CN101872010A - 北斗/gps信号功分器及其制造方法和双系统射频接收模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种北斗/GPS信号功分器，它采用信号正交输出的功分结构，其输入端接收来自北斗/GPS双模天线的信号，该信号一路直接输出，另一路通过耦合电路输出；在所述的输出端分别设有高通滤波电路和低通滤波电路将北斗、GPS两种卫星信号分开。本发明还公开了这种北斗/GPS信号功分器的制造方法，和采用这种方法制成功分器的北斗/GPS双系统射频接收模块，这样可将该单芯片功分器运用到北斗/GPS射频接收模块上时，可集成到一个PCB板子上，体积小，也提高了射频接收模块的接收灵敏度和可靠性，同时实现北斗一代波段和GPS波段载波变换的北斗一代/GPS双系统射频接收模块的出现。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频接收模块，具体地说是涉及一种采用新型制造工艺制出的北斗/信号功分器、能够同时接收北斗和GPS两种卫星信号，并对两种卫星信号进行载波变换的双系统射频接收模块。
背景技术
北斗导航系统是我国独立自主建立的卫星导航系统，它的研制成功标志着我国打破了美，俄在此领域的垄断地位，北斗导航系统的主要有定时，通讯，授时这三大功能。
北斗一代卫星应用技术已相当成熟，GPS卫星技术更是大量应用，但是尚未出现能兼容北斗一代和GPS双系统载波变换的射频接收模块，能同时实现将GPS波段和北斗一代波段的卫星信号载波变换到合适的中频上。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、能够同时接收北斗和GPS两种卫星信号，并对两种卫星信号进行载波变换的双系统射频接收模块。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种北斗/GPS信号功分器，它采用信号正交输出的功分结构，其输入端接收来自北斗/GPS双模天线的信号，该信号一路直接输出，另一路通过耦合电路输出；在输出端分别设有高通滤波电路和低通滤波电路将北斗、GPS两种卫星信号分开。
一种制造功分器的方法，将北斗/GPS信号功分器通过ADS进行电路仿真，采用CMOS工艺制成单芯片功分器。
一种采用上述方法而制成功分器的北斗/GPS双系统射频接收模块，它能同时接收北斗卫星信号和GPS卫星信号，并对两种卫星信号进行载波变换，它包括：
北斗/GPS信号功分器，其分别与北斗射频接收单元和GPS射频接收单元相连接，它将由北斗/GPS双模天线接收到的北斗卫星信号和GPS卫星信号分成两路；
北斗射频接收单元，其与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的北斗卫星信号送入北斗低噪声放大电路，所述的北斗低噪声放大电路与北斗混频电路相连接；经过北斗混频电路，北斗卫星信号变成北斗中频信号，将所述北斗中频信号送入北斗中频放大器，所述的北斗中频放大器与北斗自动增益控制电路相连接，北斗自动增益控制电路与北斗A/D转换电路相连接；
GPS射频接收单元，其与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的GPS卫星信号依次通过GPS低噪声放大电路Ⅰ和GPS镜频抑制滤波器，所述的GPS滤波电路与GPS下变频处理芯片相连接。
上述的北斗射频接收单元采用二次下变频结构，北斗混频电路为北斗二次下变频电路。
上述的北斗二次下变频电路包括一级下变频电路和二级下变频电路，一级下变频电路和二级下变频电路均与由晶振和频率合成器组成的本振电路相连接；一级下变频电路包括北斗镜频抑制滤波器和北斗一次混频电路；二级下变频电路包括频道选择滤波器Ⅱ和北斗二次混频电路。
上述的北斗低噪声放大电路包括第一级低噪声放大器和第二级低噪声放大器，第一级低噪声放大器通过频道选择滤波器Ⅰ与第二级低噪声放大器相连接。
上述的GPS下变频处理芯片包括GPS低噪声放大电路Ⅱ、GPS混频器、IF滤波器、GPS自动增益控制器和GPS信号的A/D转换器，其中，GPS低噪声放大电路与GPS混频器相连接，GPS混频器与IF滤波器相连接，IF滤波器与GPS自动增益电路相连接，GPS自动增益电路与GPS信号的A/D转换器相连接。
