线参数；
步骤S4、根据时分双工时隙，调用对应的匹配阻抗最优值。
优选地，所述步骤S1通过对若干个天线阻抗匹配装置进行接收采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为接收匹配阻抗最优解，每个装置接收采样计算的工作过程为：
步骤S11、预设天线接收性能指标期望值；
步骤S12、天线接收固定电平功率；
步骤S13、遍历可调节电容和可调节电感所有状态组合，并保存每个容感组合；
步骤S14、搜索天线接收性能指标与预设性能指标期望值最为接近的若干对应容感组合，并记录容感组合的存储地址；
步骤S15、依次将阻抗调整为所经搜索后的容感组合；
步骤S16、测量每个容感组合对应接收天线性能指标；
步骤S17、计算接收天线性能指标最小值及其对应容感组合。
优选地，所述步骤S2通过对若干个天线阻抗匹配装置进行发射采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为发射匹配阻抗最优解，每个装置发射采样计算的工作过程为：
步骤S21、预先设置天线发射性能指标期望值；
步骤S22、天线发射固定电平功率；
步骤S23、遍历可调节电容和可调节电感所有状态组合，并保存每个容感组合；
步骤S24、搜索天线发射性能指标与预设性能指标期望值最为接近的若干对应容感组合，并记录容感组合的存储地址；
步骤S25、依次将阻抗调谐为所选取容感组合；
步骤S26、测量每个容感组合对应的发射天线性能指标；
步骤S27、计算发射天线性能指标最大值及其对应容感组合。
优选地，其特征在于，所述接收性能指标为总全向灵敏度TIS值，所述发射性能指标为总发射功率TRP值。
优选地，所述步骤S4，在接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；在发射时隙，调用发射匹配阻抗最优值。
另一方面，本发明提出一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置，包括天线、阻抗调谐器、天线开关、接收器和发射器，其中，所述阻抗调谐器包括可编程电容阵列和可编程电感阵列，其特征在于，还包括基带处理单元、阻抗控制总线、参数存储单元和性能测量单元，其中，
基带处理单元，用于调用参数存储单元的容感组合，通过阻抗控制总线控制阻抗调谐器实现阻抗调谐；
参数存储单元，用于存储若干个与预设最优阻抗匹配值之差从小到大排列的容感组合；
阻抗控制总线，用于传输基带处理单元的数据、地址和控制指令，其实现方式包括串行***设备接口总线SPI、移动工业处理器接口总线MIPI。
性能测量单元，用于测量天线接收和发射状态下的性能指标，在天线接收时隙，获取接收天线总全向灵敏度TIS值，并得到TIS最小值及其对应容感组合；在发射时隙，获取发射天线总发射功率TRP值，并得到TRP最大值及其对应容感组合。
优选地，所述参数存储单元至少包括物理地址或逻辑地址中的一种。
优选地，所述基带处理单元的工作过程包括：
预设天线接收和发射性能指标期望值；
向阻抗调谐器发出控制指令遍历可调节电容和可调节电感的所有状态组合，每个阻抗组合作为一个容感组合，写入参数存储单元；
将参数存储单元中容感组合对应的性能指标依次与性能指标期望值和进行比较，按差值从小到大选取若干个容感组合，记录容感组合在参数存储单元中的存储地址；
通过阻抗控制总线将阻抗调谐器阻抗分别调谐到所选取容感组合。
优选地，所述性能测量单元获取天线接收和发射性能指标时，待测量天线阻抗匹配装置位于天线暗室中。
优选地，所述阻抗匹配器，在接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；在发射时隙，调用发射匹配阻抗最优值。
再一方面，本发明提供了一种电子设备，包括中央处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，其特征在于，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行上述方法。
第四方面，本发明提供了一种非易失性存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在执行时实现上述方法。
本发明相对于现有技术取得了如下的技术效果：
本发明的卫星通信终端天线阻抗匹配方法及装置，在分时双工TDD工作模式下，通过独立设置接收和发射最优匹配阻抗值，在不同时隙调用不同的天线匹配阻抗参数，可实现天线效率的最大化，进而降低发射器的功耗，提升***的接收器灵敏度指标。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明一个实施例的一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置结构图；
