输出阻抗的计算设备

技术领域

本发明涉及无线射频技术领域，特别是涉及一种输出阻抗的计算设备。

背景技术

在高速网络信号中，阻抗匹配主要用于传输线上，以此来达到高频和微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升电路的能源效益。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小且相位相同，分别为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，因此简称为阻抗匹配。

目前市面的阻抗匹配设计主要方式是在电路的设计过程中，提前计算好阻抗参数与天线参数，在实际的生产后根据具体的板卡测试参数，调节无线输出后端用于匹配电路设计的各项元件参数，并通过多次的阻抗测试与调节匹配参数，以此来实现输入与输出阻抗匹配。

由于阻抗的设计在生产前期与生产中，已计算并调节好相关的阻抗匹配参数，硬件设计已固定，但当后期天线因老化或调整参数变更后，整个系统无法实现阻抗参数的动态调整，当后期天线参数变更后，电路无法有效的识别并调整LORAWAN输出信号的阻抗参数。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种输出阻抗的计算设备。

本发明实施例提供一种输出阻抗的计算设备，所述输出阻抗的计算设备包括：控制单元、调节单元、LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元、匹配单元和发射天线，其中：所述控制单元分别与所述LORA发射单元、所述第一阻抗计算单元、所述第二阻抗计算单元和所述调节单元相连，所述LORA发射单元分别与所述第一阻抗计算单元和所述匹配单元相连，所述匹配单元通过所述第二阻抗计算单元与所述发射天线相连；

所述控制单元用于发送无线信号；

所述LORA发射单元用于将所述无线信号转换成LORA信号；

所述第一阻抗计算单元用于根据所述LORA信号，计算输入阻抗；

所述第二阻抗计算单元用于根据所述LORA信号，计算输出阻抗；

所述控制单元用于根据所述输入阻抗和所述输出阻抗，计算反射系数，并根据所述发射系数，计算驻波系数；

所述调节单元用于根据所述驻波系数和所述反射系数，对电路中的阻抗进行调节。

可选地，所述第一阻抗计算单元用于采用遗传算法与闭环算法，根据所述LORA信号，计算所述输入阻抗。

可选地，所述所述第二阻抗计算单元用于采用遗传算法与闭环算法，根据所述LORA信号，计算所述输出阻抗。

可选地，所述控制单元用于根据如下公式，计算反射系数，具体包括：

R＝(Z

可选地，所述控制单元用于根据所述发射系数，计算驻波系数，具体包括：

VSWR＝(1+R)/(1-R)，其中，VSWR为驻波系数。

可选地，所述调节单元用于调节电路的LCR阻抗参数，计算出发射系数R＝0与驻波系数VSWR＝1时的LCR参数值，调节并计算电路的阻抗值，直至实测的反射系数R＝0，驻波系数VSWR＝1时，进行电路的阻抗匹配。

可选地，所述第一阻抗计算单元还用于计算PCB线端阻抗，具体包括：

其中：

Z0:线路阻抗；

t:单端微带线的铜厚；

h:单端微带线到参考地的厚度；

Eε：微带线到参考地层介质的介电常数。

可选地，所述第一阻抗计算单元用于根据所述LORA信号，计算输入阻抗，具体包括：

其中，Z

可选地，所述第二阻抗计算单元用于根据所述LORA信号，计算输出阻抗，具体包括：

Z＝Z

其中，Z

可选地，所述无线信号为无线频率为470-510MHz区间的变量定频、定功率的无线测试信号。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例提供的输出阻抗的计算设备，输出阻抗的计算设备包括：控制单元、调节单元、LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元、匹配单元和发射天线，其中：控制单元分别与LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元和调节单元相连，LORA发射单元分别与第一阻抗计算单元和匹配单元相连，匹配单元通过第二阻抗计算单元与发射天线相连；控制单元用于发送无线信号；LORA发射单元用于将无线信号转换成LORA信号；第一阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输入阻抗；第二阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输出阻抗；控制单元用于根据输入阻抗和输出阻抗，计算反射系数，并根据发射系数，计算驻波系数；调节单元用于根据驻波系数和反射系数，对电路中的阻抗进行调节，实现了在LORAWAN无线网络应用中，无线网络输出端阻抗的计算与自动阻抗参数调整，从而实现线路中输入端与输出端阻抗的匹配平衡，提高无线电信号的输出质量、降低整机的输出功耗，减小谐波干扰。

