对讲机天线与主机最佳匹配方法研究

1、 前言

对讲机天线由于尺寸和结构的限制，最坏频点的驻波比通常会大于2，VHF频段甚至可以达到4左右，而主机电路的输出阻抗是以50欧姆为设计指标的，这样，主机与天线阻抗就会不匹配，阻抗失配不仅会使发射机的辐射功率降低，而且也会使辐射的接收灵敏度降低。所以，在主机电路中增加天线匹配电路是十分必要的。但是，由于对讲机采用半双工的通信方式，即，收发电路不同时工作，所以，发射机和接收机输出端口的阻抗并不相同，这样，天线与主机之间的阻抗匹配就需要兼顾接收机和发射机的匹配，本文正是针对这一情况介绍一种主机与天线之间的最佳匹配方法。

2、 设计思路

既然发射机和接收机的输出阻抗不相同，那么在设计天线匹配电路时只要同时兼顾两种阻抗的匹配就是最佳匹配了。要同时匹配两种阻抗，最好的办法是用开关来切换，但是，开关的引入会增加电路的复杂性，同时会降低整机的可靠性，而发射机和接收机都是在50欧姆的阻抗系统中设计和调试完成的，所以，采用一种同时兼顾接收机和发射机阻抗的匹配电路也能达到比较好的匹配效果。只要确定了发射机和接收机的端口阻抗就能找到一种兼顾两种阻抗的匹配电路阻抗。接收机的阻抗可以通过网络分析仪的测量来获得，而发射机功放工作在大信号状态和静态时的阻抗差异较大，所以用网络分析仪无法测量，但是，由于发射机的调试是采用50欧姆的负载阻抗，所以，当发射机输出功率和效率调到最优时其输出阻抗是接近50欧姆的，所以，设计匹配电路时可以假定发射机的阻抗是50欧姆，匹配电路的调整兼顾接收机的阻抗就可以了。

3、 设计实例

下面，以TC600 VHF主机为例验证以上天线匹配电路的设计思路。

步骤一：

用网络分析仪测量接收机和天线的阻抗，测得的数据如下表所列： 测试频点(MHz) 阻抗(Ohm) 150.8715 162.1915 173.5415

步骤二：

用ADS仿真初步确定匹配电路的形式和参数，并用网络分析仪测量匹配后的阻抗，测试数据如下表所示： 测试频点(MHz) 阻抗(Ohm) 150.8715 162.1915 173.5415

步骤三：

分别计算发射机和接收机与天线之间的反射系数，并计算天线在匹配和不匹配时功率损失的差异，计算数据如下表所列： 接收机

工作频率(MHz) 匹配 电压反射系数 功率反射系数 功率传输系数 不匹配 电压反射系数 功率反射系数 功率传输系数 150.8715 0.496 0.246 0.754 0.903 0.815 0.185 162.1915 0.404 0.163 0.837 0.615 0.378 0.622 173.5415 0.618 0.382 0.618 0.688 0.473 0.527 23.25+j30.40 61.50-j8.85 20.47+j5.55 天线+匹配电路 反射系数 0.510/108.75 0.129/-33.30 0.425/164.90 17.10-j71.85 31.50-j39.60 119.30+j2.40 天线 反射系数 0.804/-67.65 0.438/-89.18 0.409/1.05 接收机 阻抗(Ohm) 57.80-j54.10 131.80+j45.80 24.36-j40.40 反射系数 0.453/-55.30 0.500/14.85 0.565/-93.80 功率传输的差值 (dB) 发射机 工作频率(MHz) 匹配 电压反射系数 功率反射系数 功率传输系数 不匹配 电压反射系数 功率反射系数 功率传输系数 功率传输的差值 (dB) 步骤四：

6.102 1.289 1.173 150.8715 0.510 0.260 0.740 0.804 0.646 0.354 3.202 162.1915 0.129 0.017 0.983 0.483 0.233 0.767 1.078 173.5415 0.425 0.181 0.819 0.409 0.167 0.833 -0.074 测试发射机的辐射功率和接收机的辐射灵敏度，验证上述仿真和计算结果的正确性，测试结果如下表所列： 测试频点(MHz) 150.8715 162.1915 173.5415 备注：辐射功率和接收灵敏度的测试受环境因素的影响较大，以上测试的绝对值只能作为一

个参考，但是匹配与不匹配情况的差值是在相同环境下测得的，具有一定的可信度；下图为测试环境的设置。

ANT FREE SPACE 3.5 m

3.5 m 3.5 m HP8921 RADIO 辐射接收灵敏度(dBm) 匹配 -69 -67 -66 不匹配 -65 -66 -65 差值 4 1 1 发射机辐射功率(dBm) 匹配 7.2 -1.1 -7 不匹配 4.8 -2.5 -6.1 差值 2.4 1.3 -0.9 80 cm

RF Cable Audio Cable 4、 结论

从以上测试数据可以看出，仿真和计算的结果与测试结果较为吻合，说明以上假设、测试的数据和设计思路都具有一定的实际意义，可以用于实际产品的设计，而天线匹配电路的调整只有同时兼顾接收机和发射机的阻抗才能获得较为理想的匹配效果。