[0001] 本申请涉及航空器通信系统集成领域，特别是涉及用于短波通信系统的阻抗测量系统和对应的天线调谐装置的优化设计。

[0002] 短波通信是一种长距离通信技术，它可以实现地球上任何两个地点之间的通信，并且可以覆盖大范围的地理区域，因此在无线电通信中，短波通信被广泛应用于海外无线电通信、海洋无线电通信、航空无线电通信、军事无线电通信等领域。

[0003] 航天器的短波通信系统工作频段一般为2.0000MHz‑29.9999MHz，由于信号传输依赖于电离层反射，且天线的输入阻抗会实时变化且变化范围非常大(几百欧姆至几千欧姆)，因此天线调谐设备是否正常工作变得尤为重要，但在实际飞行过程中，会出现天线调谐设备供电电路断开或卡滞等故障，导致高频系统不可用，出现“HF 1/2TRANSMIT”的CAS消息，限制飞行机组远距离下的通信，此为其一；短波通信设备包括高频收发机(安装在电子电气设备舱)、天线调谐装置(垂尾前缘舱底部)和高频天线(与垂尾共形)，由于天线调谐装置安装位置较高，出现故障后维修及维护困难，应尽量避免出现非技术问题的故障，此为其二；另外，高频通信系统是ETOPS重要系统之一，无需中继站，具有很强的抗摧毁性和安全性，具备在特殊环境高生存率的优势，有必要提高远距离通信条件下短波的性能。

[0004] 具体而言，现有的短波通信技术存在下述问题：

[0005] 现有的民用飞机短波通信系统由收发机，天线调谐装置和天线组成。之所以增加天线调谐装置是由于短波通信系统频率较低，如未安装天线调谐装置，则短波天线的尺寸将是几米至几十米才能接收信号，这显然不满足民用飞机设计安装要求。因此，天线调谐装置发挥着至关重要的作用，它的性能好坏将直接影响整个系统的通信效果。

[0006] 现有的天线调谐装置由机箱组装件、射频阻抗匹配网络、阻抗测量传感器电路、控制电路、电源电路五部分组成，其中，阻抗测量传感器电路用来监控与阻抗匹配相关的所有信息，可以探测到整个系统的电阻、相位和驻波比信息，是天线调谐装置设计的关键。但现有的天线调谐器供电和通信采用一根电缆进行传输，且射频功率信号在发射时会对阻抗测量传感器电路造成影响，容易导致内部继电器断开，使天线调谐装置断电，从而造成短波通信系统无法使用，出现“HF TRANSMIT”的CAS消息，增加了机组人员的操作负担，因此有必要采用简单的方式避免上述问题，提高短波通信系统使用体验。

[0007] 举例而言，专利文献(CN217981646U)公开了一种机载天线的阻抗检测电路，该电路包括机载天线、隔离模块、射频信号发射源、电感器、电容器、直流耦合器模拟开关、电压分压模块和电压采样模块，采用了电阻分压原理将机载天线的阻抗值转化为电压值，实现快速精确检测机载天线的阻抗。但上述方案无法消除射频功率信号在发射时对阻抗测量传感器电路造成影响。

[0008] 而论文《一种新型短波矢量阻抗检测设计与实现》提出了一种新型短波矢量阻抗检测设计与实现方法，该新型的设计主要是改变了数据处理算法，即通过直接对采样数据处理，减少对数据进行下变频和希尔伯特变换的计算，使处理算法更加简洁和高效。其出发点是从检测原理出发，解决方式主要是从算法的角度解决，并未对设备硬件电路进行改善。更具体地，阻抗检测电路包括多个模块，该论文是对整个电路的算法进行的改进，并未针对某个模块进行硬件优化设计。

[0009] 因此，存在一种需求，希望能够提供一种能防止天线调谐装置的电路内部中的触发器误触发的优化方案。

[0026] 为了克服现有技术中的所述问题，本申请的方案从使用环境(本方案的使用环境主要为机载环境)出发，对天线调谐系统中阻抗测量系统进行了架构改进，解决了天线调谐子系统误断电的问题。

[0027] 具体而言，本申请提出了一种增加了滤波器电路的阻抗测量系统的设计方案，通过在天线调谐装置的阻抗测量系统中加载滤波器电路设计，防止了电路内部的触发器(例如JK触发器)误触发，从而避免了由此导致的天线调谐装置断电的情况。