本发明中的信号功分器采用信号正交输出的功分结构，可以减少北斗信号和GPS信号的相互干扰，同时通过ADS电路仿真，采用标准的CMOS工艺，设计出单芯片功分器，其驻波比最大可达1.2，隔离度可达27dB，插入损耗最大为1dB，将该单芯片功分器运用到北斗/GPS射频接收模块上时，可集成到一个PCB板子上，体积小，也提高了射频接收模块的接收灵敏度和可靠性，同时实现北斗一代波段和GPS波段载波变换的北斗一代/GPS双系统射频接收模块的出现。其双系统射频接收模块中的北斗一代射频接收单元和GPS射频接收单元的性能如下表所示：
| 北斗一代射频接收单元 | GPS射频接收单元 | |
| 工作频率 | 2491.75±5MHz | 1575.42±5MHz |
| 通道增益 | 80～120dB | 66～120dB |
| 通道噪声 | ≤1.5dB | ≤1.5dB |
| AGC控制范围 | 45dB | 60dB |
| 相位噪声 | ≤-70dBc@1KHz | ≤-70dBc@1KHz |
| 接收灵敏度 | -148dBw | -160dBw |
从上述指标和结构原理可看出，本发明具有以下优点：
1、能同时接收并实现北斗一代卫星信号和GPS卫星信号的载波变换；
2、北斗一代卫星信号和GPS信号有良好的隔离度，互不干扰；
3、通过一个天线接口，实现双系统接收功能；
4、系统具有极低噪声，使系统具有较高的接收灵敏度；
5、体积小，和单一北斗或GPS射频模块相当，使用方便。
这样，本发明能为卫星应用设备提供北斗一代卫星信号和GPS卫星信号，使卫星应用设备能够采用北斗一代及GPS主备结合的工作模式，功能互补，提高系统可靠性，能够摆脱对单一GPS导航系统的依赖，当某一卫星信号不正常时，能够排除干扰，提供持续可靠的信息，减少安全隐患。北斗一代/GPS双系统射频接收模块的使用能更好的满足我国国民经济和国防建设的需要，实现良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明中信号功分器的电路图；
图2为本发明中双系统射频接收模块的整体结构原理框图；
图3为图2中北斗低噪声放大电路的原理框图；
图4为图2中GPS下变频处理器的原理框图；
表1为本发明中北斗射频接收单元和GPS射频接收单元的性能表。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明中的北斗/GPS信号功分器，采用信号正交输出的功分结构，其输入端SUM PORT接收来自北斗/GPS双模天线的信号，该信号一路通过PORT1端口直接输出，另一路通过耦合电路从PORT2端口输出。在直接输出的PORT1端口设有高通滤波电路L2，在耦合输出的PORT2端口设有低通滤波电路L1，上述的高通滤波电路L2和低通滤波电路L1可将北斗、GPS两种卫星信号分开。
本实施例中，制造上述功分器的方法为：将图1的电路原理图通过ADS进行电路仿真，采用CMOS工艺制成单芯片功分器。上述的ADS技术和CMOS工艺均为本领域普通技术人员所熟知的技术。
将采用上述方法制得的功分器运用到北斗/GPS双系统射频接收模块中，如图2所示。北斗/GPS双系统射频接收模块，能同时接收北斗卫星信号和GPS卫星信号，并对两种卫星信号进行载波变换，它包括北斗/GPS信号功分器、北斗射频接收单元和GPS射频接收单元。在本实施例中，天线接收的北斗卫星信号为北斗一代卫星信号，故北斗射频接收单元为北斗一代射频接收单元。
其中，北斗/GPS信号功分器分别与北斗射频接收单元和GPS射频接收单元相连接，它将由北斗/GPS双模天线接收到的北斗卫星信号和GPS卫星信号分成两路，一路送给北斗射频接收单元，另一路送给GPS射频接收单元。上述的北斗/GPS双模天线为专利号为200720092470.0，专利名称为“北斗/GPS授时型双系统接收天线”中所公开的技术。
