[发明专利]采用量子算法的射频天线阻抗自适应匹配装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于神经网络及电子电路工程领域,涉及一种采用量子算法的射频天线阻抗自适应匹配装置及方法。

背景技术

天线作为射频系统重要的组成部分，直接影响着系统的性能和稳定性。工作环境的变化，与人体之间相对位置的变化，都会影响到天线的输入阻抗，这种易变性会造成系统功率模块的损坏，产生的反向功率甚至会烧穿绝缘层。

随着科技的进步，信息时代的来临，以移动通信设备为主导的消费电子产品日益普及，目前终端设备上应用了更多的频段，而由于终端设备空间有限，往往将多个频段集中到一个主天线上，同时牺牲了一些天线的性能，以覆盖更宽的频段。终端设备只能使用一个天线，所采用的匹配网络只能应用其中的某一个频段，从而造成天线在其他的频段下失配。这些方面的失配会加大功耗，降低天线灵敏度，影响设备待机时间和通讯时间。以如今的手持移动设备为例，天线的设计空间被压缩的极小，牺牲了天线的大量性能，天线功率传输效率能超过50%都算极佳的匹配效果，Nokia公司的手机天线平均功率传输效率仅20%左右，而滑盖手机甚至只有10%。

针对这种低效率功率传输问题，阻抗匹配技术被国内外学者提出，以实现功率的最大输出。要实现最大功率负载阻抗匹配，通常做法是在源和负载之间再插入一个无源网络，这种无源网络通常被视为匹配网络。然而它们的功能并不仅仅是完成功率传输最大化，匹配网络还具有：减小噪声干扰，提高功率容量和提高频率响应的线性度等功能。

传统的阻抗匹配技术所采用的是插入一个固定匹配网络，只针对某一点频率设计，一旦该匹配网络应用到射频或宽频领域时就会失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种采用量子技术的射频天线的自适应阻抗匹配装置及方法，适用于各射频天线，可确保在源级和负载之间形成最小反射，实现功率传输最大化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种采用量子算法的射频天线阻抗自适应匹配装置，包括传感器测量单元、控制单元和匹配单元，传感器测量单元与控制单元电连接，控制单元与匹配单元电连接，匹配单元与传感器测量单元电连接，匹配单元外接天线。

进一步，所述匹配单元的匹配网络优选为π型阻抗匹配网络，π型阻抗匹配网络包括电感L、电容C₁、电容C₂。

进一步，控制单元控制匹配网络的电感L、电容C₁、电容C₂的数值, 控制单元由电感L、电容C₁、电容C₂的各控制开关的控制时钟组成,属于现有技术。

一种采用量子算法的射频天线阻抗自适应匹配装置进行阻抗自适应匹配的方法，包括以下步骤：

1）通过传感器测量匹配网络的反射系数或者驻波比：

 设匹配网络的电源端（即除控制单元、传感器、天线之外，与匹配网络相连的其它所有外部电路）的等效电源电压为V_in，等效电源内阻为                                                ，则匹配网络的电源端的等效输入阻抗为，、分别表示输入电阻和输入电抗，

  ，

其中，C₁、C₂、L分别为π型阻抗匹配网络的电容和电感值，是天线的工作频率，天线的阻抗为，和分别表示天线的电阻和电抗。

负载（即除天线外的所有电路的负载）的有功功率为，其中，是最大功率，表达式为。设是传感器测量的匹配网络的反射系数，  ，即   ；                        

设传感器测量匹配网络的驻波比为VSWR,则

；                             

2）通过控制单元实时控制π型匹配网络的电感和电容的值：

由于电感和电容的值是变化的，因此，本发明采用二进制开关矩阵方法来控制电容和电感的值。

3）当天线的环境发生变化时，需要实时自适应调整匹配网络的元件值（即π型匹配网络的电感L和电容C₁、C₂的值），使天线快速而准确地实现匹配，本发明采用量子算法，实时得到匹配网络的最佳元件值，具体步骤为：

（3-1）编码：将π型阻抗匹配网络的电感L和电容C₁、C₂的值都用量子染色体进行编码，具体编码为：

将L、C₁、C₂表示为链和链；