[0028] 下面结合附图来详细说明本申请的方案。

[0029] 首先，图1示出了一种天线调谐装置的示意结构图。

[0030] 由图1可知，天线调谐装置主要由阻抗测量参数检测系统(随后简称为“阻抗测量系统”)、控制电路(包括微处理器)和射频阻抗匹配网络组成。

[0031] 阻抗测量系统(或也可称为“阻抗测量电路”)被配置成测试天线的阻抗，并将检测的结果传送到控制电路。

[0032] 控制电路被配置成控制射频阻抗匹配网络的元器件的数值从而实现与检测到的阻抗匹配。

[0033] 射频阻抗匹配网络被配置成根据来自控制电路的控制指令，调整阻抗匹配网络以使得其与阻抗测量系统检测到的阻抗匹配。

[0034] 其中，天线的一切状态参数均由相应的检测系统提供。另外，阻抗测量系统还提供调谐设备的自检测功能。所述自检测功能是阻抗测量系统的常用功能，因此，对此不详细展开。

[0035] 如前所述，在现有技术中，射频功率信号在发射时会对阻抗测量系统的电路造成影响，容易导致内部继电器断开，使天线调谐装置断电。针对该问题，本申请特别设计了一种增加了滤波器的阻抗测量系统。

[0036] 换句话说，为了克服传统的阻抗测量系统的诸如触发器容易误触发的问题，本申请提供了一种通过增加滤波器以防止天线调谐装置断电的设计。

[0037] 具体而言，在图2中示出了根据本申请的一个实施例的增加了滤波器的阻抗测量系统的示意结构图。

[0038] 从总体上来说，所述阻抗测量系统的主要功能是通过对电流及电压取样并将取样数据与基准电路比较来检测阻抗。随后，触发控制电路根据比较的结果来判定是否对阻抗测量系统继续进行上电。

[0039] 具体而言，模块1为电源电路1，在示例中给出的是28V的直流DC电源，其由图1中的天线调谐装置的其他电路模块供给。应该理解，所述电源电路可以根据具体的应用场景进行调整，而不限于此示例。

[0040] 模块2为上电控制电路2，被配置用来直接对电源电路(此示例中为28V直流DC电源)执行上电或下电操作。

[0041] 模块3为触发控制电路3，被配置用来根据所述阻抗测量系统的输出来决定是否对阻抗测量系统进行上电准备。模块3与模块2的不同之处为：模块3增加了逻辑处理电路，其接收阻抗测量系统的输出逻辑信息。

[0042] 电流取样比较电路，被配置用于对电流取样并将取样数据与基准电流进行比较，其包括(第一)电流取样模块和电流比较模块。

[0043] 电压取样比较电路，被配置用于对电压取样并将取样数据与基准电压进行比较，其包括(第一)电压取样模块和(第一)电压比较模块。

[0044] 模块4为阻抗测量系统内加载的滤波器4，这是一种新提出来的设计。如图所示，所述滤波器与所述电源电路、所述电流取样比较电路以及所述电压取样比较电路相连，主要被配置用来滤除射频杂波以减小射频的干扰。

[0045] 具体而言，所述滤波器是由与电源电路、电流取样比较电路和电压取样比较电路相连的第一滤波器和与第一滤波器以及电流取样比较电路相连的第二滤波器组成。

[0046] 第一滤波器为低通电感/电容滤波器，主要用于滤除电路中的电抗性参数，使得进入到电流取样比较电路和电压取样比较电路中的尽可能为纯电流和电压，例如，用于调节功率因数和一致RF输入和泄漏，但是射频网络不受影响。

[0047] 而第二滤波器被用于将射频杂波滤除，减小射频的干扰。

[0048] 在图3中进一步示出了所增加的滤波器的具体示例电路结构。

[0049] 如图所示，该滤波器的电路可包括低通电感/电容的第一滤波器和由二极管、第一电阻R1、第一电感L1、电容C1和压敏电阻组成的第二滤波器。

[0050] 其中，iS为信号源电流，即来源于阻抗测量系统的原始供电信号；iL为频繁关闭天线调谐装置电源或频繁切换调谐频率时导致的射频干扰产生的电流；iC为有源滤波器产生的电流，iN为最终输入到比较模块中的电流。