图2示出根据本发明的一个实施例的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法流程图；
图3示出根据图1的实施例对天线接收匹配阻抗调谐并得到接收匹配阻抗最优值的流程图；
图4示出根据图1的实施例对天线发射匹配阻抗调谐并得到发射匹配阻抗最优值的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施例
实施例中有关参数说明：
Zi＝(Ci，Li)(i＝1，2，…，M)：遍历阻抗调谐器102得到的容感组合；
Sr：天线在接收频段的总全向灵敏度TIS期望值Sr；
So：天线在发射频段的总发射功率TRP期望值So；
Zn＝(Cn，Ln)(n＝1，2，…，N)：在Zi＝(Ci，Li)(i＝1，2，…，M)中查找的与Sr或So驻波比最接近的N个容感组合，其中N＜M；
S1，S2，…，Sn(n＝1，2，…，N)：将阻抗调谐器102的阻抗分别调谐到Z1，Z2，…，Zn时，对应得到的接收天线总全向灵敏度TIS值；
Smin＝min{S1，S2，…，Sn}：上述接收天线总全向灵敏度TIS值最小值；
Addrs-min：上述Smin对应的容感组合Zn在参数存储单元108中的存储地址；
Znsmin：在经过K次采样，得到的K个Addrs-min，出现次数最多的存储地址Addrs-min所对应的容感组合。
P1，P2，…，Pn(n＝1，2，…，N)：将阻抗调谐器102的阻抗分别调谐到Z1，Z2，…，Zn时，对应得到的发射天线总发射功率TRP值；
Pmax＝max{P1，P2，…，Pn}：上述发射天线总发射功率TRP值最大值；
Addrp-max：上述Pmax对应的容感组合Zn在参数存储单元108中的存储地址；
Znpmax：在经过K次采样，得到的K个Addrp-max，出现次数最多的Addrs-min所对应的容感组合。
图1示出根据本发明一个实施例的一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置结构图，其包括无源天线101、阻抗调谐器102、天线开关103、发射器104、接收器105、基带处理单元106、控制总线107、参数存储单元108和性能测量单元109。该***中，阻抗调谐器102包含可编程电容阵列、可编程电感阵列，基带处理单元106通过控制总线107，例如SPI、MIPI等控制总线，可以改变阻抗调谐器102的阻抗，在史密斯圆图上一定驻波比圆内实现可调谐。
图2示出根据本发明的一个实施例的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法流程图，其工作过程分为天线收发匹配阻抗调谐优化阶段和天线实际应用阶段。其中，天线收发匹配阻抗调谐优化阶段包括：
S1、接收阻抗匹配值调谐优化，得到接收匹配阻抗最优值；
S2、发射阻抗匹配值调谐优化，得到接收匹配阻抗最优值；
S3、将天线接收/发射匹配阻抗最优值分别写入天线参数。
在天线实际应用阶段包括：
S4、当处于接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；当处于接收时隙，调用发射匹配阻抗最优值。
图3示出根据图1的实施例对天线接收匹配阻抗调谐并得到接收匹配阻抗最优值的流程图。该过程是通过对若干个天线阻抗匹配装置进行接收采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为接收匹配阻抗最优解。每个天线阻抗匹配装置接收采样计算的工作过程可分为接收阻抗调谐特征化、接收性能最优值搜索和接收性能测量验证三个阶段，具体为：
接收阻抗调谐特征化阶段，包括：
步骤S11、预先设置天线在接收频段性能指标期望值Sr，在本实施例中，接收频段性能指标选取总全向灵敏度TIS；
步骤S12、摘下天线101，将阻抗调谐器102和天线开关103断开，在阻抗调谐器102的右端接入50ohm到地匹配负载，将一端口校准后的矢量网络分析仪接入到阻抗调谐器102的左端；
步骤S13、基带处理单元106通过阻抗控制总线107控制阻抗调谐器102，遍历可调电容和可调电感的所有状态组合(Ci，Li)，每组容感组合即为Zi。将遍历阻抗调谐器102得到的容感组合Zi＝(Ci，Li)(i＝1，2，…，M)写入参数存储单元108。
接收性能指标扫描搜索阶段，包括：