附图说明

图1是本发明的一种输出阻抗的计算设备实施例的结构示意图；

图2是本发明的又一种输出阻抗的计算设备实施例的结构示意图；

图3是本发明的PCB线端阻抗的计算示意图；

图4是本发明的匹配电路阻抗的计算示意图；

图5是本发明的再一种输出阻抗的计算设备实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本发明的一种输出阻抗的计算设备实施例的示意图，输出阻抗的计算设备包括：控制单元101、调节单元102、LORA发射单元103、第一阻抗计算单元104、第二阻抗计算单元105、匹配单元106和发射天线107，其中：控制单元分别与LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元和调节单元相连，LORA发射单元分别与第一阻抗计算单元和匹配单元相连，匹配单元通过第二阻抗计算单元与发射天线相连；

控制单元用于发送无线信号；

LORA发射单元用于将无线信号转换成LORA信号；

第一阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输入阻抗；

第二阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输出阻抗；

控制单元用于根据输入阻抗和输出阻抗，计算反射系数，并根据发射系数，计算驻波系数；

调节单元用于根据驻波系数和反射系数，对电路中的阻抗进行调节。

可选地，第一阻抗计算单元用于采用遗传算法与闭环算法，根据LORA信号，计算输入阻抗。

可选地，第二阻抗计算单元用于采用遗传算法与闭环算法，根据LORA信号，计算输出阻抗。

可选地，控制单元用于根据如下公式，计算反射系数，具体包括：

R＝(Z

可选地，控制单元用于根据发射系数，计算驻波系数，具体包括：

VSWR＝(1+R)/(1-R)，其中，VSWR为驻波系数。

可选地，调节单元用于调节电路的LCR阻抗参数，计算出发射系数R＝0与驻波系数VSWR＝1时的LCR参数值，调节并计算电路的阻抗值，直至实测的反射系数R＝0，驻波系数VSWR＝1时，进行电路的阻抗匹配。

图3是本发明的PCB线端阻抗的计算示意图，第一阻抗计算单元还用于计算PCB线端阻抗，即对PCB单端微带线做输入阻抗计算得出：

其中：

Z0:线路阻抗；

t:单端微带线的铜厚；

h:单端微带线到参考地的厚度；

Eε：微带线到参考地层介质的介电常数。

图4是本发明的匹配电路阻抗的计算示意图，第一阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输入阻抗，即对匹配电路做输入阻抗计算：

其中，Z

可选地，第二阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输出阻抗，具体包括：

Z＝Z

其中，Z

具体地，无线辐射功率与天线辐射电阻的计算：

总辐射功率为

以p＝E

其中

因此代入后计算可得总辐射功率：

由定义可知辐射电阻为辐射功率除以电流的平方，得到辐射电阻阻抗的一般公式为：

综上可得，线路在接入天线后的总阻抗为:

Z＝Z

其中，Z

当射频电路的输出阻抗Z

可选地，无线信号为无线频率为470-510MHz区间的变量定频、定功率的无线测试信号。

图2是本发明的又一种输出阻抗的计算设备实施例的结构示意图，如图2所示，该输出阻抗的计算设备包括：

控制单元：系统的核心控制区域；

LORA发射单元：通过控制单元的控制调度，将控制单元的信息以LORA无线网络的形式发出接收LORA信号；

阻抗计算：包括第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元，由独立的计算单元负责采集线路上的负载信息，通过计算得出线路的阻抗值；

