本發(fā)明屬于射頻，特別是一種低損耗高精度阻抗檢測電路及方法。

背景技術(shù)：

1、由于在空間功率合成和波束控制方面的優(yōu)勢，新一代無線電系統(tǒng)越來越多地依賴于相控陣和mimo(多輸入多輸出)系統(tǒng)。天線陣列中一個特殊的挑戰(zhàn)是陣元間的耦合隨著掃描角的變化而變化，導致天線處的驅(qū)動點阻抗動態(tài)變化。這種變化將使功放負載阻抗偏離其最佳阻抗，顯著降低功放的效率、輸出功率、線性度，最終降低功放的穩(wěn)定性。為了解決由于負載變化引起的pa(功率放大器)性能下降，可以在pa和負載之間放置隔離器，但這種解決方案增加了發(fā)射機的損耗、體積和成本，并且對于天線陣列來說不切實際。還有一種方法是在pa和負載之間放置可重構(gòu)的匹配網(wǎng)絡(luò)，這時就需要阻抗檢測電路來實現(xiàn)對負載阻抗的測量，以補償負載的變化，恢復pa性能。

2、目前，對于負載阻抗的檢測方法，比如通過采集定向耦合器耦合出的入射電壓波信號和反射電壓波信號來測量反射系數(shù)，然而在信號通路中級聯(lián)耦合器對輸出匹配的實現(xiàn)不起作用，因此會導致額外的尺寸和損耗增加?；蛘咄ㄟ^電容耦合提取短距離傳輸線上兩個節(jié)點的矢量電壓來測量反射系數(shù)，然而電容值過大會增大阻抗檢測帶來的功率損耗，電容值過小會影響阻抗檢測的精度且難以實現(xiàn)，且電容耦合的結(jié)構(gòu)會給阻抗測量引入誤差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種低損耗高精度阻抗檢測電路及方法。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種低損耗高精度阻抗檢測電路，所述電路包括信號傳感電路和六端口檢測電路；

3、所述信號傳感電路的輸入端與放大器的輸出端連接，所述信號傳感電路的輸出端與天線負載連接，所述信號傳感電路的耦合端a和耦合端b分別耦合出矢量電壓信號；

4、所述六端口檢測電路的輸入端a與所述信號傳感電路的耦合端a連接，所述六端口檢測電路的輸入端b與所述信號傳感電路的耦合端b連接，所述六端口檢測電路的四個輸出端口分別與功率檢波器連接。

5、進一步地，所述信號傳感電路包括兩段耦合線和一段傳輸線；所述兩段耦合線包括耦合線1和耦合線2，所述一段傳輸線包括傳輸線1；所述耦合線1和耦合線2均設(shè)有port1、port2、port3和port4；所述耦合線1的port1作為所述信號傳感電路的輸入端，所述耦合線1的port2與所述耦合線2的port1通過所述傳輸線1連接，所述耦合線1的port3作為所述信號傳感電路的耦合端a，所述耦合線1的port4開路；所述耦合線2的port2作為所述信號傳感電路的輸出端，所述耦合線2的port3開路，所述耦合線2的port4作為所述信號傳感電路的耦合端b。

6、進一步地，所述六端口檢測電路包括一個功分器和三個定向耦合器；所述三個定向耦合器包括定向耦合器1、定向耦合器2和定向耦合器3，所述定向耦合器1、定向耦合器2和定向耦合器3均設(shè)有輸入端、直通端、耦合端和隔離端；所述功分器設(shè)有一個輸入端和兩個輸出端；

7、所述功分器的輸入端作為所述六端口檢測電路的輸入端a；所述定向耦合器1的輸入端與所述功分器的輸出端1連接，所述定向耦合器1的直通端作為所述六端口檢測電路的輸出端1，所述定向耦合器1的耦合端作為所述六端口檢測電路的輸出端2，所述定向耦合器1的隔離端與所述定向耦合器2的輸入端連接；

8、所述定向耦合器2的直通端通過負載電阻接地，所述定向耦合器2的耦合端作為所述六端口檢測電路的輸入端b，所述定向耦合器2的隔離端與所述定向耦合器3的輸入端連接；

9、所述定向耦合器3的直通端作為所述六端口檢測電路的輸出端3，所述定向耦合器3的耦合端作為所述六端口檢測電路的輸出端4，所述定向耦合器3的隔離端與所述功分器的輸出端2連接。

10、另一方面，提供了一種基于所述低損耗阻抗檢測電路的阻抗檢測方法，所述方法包括：

11、步驟1，信號傳感電路將其輸入端和輸出端的矢量電壓信號耦合到其耦合端a和耦合端b，六端口檢測電路通過輸入端a和輸入端b獲取信號傳感電路的耦合端a和耦合端b的矢量電壓信號；

12、步驟2，結(jié)合六端口檢測電路的四個輸出端連接的功率檢波器的輸出和六端口檢測電路的s參數(shù)，計算六端口檢測電路的輸入端a和輸入端b的矢量電壓信號的幅值比和相位差，即信號傳感電路的輸入端和輸出端的矢量電壓信號的幅值比和相位差；

