一种电台和天线一体化通信装置和通信方法

1.本发明属于通信技术领域，涉及短波通信技术，具体为一种用于短波通信的电台和天线一体化通信装置和通信方法。


背景技术：

2.短波通信是无线电通信方式的一种，在远距离通信中，短波通信不需要建立中继站即可实现远距离移动状态下的通信,在短波远距离通信中，电磁波的传播途径主要采用的是天波方式，发射端电磁波通过电离层的一次或多次反射到达接收端；在距离地面上空50千米到几百千米的范围内的大气中，一部分气体分子由于受到太阳辐射及宇宙射线的作用而丢失电子，气体发生电离现象，产生带正电的离子和自由电子，这层大气层称作电离层；相对于其他频段，电离层对短波频段有较好反射特性，地球又是良好的导体，电磁波可以在电离层和地球表面之间的空间产生多次反射，从而用于远距离通信，短波通信适用于背负、车载等移动平台，在现在和将来都是移动平台不可替代的通信方式之一；因此，研究短波通信具有深远的意义。
3.传统的短波通信系统中的短波电台和短波天线是分开设计的，电台的设计原理是将ad釆样的信号经过变频调制器送到功率放大器，功率放大器传输给阻抗变换器，进行阻抗变换后输出至天线，对于大型短波天线由于尺寸较大，天线的阻抗比较容易匹配到对应阻值，阻抗匹配效率相对较高；而对于小型短波天线，由于天线尺寸很小，无法直接与电台的阻值匹配，需要使用阻抗变换器或匹配网络进行匹配，但是通过阻抗变换器或匹配网络都会产生插入损耗，导致电台的功率输出和天线的匹配效率大大降低。


