本發(fā)明屬于射頻，特別是一種低損耗高精度阻抗檢測(cè)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(shì)，新一代無(wú)線電系統(tǒng)越來(lái)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(gè)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(dǎo)致天線處的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗動(dòng)態(tài)變化。這種變化將使功放負(fù)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(fù)載變化引起的pa(功率放大器)性能下降，可以在pa和負(fù)載之間放置隔離器，但這種解決方案增加了發(fā)射機(jī)的損耗、體積和成本，并且對(duì)于天線陣列來(lái)說(shuō)不切實(shí)際。還有一種方法是在pa和負(fù)載之間放置可重構(gòu)的匹配網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)就需要阻抗檢測(cè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載阻抗的測(cè)量，以補(bǔ)償負(fù)載的變化，恢復(fù)pa性能。

2、目前，對(duì)于負(fù)載阻抗的檢測(cè)方法，比如通過(guò)采集定向耦合器耦合出的入射電壓波信號(hào)和反射電壓波信號(hào)來(lái)測(cè)量反射系數(shù)，然而在信號(hào)通路中級(jí)聯(lián)耦合器對(duì)輸出匹配的實(shí)現(xiàn)不起作用，因此會(huì)導(dǎo)致額外的尺寸和損耗增加?；蛘咄ㄟ^(guò)電容耦合提取短距離傳輸線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的矢量電壓來(lái)測(cè)量反射系數(shù)，然而電容值過(guò)大會(huì)增大阻抗檢測(cè)帶來(lái)的功率損耗，電容值過(guò)小會(huì)影響阻抗檢測(cè)的精度且難以實(shí)現(xiàn)，且電容耦合的結(jié)構(gòu)會(huì)給阻抗測(cè)量引入誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

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

2、實(shí)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(cè)電路，所述電路包括信號(hào)傳感電路和六端口檢測(cè)電路；

3、所述信號(hào)傳感電路的輸入端與放大器的輸出端連接，所述信號(hào)傳感電路的輸出端與天線負(fù)載連接，所述信號(hào)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(hào)；

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

5、進(jìn)一步地，所述信號(hào)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(hào)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(guò)所述傳輸線1連接，所述耦合線1的port3作為所述信號(hào)傳感電路的耦合端a，所述耦合線1的port4開(kāi)路；所述耦合線2的port2作為所述信號(hào)傳感電路的輸出端，所述耦合線2的port3開(kāi)路，所述耦合線2的port4作為所述信號(hào)傳感電路的耦合端b。

6、進(jìn)一步地，所述六端口檢測(cè)電路包括一個(gè)功分器和三個(gè)定向耦合器；所述三個(gè)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(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端；

7、所述功分器的輸入端作為所述六端口檢測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)負(fù)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)電路的阻抗檢測(cè)方法，所述方法包括：

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

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

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

14、進(jìn)一步地，所述六端口檢測(cè)電路兩個(gè)輸入端的矢量電壓信號(hào)的相位差的計(jì)算公式為：

15、

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

17、進(jìn)一步地，六端口檢測(cè)電路兩個(gè)輸入端的矢量電壓信號(hào)的幅值比ε的計(jì)算公式為：

18、

19、進(jìn)一步地，對(duì)于信號(hào)傳感電路，僅考慮輸入輸出端口時(shí)，將其看作一個(gè)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(dāng)二端口網(wǎng)絡(luò)中端口2開(kāi)路時(shí)，向端口1往里的輸入阻抗；z22表示當(dāng)二端口網(wǎng)絡(luò)中端口1開(kāi)路時(shí)，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(hào)傳感電路的輸入端和輸出端的矢量電壓信號(hào)的幅值比、相位差與天線負(fù)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(fù)載阻抗zl。

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

26、(1)本發(fā)明的信號(hào)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(hào)傳感電路通過(guò)控制耦合線的耦合間距調(diào)節(jié)耦合信號(hào)的強(qiáng)弱，在保證測(cè)量精度的同時(shí)減小因阻抗檢測(cè)帶來(lái)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(hào)傳感電路對(duì)待測(cè)天線負(fù)載阻抗的影響，在已知信號(hào)傳感電路中傳輸線的特征阻抗和電長(zhǎng)度的情況下，可以通過(guò)阻抗變換進(jìn)行校準(zhǔn)，從而提高測(cè)量精度。

29、(4)本發(fā)明的六端口阻抗檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可以實(shí)現(xiàn)寬帶結(jié)構(gòu)。

30、下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種低損耗高精度阻抗檢測(cè)電路，其特征在于，所述電路包括信號(hào)傳感電路和六端口檢測(cè)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(cè)電路，其特征在于，所述信號(hào)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(hào)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(guò)所述傳輸線1連接，所述耦合線1的port3作為所述信號(hào)傳感電路的耦合端a，所述耦合線1的port4開(kāi)路；所述耦合線2的port2作為所述信號(hào)傳感電路的輸出端，所述耦合線2的port3開(kāi)路，所述耦合線2的port4作為所述信號(hào)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(cè)電路，其特征在于，所述六端口檢測(cè)電路包括一個(gè)功分器和三個(gè)定向耦合器；所述三個(gè)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(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端；

4.基于權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述低損耗高精度阻抗檢測(cè)電路的阻抗檢測(cè)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(cè)方法，其特征在于，所述六端口檢測(cè)電路兩個(gè)輸入端的矢量電壓信號(hào)的相位差的計(jì)算公式為：

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

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻抗檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)于信號(hào)傳感電路，僅考慮輸入輸出端口時(shí)，將其看作一個(gè)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(kāi)了一種低損耗高精度阻抗檢測(cè)電路及方法。阻抗檢測(cè)電路包括信號(hào)傳感電路和六端口檢測(cè)電路。信號(hào)傳感電路的輸入端與放大器的輸出端連接，信號(hào)傳感電路的輸出端與天線負(fù)載連接。六端口檢測(cè)電路的輸入端A與信號(hào)傳感電路的耦合端A連接，六端口檢測(cè)電路的輸入端B與信號(hào)傳感電路的耦合端B連接，六端口檢測(cè)電路的四個(gè)輸出端分別與功率檢波器連接。通過(guò)信號(hào)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(cè)電路的輸入端A和輸入端B，利用六端口檢測(cè)電路四個(gè)輸出端口所連接的功率檢波器的輸出，計(jì)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(jìn)而得到天線負(fù)載的阻抗。本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且通過(guò)傳感電路耦合用于阻抗檢測(cè)的信號(hào)功率小，減小了由于阻抗檢測(cè)帶來(lái)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(cè)量精度。

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