13、步驟3，結(jié)合步驟2的計算結(jié)果，以及信號傳感電路的z參數(shù)，計算獲得天線負載的阻抗。

14、進一步地，所述六端口檢測電路兩個輸入端的矢量電壓信號的相位差的計算公式為：

15、

16、式中，b3、b4、b5和b6分別為六端口檢測電路的四個輸出端口通過功率檢波器的輸出功率。

17、進一步地，六端口檢測電路兩個輸入端的矢量電壓信號的幅值比ε的計算公式為：

18、

19、進一步地，對于信號傳感電路，僅考慮輸入輸出端口時，將其看作一個二端口網(wǎng)絡(luò)，此二端口網(wǎng)絡(luò)的z矩陣表示為：

20、

21、其中，z11表示當二端口網(wǎng)絡(luò)中端口2開路時，向端口1往里的輸入阻抗；z22表示當二端口網(wǎng)絡(luò)中端口1開路時，向端口2往里的輸入阻抗；z12表示端口2到端口1的轉(zhuǎn)移阻抗；z21表示端口1到端口2的轉(zhuǎn)移阻抗；

22、由此，根據(jù)z參數(shù)的定義，得到信號傳感電路的輸入端和輸出端的矢量電壓信號的幅值比、相位差與天線負載阻抗的關(guān)系式為：

23、

24、基于上述關(guān)系式求解獲得天線負載阻抗zl。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：

26、(1)本發(fā)明的信號傳感電路由兩段耦合線和一段傳輸線構(gòu)成，相比于定向耦合器尺寸更小，且傳輸線可以參與輸出匹配，提高面積利用率。

27、(2)本發(fā)明的信號傳感電路通過控制耦合線的耦合間距調(diào)節(jié)耦合信號的強弱，在保證測量精度的同時減小因阻抗檢測帶來的功率損耗，且不影響放大器的工作狀態(tài)。

28、(3)本發(fā)明的信號傳感電路對待測天線負載阻抗的影響，在已知信號傳感電路中傳輸線的特征阻抗和電長度的情況下，可以通過阻抗變換進行校準，從而提高測量精度。

29、(4)本發(fā)明的六端口阻抗檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以實現(xiàn)寬帶結(jié)構(gòu)。

30、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種低損耗高精度阻抗檢測電路，其特征在于，所述電路包括信號傳感電路和六端口檢測電路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗高精度阻抗檢測電路，其特征在于，所述信號傳感電路包括兩段耦合線和一段傳輸線；所述兩段耦合線包括耦合線1和耦合線2，所述一段傳輸線包括傳輸線1；所述耦合線1和耦合線2均設(shè)有port1、port2、port3和port4；所述耦合線1的port1作為所述信號傳感電路的輸入端，所述耦合線1的port2與所述耦合線2的port1通過所述傳輸線1連接，所述耦合線1的port3作為所述信號傳感電路的耦合端a，所述耦合線1的port4開路；所述耦合線2的port2作為所述信號傳感電路的輸出端，所述耦合線2的port3開路，所述耦合線2的port4作為所述信號傳感電路的耦合端b。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗高精度阻抗檢測電路，其特征在于，所述六端口檢測電路包括一個功分器和三個定向耦合器；所述三個定向耦合器包括定向耦合器1、定向耦合器2和定向耦合器3，所述定向耦合器1、定向耦合器2和定向耦合器3均設(shè)有輸入端、直通端、耦合端和隔離端；所述功分器設(shè)有一個輸入端和兩個輸出端；

4.基于權(quán)利要求1至3任意一項所述低損耗高精度阻抗檢測電路的阻抗檢測方法，其特征在于，所述方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻抗檢測方法，其特征在于，所述六端口檢測電路兩個輸入端的矢量電壓信號的相位差的計算公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻抗檢測方法，其特征在于，六端口檢測電路兩個輸入端的矢量電壓信號的幅值比ε的計算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻抗檢測方法，其特征在于，對于信號傳感電路，僅考慮輸入輸出端口時，將其看作一個二端口網(wǎng)絡(luò)，此二端口網(wǎng)絡(luò)的z矩陣表示為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低損耗高精度阻抗檢測電路及方法。阻抗檢測電路包括信號傳感電路和六端口檢測電路。信號傳感電路的輸入端與放大器的輸出端連接，信號傳感電路的輸出端與天線負載連接。六端口檢測電路的輸入端A與信號傳感電路的耦合端A連接，六端口檢測電路的輸入端B與信號傳感電路的耦合端B連接，六端口檢測電路的四個輸出端分別與功率檢波器連接。通過信號傳感電路的耦合端A與耦合端B獲取傳感電路輸入端和輸出端的矢量電壓的幅值比和相位差，并將其饋送到六端口檢測電路的輸入端A和輸入端B，利用六端口檢測電路四個輸出端口所連接的功率檢波器的輸出，計算得到六端口電路輸入端A與輸入端B矢量電壓的幅值比和相位差，進而得到天線負載的阻抗。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，且通過傳感電路耦合用于阻抗檢測的信號功率小，減小了由于阻抗檢測帶來的功率損耗，在不影響放大器工作狀態(tài)的前提下具有較高的測量精度。

技術(shù)研發(fā)人員：周春霞,歐陽方舟,吳文
受保護的技術(shù)使用者：南京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19