技术实现要素：

4.针对上述现有的短波电台和短波天线是分开设计的，对于小型的短波天线在与电台进行阻抗匹配时会产生插入损耗，导致电台的功率输出和天线的匹配效率大大降低的问题，本发明提出了用于短波通信的电台和天线一体化通信装置和通信方法。
5.本发明去掉了现有电台和小型天线之间的阻抗变换器，将短波电台和短波天线一体化通信连接，实现了短波电台和短波天线的直接匹配，避免了插入损耗的产生，极大地提高了电台与天线之间的匹配效率；其具体技术方案如下：
6.用于短波通信的电台和天线一体化通信装置，包括短波电台、共轭匹配件和短波天线，所述短波电台的输出阻抗端通过共轭匹配件与短波天线的输入阻抗端连接；所述短波电台输出阻抗的实部与短波天线输入阻抗的实部随短波频率同步变化，实现阻抗实部的自动匹配；所述短波电台输出阻抗的虚部和短波天线输入阻抗的虚部通过共轭匹配件实现共轭匹配。
7.进一步限定，所述共轭匹配件是可调电感或可调电容。
8.进一步限定，所述短波电台包括ad采样器、变频调制器和功率放大器，所述ad采样器、变频调制器和功率放大器自前往后依次电连接，所述功率放大器的输出阻抗端通过共
轭匹配件与短波天线的输入阻抗端连接。
9.进一步限定，所述电台上设置有电台第二输出端口，所述功率放大器的输出阻抗端通过电台第二输出端口与共轭匹配件连接。
10.进一步限定，所述短波电台还包括阻抗变换器，所述短波电台上还设置有电台第一输出端口，所述功率放大器通过阻抗变换器与电台第一输出端口连接；所述电台第一输出端口与电台第二输出端口并列设置。
11.进一步限定，所述电台第一输出端口的输出阻抗为50ω，所述电台第二输出端口的输出阻抗为非50ω。
12.进一步限定，所述短波电台和短波天线的工作频率均为3-30mhz。
13.基于上述的用于短波通信的电台和天线一体化通信装置实现用于短波通信的电台和天线一体化的通信方法，包括以下步骤：
14.短波电台输出阻抗的实部与短波天线输入阻抗的实部随短波频率同步变化，实现阻抗实部的自动匹配；短波电台输出阻抗的虚部与短波天线输入阻抗的虚部通过共轭匹配件实现阻抗虚部的共轭匹配，使短波电台输出至短波天线的功率达到最大；达到短波电台输出阻抗与短波天线输入阻抗的调谐，调谐后的阻抗为短波天线输入阻抗。
15.进一步限定，所述步骤还包括：短波电台的输出阻抗通过阻抗变换器将输出阻抗调节至50ω，50ω的输出阻抗成为定阻抗短波天线的输入阻抗。
16.进一步限定，所述短波电台输出阻抗的步骤包括：ad采样器采集电台的信号经变频调制器变频调制后通过功率放大器进行输出。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
18.1、本发明用于短波通信的电台和天线一体化通信装置，其短波电台输出阻抗的实部随短波频率同步变化，实现阻抗实部的自动匹配；短波电台输出阻抗的虚部和短波天线输入阻抗的虚部通过共轭匹配件实现共轭匹配，共轭匹配使得短波电台输出至短波天线的功率达到最大，使短波电台和短波天线直接连接，两者的阻抗自动匹配，省去了现有的短波电台和短波天线之间阻抗匹配的过程，引入的共轭匹配件(可调电感或可调电容)理论上是无耗的，降低了功耗，也减小了短波电台的体积和重量；或者同样体积和重量时，短波电台的使用时间大大延长。
19.2、本发明的短波电台上设置电台第一输出端口和电台第二输出端口，通过电台第二输出端口使得短波电台和短波天线的直接自动匹配，该匹配方式适用于小型短波天线。通过电台第一输出端口使得短波电台的输出功效通过阻抗变换器将阻抗统一调至50ω，通过阻抗变换器将变换的阻抗输出至定阻抗短波天线，该定阻抗短波天线指的是大型短波天线。使得本发明的通信装置既可以满足传统大型短波宽带天线的应用，又可以提高小型短波天线的匹配效率。
附图说明
20.图1为短波电台的结构示意图；
21.图2为现有技术短波天线与电台的连接示意图；
22.图3为本发明短波天线与电台的连接示意图；
23.图4为本发明短波电台的结构示意图；
24.图5为短波电台的功效输出阻抗、鞭天线和环天线的输入阻抗圆图；
25.其中，1-ad采样器，2-变频调制器，3-功率放大器，4-阻抗变换器，5-短波电台，51-电台第一输出端口，52-电台第二输出端口，6-短波天线，7-共轭匹配件。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步地解释说明，但本发明并不限于以下说明的实施方式。
27.参见图1和图2，现有技术中短波电台5是ad采样器1将采集的信号经过变频调制器2进行变频调制，变频调制完成后输出至功率放大器3，之后通过功率放大器3输出至阻抗变换器4，通过阻抗变换器4将短波电台5的输出阻抗调谐至50ω，将调谐完的阻抗输出至短波天线6，使短波电台5与短波天线6匹配，此时，无论短波电台还是短波天线，在实现阻抗匹配到50ω的过程中都会引起插入损耗，使短波电台的功率输出和短波天线的效率大大降低，因为适用于整个短波3-30mhz频段的传输线变压器或阻抗匹配器的效率都不可能很高，其效率介于30～70％之间。所以说现有的短波通信系统中的短波电台5与短波天线由于均要进行阻抗变换(匹配)的原因，导致电台和天线的使用效率下降，增加了电台的功耗和体积，降低了实际通信效果。
28.参见图5，通过实际测试和仿真，结合短波电台的功效输出阻抗、鞭天线以及环天线的输入阻抗圆图，短波电台与短波天线的阻抗实部是一致的，只要将它们的阻抗虚部进行共轭匹配即可以使短波电台5的功率最大输出到短波天线6。基于此原理，本发明提出了用于短波通信的电台和天线一体化通信装置。
29.实施例1
30.参见图3，本实施例用于短波通信的电台和天线一体化通信装置，其包括短波电台5、共轭匹配件7和短波天线6，短波电台5的输出阻抗端通过共轭匹配件7与短波天线6的输入阻抗端连接；短波电台5输出阻抗的实部与短波天线6输入阻抗的实部随短波频率同步变化，实现阻抗实部的自动匹配；短波电台5输出阻抗的虚部和短波天线6输入阻抗的虚部通过共轭匹配件7实现共轭匹配。使得短波电台5的输出阻抗和短波天线6的输入阻抗均根据不同的频率进行不同的选择和调谐，这样做的最大优点是省去了短波电台5和短波天线6分别向50ω的阻抗变换，大大提高了电台和天线的效率，同时引入的共轭匹配件7理论上是无耗的，且简单易行，由此降低了功耗，减小了短波电台的体积和重量；或者同样体积和重量时，短波电台的使用时问大大延长。
31.优选的，本实施例的共轭匹配件7是可调电感或可调电容。
32.参见图4，本实施例的短波电台5包括ad采样器1、变频调制器2和功率放大器3，ad采样器1、变频调制器2和功率放大器3自前往后依次电连接，功率放大器3的输出阻抗端通过共轭匹配件7与短波天线6的输入阻抗端连接。优选的，短波电台5上设置有电台第二输出端口52，功率放大器3的输出阻抗端通过电台第二输出端口52与共轭匹配件7连接。进一步优选的，短波电台5还包括阻抗变换器4，短波电台5上还设置有电台第一输出端口51，功率放大器3通过阻抗变换器4与电台第一输出端口51连接，电台第一输出端口51与定阻抗短波天线连接；电台第一输出端口51与电台第二输出端口52并列设置。
33.其中，电台第一输出端口51的输出阻抗为50ω，电台第二输出端口52的输出阻抗
为非50ω。短波电台5和短波天线6的工作频率均为3-30mhz。
34.实施例2
35.本实施例用于短波通信的电台和天线一体化的通信方法，其是在实施例1的基础上形成的，包括以下步骤：
36.短波电台5输出阻抗的实部与短波天线6输入阻抗的实部随短波频率同步变化，实现阻抗实部的自动匹配；短波电台5输出阻抗的虚部与短波天线6输入阻抗的虚部通过共轭匹配件7实现阻抗虚部的共轭匹配，使短波电台5输出至短波天线6的功率达到最大；达到短波电台5输出阻抗与短波天线6输入阻抗的调谐，调谐后的阻抗为短波天线6输入阻抗。省去了短波电台5和短波天线6分别向50ω的阻抗变换，大大提高了短波电台和短波天线的效率。更适应于小型短波天线，不会增加小型短波天线的体积和重量。
37.步骤还包括：短波电台5的输出阻抗通过阻抗变换器4将输出阻抗调节至50ω，50ω的输出阻抗成为定阻抗短波天线的输入阻抗。为了能够满足与大型宽带天线的收发工作，将短波电台5改装成两个输出端口，一个是传统的匹配到50ω的标准输出的第一输出端口51，另一个是没有匹配到50ω的直接输出的第二输出端口52。使得通信装置既可以满足传统大型短波宽带天线的应用，又可以提高小型短波天线的匹配效率。
38.短波电台5输出阻抗的步骤包括：ad采样器1采集短波电台5的信号经变频调制器2变频调制后通过功率放大器3进行输出。