[發(fā)明專利]采用量子算法的射頻天線阻抗自適應(yīng)匹配裝置及方法

無效

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103326685A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚陽紅;尹新;劉煜琛;廖繼望
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: H03H7/38
• 分類號: H03H7/38
• 代理公司: 長沙星耀專利事務(wù)所 43205
• 代理人: 姜芳蕊;寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及電子電路工程領(lǐng)域,涉及一種采用量子算法的射頻天線阻抗自適應(yīng)匹配裝置及方法。

背景技術(shù)

天線作為射頻系統(tǒng)重要的組成部分，直接影響著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。工作環(huán)境的變化，與人體之間相對位置的變化，都會影響到天線的輸入阻抗，這種易變性會造成系統(tǒng)功率模塊的損壞，產(chǎn)生的反向功率甚至?xí)┙^緣層。

隨著科技的進(jìn)步，信息時(shí)代的來臨，以移動(dòng)通信設(shè)備為主導(dǎo)的消費(fèi)電子產(chǎn)品日益普及，目前終端設(shè)備上應(yīng)用了更多的頻段，而由于終端設(shè)備空間有限，往往將多個(gè)頻段集中到一個(gè)主天線上，同時(shí)犧牲了一些天線的性能，以覆蓋更寬的頻段。終端設(shè)備只能使用一個(gè)天線，所采用的匹配網(wǎng)絡(luò)只能應(yīng)用其中的某一個(gè)頻段，從而造成天線在其他的頻段下失配。這些方面的失配會加大功耗，降低天線靈敏度，影響設(shè)備待機(jī)時(shí)間和通訊時(shí)間。以如今的手持移動(dòng)設(shè)備為例，天線的設(shè)計(jì)空間被壓縮的極小，犧牲了天線的大量性能，天線功率傳輸效率能超過50%都算極佳的匹配效果，Nokia公司的手機(jī)天線平均功率傳輸效率僅20%左右，而滑蓋手機(jī)甚至只有10%。

針對這種低效率功率傳輸問題，阻抗匹配技術(shù)被國內(nèi)外學(xué)者提出，以實(shí)現(xiàn)功率的最大輸出。要實(shí)現(xiàn)最大功率負(fù)載阻抗匹配，通常做法是在源和負(fù)載之間再插入一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)，這種無源網(wǎng)絡(luò)通常被視為匹配網(wǎng)絡(luò)。然而它們的功能并不僅僅是完成功率傳輸最大化，匹配網(wǎng)絡(luò)還具有：減小噪聲干擾，提高功率容量和提高頻率響應(yīng)的線性度等功能。

傳統(tǒng)的阻抗匹配技術(shù)所采用的是插入一個(gè)固定匹配網(wǎng)絡(luò)，只針對某一點(diǎn)頻率設(shè)計(jì)，一旦該匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到射頻或?qū)掝l領(lǐng)域時(shí)就會失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種采用量子技術(shù)的射頻天線的自適應(yīng)阻抗匹配裝置及方法，適用于各射頻天線，可確保在源級和負(fù)載之間形成最小反射，實(shí)現(xiàn)功率傳輸最大化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種采用量子算法的射頻天線阻抗自適應(yīng)匹配裝置，包括傳感器測量單元、控制單元和匹配單元，傳感器測量單元與控制單元電連接，控制單元與匹配單元電連接，匹配單元與傳感器測量單元電連接，匹配單元外接天線。

進(jìn)一步，所述匹配單元的匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選為π型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，π型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括電感L、電容C₁、電容C₂。

進(jìn)一步，控制單元控制匹配網(wǎng)絡(luò)的電感L、電容C₁、電容C₂的數(shù)值,?控制單元由電感L、電容C₁、電容C₂的各控制開關(guān)的控制時(shí)鐘組成,屬于現(xiàn)有技術(shù)。

一種采用量子算法的射頻天線阻抗自適應(yīng)匹配裝置進(jìn)行阻抗自適應(yīng)匹配的方法，包括以下步驟：

1）通過傳感器測量匹配網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)或者駐波比：

?設(shè)匹配網(wǎng)絡(luò)的電源端（即除控制單元、傳感器、天線之外，與匹配網(wǎng)絡(luò)相連的其它所有外部電路）的等效電源電壓為V_in，等效電源內(nèi)阻為????????????????????????????????????????????????，則匹配網(wǎng)絡(luò)的電源端的等效輸入阻抗為，、分別表示輸入電阻和輸入電抗，

??，

其中，C₁、C₂、L分別為π型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電容和電感值，是天線的工作頻率，天線的阻抗為，和分別表示天線的電阻和電抗。

負(fù)載（即除天線外的所有電路的負(fù)載）的有功功率為，其中，是最大功率，表達(dá)式為。設(shè)是傳感器測量的匹配網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)，??，即???；????????????????????????

設(shè)傳感器測量匹配網(wǎng)絡(luò)的駐波比為VSWR,則

；?????????????????????????????

2）通過控制單元實(shí)時(shí)控制π型匹配網(wǎng)絡(luò)的電感和電容的值：

由于電感和電容的值是變化的，因此，本發(fā)明采用二進(jìn)制開關(guān)矩陣方法來控制電容和電感的值。

3）當(dāng)天線的環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，需要實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的元件值（即π型匹配網(wǎng)絡(luò)的電感L和電容C₁、C₂的值），使天線快速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)匹配，本發(fā)明采用量子算法，實(shí)時(shí)得到匹配網(wǎng)絡(luò)的最佳元件值，具體步驟為：

（3-1）編碼：將π型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的電感L和電容C₁、C₂的值都用量子染色體進(jìn)行編碼，具體編碼為：

將L、C₁、C₂表示為鏈和鏈；