阅读说明：本技术 一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法 (short-wave radio frequency direct acquisition bridge type vector impedance detection method ) 是由 邹晶晶 罗磊 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法,包括如下步骤：步骤一、搭建桥式检测电路；步骤二、对耦合电压信号<Image he="81" wi="184" file="DDA0002222255000000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>进行射频直接采样；步骤三、通过两路采样信号的幅度和相位信息,计算得到负载阻抗值。与现有技术相比,本发明的积极效果是：本发明针对变频处理构架下,短波矢量阻抗检测器电路复杂、体积大、功耗高、数据处理复杂度高等问题,对电路处理构架、数据处理算法两方面进行改进,提出了一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测(以下简称“桥式检测”)方法。本发明与传统方法相比,具有更简洁的电路处理构架,降低处理电路复杂度、功耗、体积,同时优化了数据处理算法,并在一定程度上提高了检测精度。(The invention discloses an short-wave radio frequency direct acquisition bridge type vector impedance detection method which comprises the following steps of building a bridge type detection circuit, and step two of coupling voltage signals Compared with the prior art, the method has the advantages that aiming at the problems of complex circuit, large volume, high power consumption, high data processing complexity and the like of a short wave vector impedance detector under a frequency conversion processing framework, the two aspects of the circuit processing framework and a data processing algorithm are improved, and short wave radio frequency direct sampling bridge type vector impedance detection (hereinafter referred to as bridge type detection) methods are providedThe detection accuracy is improved.)

一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法

技术领域

本发明涉及一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法。

背景技术

矢量阻抗检测是矢量短波天线调谐器(以下简称“天调”)中的关键功能模块，是天调执行调谐算法的基础，直接决定了天调的调谐精度。高精度矢量阻抗检测技术可在短波全频段提供准确的负载阻抗检测，是实现快速、高精度天调调谐器的关键技术。短波频段内矢量阻抗检测技术通常存在两种电路处理构架：一是变频处理构架，二是射频直采量处理构架。

变频处理构架的工作原理如下：射频信号下变频后，通过ADC获取负载上的电压、电流矢量信号，基于矢量阻抗定义式

计算求得负载阻抗。该种方式直观，且阻抗幅角即是电压、电流信号的相位差。电压、电流矢量信号获取方式一般采用耦合器完成，变压器耦合射频电压信号，电流耦合器耦合通过负载的电流信号，为降低耦合器本身对负载阻抗的影响，一般耦合系数相对较小，耦合信号需通过放大后再进行后续下变频、滤波等处理得到中频信号，中频信号经放大、滤波处理后进行低频采样，在数字域中提取低频采样信号的幅度、相位信息，计算得到阻抗值，其处理构架如图1所示。

此种方法电路处理构架较为复杂，中频采样后进行数据处理计算负载阻抗，数据处理中提取电流、电压信号幅度、相位特性往往需进行希尔伯特变换，算法复杂度高。此外，由于工程实现中，耦合器存在固有频率特性，两路射频处理电路处理的不平衡性，对阻抗检测误差造成较大影响(误差在5％～10％)。此种检测方式中感性耦合器尺寸大、电路复杂、功耗高，在体积、功耗受限的设备中难以实现。

射频直采构架下，表征负载阻抗的电压、电流信号不经过下变频处理，直接进入高速ADC进行采样，在数字域进行数据处理得到负载阻抗。该种方式下，不存在下变频处理电路，电路复杂度降低，可实现低功耗、小体积设计。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测方法，包括如下步骤：

步骤一、搭建桥式检测电路；

步骤二、对耦合电压信号

进行射频直接采样；

步骤三、通过两路采样信号的幅度和相位信息，计算得到负载阻抗值。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明针对变频处理构架下，短波矢量阻抗检测器电路复杂、体积大、功耗高、数据处理复杂度高等问题，对电路处理构架、数据处理算法两方面进行改进，提出了一种短波射频直采桥式矢量阻抗检测(以下简称“桥式检测”)方法。本发明与传统方法相比，具有更简洁的电路处理构架，降低处理电路复杂度、功耗、体积，同时优化了数据处理算法，并在一定程度上提高了检测精度，具体表现如下：

1)硬件电路实现上，基于射频直采电路构架，无感性耦合器、混频器、滤波器、放大器等部件，缩小检测电路模块体积、功耗，降低***电路引入的检测误差；

2)采用短波频率特性较好的纯电阻网络代替电压、电流耦合器，降低耦合器频率特性造成的检测误差；

3)在数据处理算法上，直接对采样数据处理，无需对数据进行下变频、希尔伯特变换等处理，处理算法简洁、高效。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为变频构架矢量阻抗检测原理框图；

图2为桥式检测电路构架原理框图；

图3为相位计算举例示意图。

具体实施方式

本发明采用的桥式检测电路构架如图2所示，检测电路由参考桥接阻抗Z₀及信号取样电路构成。

对于任意负载Z＝R+jX，可假设流过Z₀的电流也流入了负载Z_L，有如下公式成立：

其中，

由①②得到

其中

取样信号

与满足下式：

信号取样电路中R1、R2为纯阻，当R1、R2远大于Z_L时，取样后不影响检测信号在参考桥接阻抗Z₀两端的相位，只在幅度上等比例缩小，因此，矢量电压之比可用

表示为：

其中|U₀|、|U₁|为取样信号幅度，为相位差。对

进行直接采样，通过对样点数据的分析处理，提取相位、幅度信息，可计算得到负载阻抗Z_L。

由此可见，只需求得检测器Z₀前后两端的电压向量，即可得到负载Z_L。由于①基于流过Z₀的电流也流过Z_L，这就需要U1支路的引入不影响Z_L的值，即U1支路的阻抗远大于负载支路阻抗。

基于样点数据提取两路信号的幅度、相位信息，带入阻抗计算公式⑥得到负载阻抗值。两路采样信号的幅度可由样点数据计算均方根值得到。信号的相位差分两步进行：第一步求相位差绝对值第二步判定U0与U1的超前/滞后关系，确定相位差符号。

的求取基于相关分析法。两路采样信号U₀(n)与U₁(n)可表示为：

其中T_S为采样周期。其互相关函数

其中N为样点数量，

相位差绝对值

相位超前滞后的判定基于统计思想，通过判定两路信号极大值出现的时刻，并统计极大值出现时刻，根据统计结果，判定相位差符号。极大值的定义为：在一段连续采样的区间内，若区间中某个点的值大于区间内前序所有点的值，同时大于区间内后序所有点的值，则此点称为序列的一个极大值点。考虑到采样的误差，区间的长度随调谐信号的频率而发生变化。比较极大值点所处的时间轴(采样后的序列ID)，先出现极大值的点定义为序列的相位超前点，后出现极大值的点定义为序列相位滞后点，若极大值的ID相同，则丢弃。统计相位超前、滞后点数，若相位超前的点数多于相位滞后的点数，则判定为相位超前，相位差符号为“+”；若相位滞后的点数多于相位超前的点数，则判定为相位滞后，相位差符号为“-”。

以下举例说明相位计算过程。图3为检测信号为2MHz、样点数位128时数据。其中：图3(上)为时域信号，图3(中)为样点数据，图3(下)为两路信号极大值(非0点)序列。

通过式⑨计算可得相位差绝对值

U0极大值点与U1极大值点数相同，且均滞后于U1，相位差判定为滞后，相位差符号位“-”，因此，最终相位差：