如图2，图3所示，北斗射频接收单元与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的北斗卫星信号送入北斗接收通道。上述的北斗射频接收单元包括北斗低噪声放大电路、北斗混频电路、北斗中频放大器、北斗自动增益控制电路和北斗A/D转换电路。其中，北斗低噪声放大电路包括第一级低噪声放大器和第二级低噪声放大器，上述的第一级低噪声放大器通过频道选择滤波器Ⅰ与第二级低噪声放大器相连接。这样，从北斗/GPS信号功分器分离出来的北斗一代信号，经第一级低噪声放大器到频道选择滤波器Ⅰ，滤除北斗一代频段以外的杂波信号，并将北斗一代频段的信号送至第二级低噪声放大器，在本实施例中，第一级低噪声放大器和第二级低噪声放大器都需要有极低的噪声，特别是第一级低噪声放大器更需要有极低的噪声，目的是使整个射频接收模块有低的噪声。上述的北斗低噪声放大电路与北斗混频电路相连接；经过北斗混频电路，北斗卫星信号变成北斗中频信号，将北斗中频信号送入北斗中频放大器，北斗中频放大器与北斗自动增益控制电路相连接，北斗自动增益控制电路与北斗A/D转换电路相连接，最后输出符合基带要求的数字中频信号。为更好地实施本发明，北斗混频电路与温补晶振相连接，在正常工作时，温补晶振为北斗混频电路提供本振。
如图2、图4所示，GPS射频接收单元与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的GPS卫星信号送入GPS接收通道。上述的GPS射频接收单元包括GPS低噪声放大电路Ⅰ、GPS镜频抑制滤波器和GPS下变频处理芯片。因此，GPS射频接收单元采用了“分离器件+芯片”的结构来完成对GPS卫星信号的接收与处理功能。
进入GPS接收通道的射频信号，通过GPS低噪声放大电路Ⅰ进行放大，输出到GPS镜频抑制滤波器滤除GPS频段以外的杂波信号，GPS镜频抑制滤波器的输出连接到GPS下变频处理芯片。如图4所示，GPS下变频处理芯片包括GPS低噪声放大电路Ⅱ、GPS混频器、IF滤波器、GPS自动增益控制器和GPS信号的A/D转换器，其中，所述的GPS低噪声放大电路Ⅱ与GPS混频器相连接，GPS混频器与IF滤波器相连接，IF滤波器与GPS自动增益电路相连接，GPS自动增益电路与GPS信号的A/D转换器相连接，最后输出符合基带要求的GPS中频信号。
综上所述，本发明包含两个载波转换通路：
北斗一代通路：对接收到的频率为2491.75±5MHz的北斗一代信号进行载波变换，提供合适的数字中频信号供后端进行数字信号处理。
GPS通路：对接收到的频率为1575.42±5MHz的GPS信号进行载波变换，提供合适的数字中频信号供后端进行数字信号处理。
他的主要性能指标如表1所示：
| 北斗一代射频接收单元 | GPS射频接收单元 | |
| 工作频率 | 2491.75±5MHz | 1575.42±5MHz |
| 通道增益 | 80～120dB | 66～120dB |
| 通道噪声 | ≤1.5dB | ≤1.5dB |
| AGC控制范围 | 45dB | 60dB |
| 相位噪声 | ≤-70dBc@1KHz | ≤-70dBc@1KHz |
| 接收灵敏度 | -148dBw | -160dBw |
表1
从上述指标和结构原理可看出，本发明具有以下优点：
1.能同时接收并实现北斗一代卫星信号和GPS卫星信号的载波变换；
2.北斗一代卫星信号和GPS信号有良好的隔离度，互不干扰；
3.通过一个天线接口，实现双系统接收功能。
4.系统具有极低噪声，使系统具有较高的接收灵敏度；
5.体积小，和单一北斗或GPS射频模块相当，使用方便。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，北斗射频接收单元采用二次下变频结构，即北斗混频电路为北斗二次下变频电路，如图2、图3所示。北斗射频信号首先通过低噪声放大器对信号进行放大，并保证极低的噪声。信号经放大后进入北斗二次下变频电路，北斗二次下变频电路利用合成的本振信号对射频信号进行下变频，将信号降到中频范围，得到的中频信号经北斗中频滤波器，北斗中频放大器进入到北斗自动增益控制放大器进行放大，其增益系数的大小由卫星信号的强弱决定。中频信号经A/D转换器，将模拟中频电路装换为数字中频电路。