[0051] 图3中的第一电阻、第一电感和电容为模拟带通滤波器电路的经典架构，可通过检测电源电流中的谐波电流，动态调整第二滤波器中的压敏电阻，从而高效解决射频干扰，即滤波掉iL，使在发射模式下通过第一电感L1的电流维持在正常水平，从而避免误触发触发器，避免调谐过程中断电情况的出现。

[0052] 通过引入上述结构的滤波器，使得通过第一滤波器进入到电流取样比较电路和电压取样比较电路中的尽可能为纯电流和电压，同时又可通过动态调整第二滤波器中的压敏电阻，从而高效解决射频干扰。

[0053] 在一个较佳实施例中，所述阻抗测量电路除了可以增加滤波器之外，还可以进一步对电流取样电路和电压取样电路以及其他电路部分进行改进，使得所述阻抗测量系统的检测结果更加精确。其改进的电路结构如图4所示。

[0054] 图4示出了根据本申请的一个实施例的经优化的阻抗测量系统的示意结构图，在该阻抗测量系统中不仅加载了滤波器，而且还对电路的其他部分进行了改进。

[0055] 具体而言，如图所示，所述改进的阻抗测量系统相较于传统方案主要增加了下述组件：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、滤波器、电压基准2、第二电压比较模块N2、第三电压比较模块N3、第二电阻R2、第二电感L以及触发器N5。为了清楚起见，所述新增的组件在图4中用红色标识出。所述改进主要包括下述几个方面：

[0056] 1.与传统阻抗测量系统相比改进了电流取样比较电路，使得电流比较误差更小。在新改进的电路中，所述电流取样比较电路包括第一电流取样模块、第二电感L、第二电流取样模块和电流比较模块N4。第二电感L可被设计为可变电感。在所述第一电流取样模块初次电流取样完毕之后，电流经过所述第二电感，导致电流差增大，随后所述第二电流取样模块再次对所述电流取样，最后，所述电流比较模块将初次取样的电流与再次取样的电流进行比较。经过这样的处理使得电流的区分度变得更加明显，进而输出的数值将更加准确；

[0057] 2.与传统阻抗测量系统相比改进了电压取样比较电路，新增了两路电压取样比较电路，使得电压比较误差更小。具体而言，首先，在原先由第一电压基准模块、第一电压比较模块N1组成的第一路电压比较电路基础上，新增了由第二电压基准模块、第二电压比较模块N2以及串联的第二电阻R2组成的第二路电压比较电路，以及由与第一电压比较模块N1和第二电压比较模块N2相连的第三电压比较模块N3组成的第三路电压比较电路。

[0058] 其中，所述第三电压比较模块N3将来自所述第一路电压比较电路的比较结果与来自所述第二路电压比较电路的比较结果再次进行比较，以保证输出结果的精确性。

[0059] 这样，新增的这些电路使得在收到需要调谐的频率指令后，将由原来的仅比较一路电压改为同时比较两路电压，并且再次通过第三电压比较模块N3这一电路，即电压比较模块N2和电压比较模块N3起到了“校对”作用；

[0060] 3.新电路与传统阻抗测量电路相比增加了滤波器的设计，详见图2和3，该滤波器进一步防止了在飞行过程中由于频繁切换频率使用高频系统而产生的射频信号带给阻抗测量系统的干扰；

[0061] 4.新增了第一开关K1，可同时控制第一电压基准和第二电压基准两路信号，它在系统处于发射模式时自动闭合，作用是在闭合时同时控制两路电压比较电路；

[0062] 新增了第二开关K2，用来控制电源电路的接通；

[0063] 新增了第三开关K3，用来控制电流取样比较电路，其在维护或测试模式下自动闭合。

[0064] 因此，综上所述，K、K2和K3开关是根据电流比较结果、电压比较结果的输出是否触发触发器N5来实现自动断开和关闭的。

[0065] 新增了触发器N5，其设计为用来比较来自所述电流取样比较电路的比较结果和来自所述电压取样比较电路的比较结果，以区分在不同模式下应该断开/闭合K1、K2、K3中的哪个开关。其中，当电流取样比较电路输出为低电平，电压取样比较电路输出为高电平或者无输入时，触发器N5触发；当电流取样比较电路输出为高电平，电压取样比较电路输出为高电平时，触发器N5保持原有状态。