步骤S14、根据预先设置天线在接收频段的总全向灵敏度TIS期望值Sr，在参数存储单元108中查找与Sr的驻波比最接近的N个(N＜M)容感组合，记录该容感组合Zn(n＝1，2，…，N)及其在参数存储单元108中的存储地址。
接收性能指标测量验证阶段，包括：
步骤S15、将天线101安装到位，将整个装置放置在天线暗室环境，基带处理单元106从参数存储单元108中取出容感组合，通过阻抗控制总线107将阻抗调谐器102的阻抗分别调整为存储在存储单元108中的容感组合Z1，Z2，…，Zn(n＝1，2，…，N)；
步骤S16、然后通过性能测量单元109测量接收天线101的总全向灵敏度TIS值，分别为S1，S2，…，Sn(n＝1，2，…，N)；
步骤S17、得到总全向灵敏度TIS的最小值Smin＝min{S1，S2，…，Sn}，以及Smin对应的参数存储单元108地址Addrs-min。
重复对K个装置进行上述采样计算过程，性能测量单元109得到K组Smin及对应的Addrs-min。综合K个样本容感组合，参数存储单元108中的存储地址Addrs-min出现次数最多时对应的Zn，即为接收匹配阻抗最优值Znsmin。
图4示出根据图1的实施例对天线发射匹配阻抗调谐并得到发射匹配阻抗最优值的流程图。该过程是通过对若干个天线阻抗匹配装置进行发射采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为发射匹配阻抗最优解。每个天线阻抗匹配装置发射采样计算的工作过程可分为发射阻抗调谐特征化、发射性能最优值搜索和发射性能测量三个阶段，具体为：
发射阻抗调谐特征化阶段，包括：
步骤S21、预先设置天线在发射频段性能指标期望值So，在本实施例中，发射频段性能指标选取总发射功率TRP；
步骤S22、摘下天线101，在天线101处增加50ohm到地匹配负载，将阻抗调谐器102与天线开关103端口断开，将一端口校准后的矢量网络分析仪接入到阻抗调谐器102的右端；
步骤S23、基带处理单元106通过阻抗控制总线107控制阻抗调谐器102，遍历可调电容和可调电感的所有状态组合(Ci，Li)，每组阻抗组合测到一个容感组合对应的输入阻抗Zi。将遍历阻抗调谐器102得到的容感组合Zi＝(Ci，Li)(i＝1，2，…，M)写入参数存储单元108。
发射性能指标扫描搜索阶段，包括：
步骤S24、根据预先设置的天线在发射频段的总发射功率TRP期望值So，在参数存储单元108中查找与So的驻波比最接近的N个(N＜M)容感组合，记录该容感组合Zn(n＝1，2，…，N)及其在参数存储单元108中的存储地址。
发射性能指标测量验证阶段，包括：
步骤S25、将天线101安装到位，将整个装置放置在天线暗室环境，基带处理单元106从参数存储单元108中取出容感组合；
步骤S26、通过阻抗控制总线107将阻抗调谐器102的阻抗分别调谐到Z1，Z2，…，Zn(n＝1，2，…，N)，然后通过性能测量单元109测量发射天线的总发射功率TRP值，分别为P1，P2，…，Pn(n＝1，2，…，N)；
步骤S27、得到总发射功率TRP值的最大值Pmax＝max{P1，P2，…，Pn}，以及Pmax对应的参数存储单元108中的存储地址Addrp-max。
重复对K个装置进行上述采样计算过程，性能测量单元109得到K组Pmax及对应的Addrp-max。综合K个样本容感组合，参数存储单位108中的存储地址Addrp-max出现次数最多时对应的Zn，即为发射匹配阻抗最优值Znpmax。
分别将接收匹配阻抗最优值和发射匹配阻抗最优值写到天线阻抗匹配器102的ROM中，即完成天线收发匹配阻抗调谐优化。
在时分双工TDD工作模式下，当处在接收时隙时，阻抗调谐器调用接收匹配阻抗最优值Znsmin；当处在发射时隙时，阻抗调谐器调用发射匹配阻抗最优值Znpmax。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1、对天线接收匹配阻抗调谐，得到接收匹配阻抗最优值；
步骤S2、对天线发射匹配阻抗调谐，得到发射匹配阻抗最优值；
步骤S3、将天线接收和发射匹配阻抗最优值分别写入天线参数；
步骤S4、根据时分双工时隙，调用对应的匹配阻抗最优值。
2.根据权利要求1所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤S1通过对若干个天线阻抗匹配装置进行接收采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为接收匹配阻抗最优解，每个装置接收采样计算的工作过程为：