其中，北斗二次下变频电路包括一级下变频电路和二级下变频电路，上述的一级下变频电路和二级下变频电路均与由晶振和频率合成器组成的本振电路相连接。上述的一级下变频电路包括北斗镜频抑制滤波器和北斗一次混频电路；二级下变频电路包括频道选择滤波器Ⅱ和北斗二次混频电路。为更好地配合北斗二次下变频电路，本实施例中的本振电路输出两种不同频率的本振LO1，LO2，分别进入一级下变频电路和二级下变频电路。频率合成器由单片机、低通滤波器和频率合成模块组成。在正常工作时，频率合成器接收高精度温补晶振的基准频率，根据单片机的指令控制输出北斗混频电路所需要的本振。
从北斗低噪声放大电路出来的北斗一代信号，首先进入北斗镜频抑制滤波器滤出镜像频率后送至北斗一次混频电路，北斗一次混频电路的另一个输入端连接本振电路输出的频率为LO1的本振，通过一级下变频电路的混频输出第一级中频信号，第一级中频信号输出后送入二级下变频电路。在二级下变频电路中，第一级中频信号首先进入频道选择滤波器Ⅱ，频道选择滤波器Ⅱ与北斗二次混频电路相连接，北斗二次混频电路的另一个输入端连接本振电路输出的频率为LO2的本振。经过二级下变频电路，最终由北斗二次混频电路输出中频送入到北斗中频放大器和北斗自动增益控制放大器中，并经过A/D转换电路，最后输出复合基带要求的数字中频信号。
其他技术特征与实施例1相同。
Claims (7)
1.一种北斗/GPS信号功分器，其特征在于：它采用信号正交输出的功分结构，其输入端接收来自北斗/GPS双模天线的信号，该信号一路直接输出，另一路通过耦合电路输出；在所述的输出端分别设有高通滤波电路和低通滤波电路将北斗、GPS两种卫星信号分开。
2.一种制造如权利要求1所述功分器的方法，其特征在于：将所述的北斗/GPS信号功分器通过ADS进行电路仿真，采用CMOS工艺制成单芯片功分器。
3.一种采用如权利要求2所述方法而制成功分器的北斗/GPS双系统射频接收模块，其特征在于：它能同时接收北斗卫星信号和GPS卫星信号，并对两种卫星信号进行载波变换，它包括：
北斗/GPS信号功分器，其分别与北斗射频接收单元和GPS射频接收单元相连接，它将由北斗/GPS双模天线接收到的北斗卫星信号和GPS卫星信号分成两路；
北斗射频接收单元，其与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的北斗卫星信号送入北斗低噪声放大电路，所述的北斗低噪声放大电路与北斗混频电路相连接；经过北斗混频电路，北斗卫星信号变成北斗中频信号，将所述北斗中频信号送入北斗中频放大器，所述的北斗中频放大器与北斗自动增益控制电路相连接，北斗自动增益控制电路与北斗A/D转换电路相连接；
GPS射频接收单元，其与北斗/GPS信号功分器相连接，将由北斗/GPS信号功分器分离出来的GPS卫星信号依次通过GPS低噪声放大电路Ⅰ和GPS镜频抑制滤波器，所述的GPS滤波电路与GPS下变频处理芯片相连接。
4.根据权利要求3所述的北斗/GPS双系统射频接收模块，其特征在于：所述的北斗射频接收单元采用二次下变频结构，所述的北斗混频电路为北斗二次下变频电路。
5.根据权利要求4所述的北斗/GPS双系统射频接收模块，其特征在于：所述的北斗二次下变频电路包括一级下变频电路和二级下变频电路，所述的一级下变频电路和二级下变频电路均与由晶振和频率合成器组成的本振电路相连接；所述的一级下变频电路包括北斗镜频抑制滤波器和北斗一次混频电路；所述的二级下变频电路包括频道选择滤波器Ⅱ和北斗二次混频电路。
6.根据权利要求3所述的北斗/GPS双系统射频接收模块，其特征在于：所述的北斗低噪声放大电路包括第一级低噪声放大器和第二级低噪声放大器，所述的第一级低噪声放大器通过频道选择滤波器Ⅰ与第二级低噪声放大器相连接。
7.根据权利要求3所述的北斗/GPS双系统射频接收模块，其特征在于：所述的GPS下变频处理芯片包括GPS低噪声放大电路Ⅱ、GPS混频器、IF滤波器、GPS自动增益控制器和GPS信号的A/D转换器，其中，所述的GPS低噪声放大电路与GPS混频器相连接，GPS混频器与IF滤波器相连接，IF滤波器与GPS自动增益电路相连接，GPS自动增益电路与GPS信号的A/D转换器相连接。
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