[0066] 除了上述这些方面之外，所述改进的阻抗测量系统还包括下述一些改进设计：

[0067] 5.系统初始状态时，不管是处于发射还是维护测试状态，系统均将使用电源电路，后续根据不同的比较结果则断开关闭不同的开关，即：在维护或测试模式下，不需要执行调谐工作，要断开电源电路供电；在发射模式下，需要执行调谐工作，需持续使用电源电路供电。

[0068] 6.根据设计经验及应用场景，通过第二开关K2与电源电压+28V DC相连的稳压器内部将电压稳定至‑4dB，并可通过并联的第二电阻R2将电压稳定至‑6dB。

[0069] 在了解了本申请的经优化的阻抗测量系统的具体电路结构之后，下面介绍下所述经优化的阻抗测量系统的各种工作模式及应用实例。总体来说，所述工作模式包括：维护模式、测试模式和发射模式。根据其工作状态，存在下述三种应用实例：

[0070] a)当系统处于维护或测试模式不需要执行调谐工作，此时不会有射频干扰。第三开关K3自动闭合，所述电源电路向所述阻抗测量系统供电，例如可由收发机向天线调谐系统的阻抗测量系统提供28V直流电压。

[0071] 稳压器内部包含并联的第三电阻(未示出)，二者将电压稳定在‑

[0072] 4dB。由于此时处于测试状态，不存在收发机预设的频率，此时电流会经过最上方路径。由于测试状态下经过第二电感L的电流较小，经过第二电感L的电流较小，导致在所述第二电感的两端处的取样电流差也较小，因此，电流比较模块N4将会输出低电平，此时触发触发器

[0073] N5，使其继续输出低电平，断开28V电源电路的供电，无法执行调谐工作。

[0074] b)当系统处于发射模式且无射频干扰时，则第一开关K1自动闭合，所述电源电路向所述阻抗测量系统供电，例如可由收发机向天线调谐系统的阻抗测量系统提供28V直流电压。稳压器内部包含并联的第三电

[0075] 阻，二者将电压稳定在‑4dB。收发机将需要调谐到的频率发送给频分器，其内部的变压器会提供与不同频率的射频信号成正比的电压信

[0076] 号，并传递至射频阻抗匹配网络中以设置不同的电抗元器件数值，从而实现不同频率下的调谐。与此同时，由于该电路并联使用了第二电阻R2，该频率产生两个电压基准：电压基准1和电压基准2。此时输入电压信号在两个电压基准范围中，第一电压比较模块N1输出高电

[0077] 平，第二电压比较模块N2输出高电平，第三电压比较模块N3输出高电平。在发射状态下经过第二电感L的电流较大，导致在第二电感L两端的取样电压差将增大，进而使电流比较模块N4输出高电平，此时触发器N5输出高电平，使其输出为高电平，因而无法触发JK触发器N5，触发器输出维持原来状态，即输出为高电平，进而使第一开关

[0078] K1、第二开关K2持续闭合，为执行调谐工作持续提供电源电路的供电电流。

[0079] c)当系统处于发射模式且存在射频干扰，则第一开关K1自动闭合，所述电源电路向所述阻抗测量系统供电，例如可由收发机向天线调谐系统的阻抗测量系统提供28V直流电压。第一电压比较模块N1、第二电压比较模块N2和第三电压比较模块N3的工作状态和应用实例b是一样的，即第一电压比较模块N1输出高电平，第二电压比较模块N2输出高电平，第三电压比较模块N3输出高电平。但是射频干扰会导致发射状态下经过第二电感L的电流偏小，这就导致出现和应用实例a)相同的场景，即触发触发器N5，使其输出低电平，断开了电源电路的供电。此时滤波器将射频杂波滤除，减小射频的干扰，使阻抗测量系统正常工作，维持应用实例b)的场景。

[0080] 综上所述，本申请给出了一种加载了滤波器的阻抗测量系统，以及包括该阻抗测量系统的天线调谐装置的优化设计。本申请相比于现有技术，具有如下有益效果：通过在天线调谐装置的阻抗测量电路中加载滤波器电路设计，防止电路内部的JK触发器误触发，从而避免天线调谐装置断电，大大降低在远距离通信过程中高频通信系统的未接通率，有效保证了远距离通信环境下的短波系统可用性。

[0081] 虽然以上描述了不同的实施例，但应当理解的是它们只是作为示例而非限制。(诸)相关领域的技术人员将领会，在不偏离如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面进行各种修改。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。