步骤S11、预设天线接收性能指标期望值；
步骤S12、天线接收固定电平功率；
步骤S13、遍历可调节电容和可调节电感所有状态组合，并保存每个容感组合；
步骤S14、搜索天线接收性能指标与预设性能指标期望值最为接近的若干对应容感组合，并记录容感组合的存储地址；
步骤S15、依次将阻抗调整为所经搜索后的容感组合；
步骤S16、测量每个容感组合对应接收天线性能指标；
步骤S17、计算接收天线性能指标最小值及其对应容感组合。
3.根据权利要求1所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤S2通过对若干个天线阻抗匹配装置进行发射采样，计算得到出现次数最多的容感组合，将其作为发射匹配阻抗最优解，每个装置发射采样计算的工作过程为：
步骤S21、预先设置天线发射性能指标期望值；
步骤S22、天线发射固定电平功率；
步骤S23、遍历可调节电容和可调节电感所有状态组合，并保存每个容感组合；
步骤S24、搜索天线发射性能指标与预设性能指标期望值最为接近的若干对应容感组合，并记录容感组合的存储地址；
步骤S25、依次将阻抗调谐为所选取容感组合；
步骤S26、测量每个容感组合对应的发射天线性能指标；
步骤S27、计算发射天线性能指标最大值及其对应容感组合。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述接收性能指标为总全向灵敏度TIS值，所述发射性能指标为总发射功率TRP值。
5.根据权利要求1所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配方法，其特征在于，所述步骤S4，在接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；在发射时隙，调用发射匹配阻抗最优值。
6.一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置，包括天线、阻抗调谐器、天线开关、接收器和发射器，其中，所述阻抗调谐器包括可编程电容阵列和可编程电感阵列，其特征在于，还包括基带处理单元、阻抗控制总线、参数存储单元和性能测量单元，其中，
基带处理单元，用于调用参数存储单元的容感组合，通过阻抗控制总线控制阻抗调谐器实现阻抗调谐；
参数存储单元，用于存储若干个与预设最优阻抗匹配值之差从小到大排列的容感组合；
阻抗控制总线，用于传输基带处理单元的数据、地址和控制指令，其实现方式包括串行***设备接口总线SPI、移动工业处理器接口总线MIPI。
性能测量单元，用于测量天线接收和发射状态下的性能指标，在天线接收时隙，获取接收天线总全向灵敏度TIS值，并得到TIS最小值及其对应容感组合；在发射时隙，获取发射天线总发射功率TRP值，并得到TRP最大值及其对应容感组合。
7.根据权利要求6所述的卫星通信终端天线阻抗匹配装置，其特征在于，所述参数存储单元至少包括物理地址或逻辑地址中的一种。
8.根据权利要求6所述的卫星通信终端天线阻抗匹配装置，其特征在于，所述基带处理单元的工作过程包括：
预设天线接收和发射性能指标期望值；
向阻抗调谐器发出控制指令遍历可调节电容和可调节电感的所有状态组合，每个阻抗组合作为一个容感组合，写入参数存储单元；
将参数存储单元中容感组合对应的性能指标依次与性能指标期望值和进行比较，按差值从小到大选取若干个容感组合，记录容感组合在参数存储单元中的存储地址；
通过阻抗控制总线将阻抗调谐器阻抗分别调谐到所选取容感组合。
9.根据权利要求6所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置，其特征在于，所述性能测量单元获取天线接收和发射性能指标时，待测量天线阻抗匹配装置位于天线暗室中。
10.根据权利要求6所述的一种卫星通信终端天线阻抗匹配装置，其特征在于，所述阻抗匹配器，在接收时隙，调用接收匹配阻抗最优值；在发射时隙，调用发射匹配阻抗最优值。
11.一种电子设备，包括中央处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，其特征在于，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。
12.一种非易失性存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序在执行时实现权利要求1-5任一项所述的方法。
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