匹配电路(匹配单元)：由固定的电阻、电感、电容与PCB线路等构成，相关的参数均在设计与生产的时候已固定且不可更改；

发射天线：负载天线，负责信号的传递与接收；

调节电路(调节单元):通过串并联的方式与匹配电路相结合，用来做输出线路阻抗的调节，由控制单元做直接控制，主要组成元件有可变电容、可变电阻、可变电感、变容二极管等构成。

切换开关：由控制单元来控制匹配电路的匹配电路单元与阻抗计量单元、发射天线单元之间的连接。

图5是本发明的再一种输出阻抗的计算设备实施例的示意图，如图5所示，LORAWAN网络采用的是在470MHz-510MHz频段内，多组固定频率的无线电频率发射频率发射相关数据；

通过控制单元控制LORA发射单元，发射出无线频率为f＝470MHz的定频、定功率的无线测试信号；

控制单元控制切换开关-1，将LORA发射单元的输出端连接至阻抗计算端(第一阻抗计算单元)，通过阻抗计算单元(第一阻抗计算单元)的遗传算法与闭环算法，算出LORA发射单元的发射功率与输出匹配阻抗Z

控制单元控制切换开关-2，将LORA发射单元的输出连接至匹配电路，再将匹配电路的输出端连接至发射天线，并通过第二阻抗计算单元的遗传算法与闭环算法计算出负载电路的实际输出阻抗Z

控制单元通过计算得出输出阻入阻抗Z

通过控制单元控制调节电路的LCR阻抗参数，计算出发射系数R＝0与驻波系数VSWR＝1时的LCR参数值，调节并计算电路的阻抗值，直至实测的反射系数R＝0，驻波系数VSWR＝1时，实现电路的阻抗匹配，并调节电路的调节参数值记录在控制单元的链表单元中；

通过控制单元控制LORA发送单元，发射出无线频率为470-510MHz区间的变量定频、定功率的无线测试信号，按照上述步骤得出在不同频率下的阻抗匹配参数，并将相关的配置参数保存在数据库中；

当控制单元需要发射指定频率或调频的无线LORA的射频信号时，只需通过软件修正相关调节电路参数，即可实现对输出阻抗的调整；

调节电路元件、匹配电路元件与PCB线路等相关参数，在使用达到一定的年限或收到外界环境干扰后，会出现元器件参数衰减或凸变的情况，此时通过定期的电路自检并记录相关阻抗调整参数，即可实现负载线路的阻抗智能匹配功能。

通过本发明实施例，可以准确的计算出线路中的输入输出阻抗，并通过相关的电路设计，实现了线路通过调节电路做动态的参数调整，还可以对阻抗做动态匹配。

本发明实施例提供的输出阻抗的计算设备，输出阻抗的计算设备包括：控制单元、调节单元、LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元、匹配单元和发射天线，其中：控制单元分别与LORA发射单元、第一阻抗计算单元、第二阻抗计算单元和调节单元相连，LORA发射单元分别与第一阻抗计算单元和匹配单元相连，匹配单元通过第二阻抗计算单元与发射天线相连；控制单元用于发送无线信号；LORA发射单元用于将无线信号转换成LORA信号；第一阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输入阻抗；第二阻抗计算单元用于根据LORA信号，计算输出阻抗；控制单元用于根据输入阻抗和输出阻抗，计算反射系数，并根据发射系数，计算驻波系数；调节单元用于根据驻波系数和反射系数，对电路中的阻抗进行调节，实现了在LORAWAN无线网络应用中，无线网络输出端阻抗的计算与自动阻抗参数调整，从而实现线路中输入端与输出端阻抗的匹配平衡，提高无线电信号的输出质量、降低整机的输出功耗，减小谐波干扰。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、电子设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理电子设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理电子设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理电子设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理电子设备上，使得在计算机或其他可编程电子设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程电子设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者电子设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者电子设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者电子设备中还存在另外的相同要素。