CN101916896A - 射频信号耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频信号耦合器，包括多个滤波器，所述多个滤波器分别用于对不同频率的射频信号进行滤波，所述多个滤波器按照通带频率递增或递减的顺序，划分为互相间隔的奇数段滤波器和偶数段滤波器；所述射频信号耦合器进一步包括汇接单元，所述汇接单元用于将所述奇数段滤波器耦合至第一天线，并将所述偶数段滤波器耦合至第二天线。所述多个滤波器通过开关矩阵单元接收射频信号，本发明提供的射频信号耦合器能够通过两根天线发送或接收多路高速跳频信号，且多路射频信号之间的互相干扰较小，信号传输质量较好。所述滤波器优选采用非调谐的滤波器，可降低成本。

Description

射频信号耦合器

技术领域

本发明涉及射频信号耦合的技术领域，尤其涉及一种射频信号耦合器。

背景技术

随着现代军事通信技术的飞速发展，在同一通信平台的有限空间内，经常需要配备多个电台共址工作。当一定范围内有多个所述电台时，天线的数量较多，天线之间的间距太近会造成共址干扰等问题，影响射频信号的传输质量。

为解决上述问题，现有技术中提出了一种射频信号耦合器。请参阅图1，图1为现有技术一种四路射频信号耦合器的结构示意图。

所述四路射频信号耦合器10包括四个滤波器11和射频耦合网络13，每一所述滤波器11都包含VHF和UHF频段。每一所述滤波器11分别连接一个发送信号的电台15，对每个所述电台15传输的射频信号进行选频滤波处理，经过处理后的四路射频信号被传输至所述射频耦合网络13中，再由所述射频耦合网络13将所述四路射频信号耦合至天线17之中发射。

然而所述四路射频信号耦合器10中，每一所述滤波器11对应处理一个所述电台15发送或接收的射频信号，而所述滤波器11的通带频率通常是固定的，因此所述四路射频信号耦合器10只能用于对频率固定的四路射频信号进行耦合，不能用于耦合跳频电台的信号。

为解决上述问题，美国专利US4970479提出了一种射频信号耦合器。请参阅图2，图2为现有技术射频信号耦合器的结构示意图。

所述射频信号耦合器20包括射频开关单元21、调谐带通滤波器单元22、合成系统23、控制单元24、负载单元25和电源单元26。所述调谐带通滤波器单元22中包括多个调谐滤波器，每个所述调谐滤波器可在所述控制单元24的控制下调整各自的通带频率。所述射频开关单元21连接在四个信号收发器27和所述调谐带通滤波器单元22之间。所述控制单元24控制所述射频开关单元21选通其中对应的开关，使所述四个信号收发器27发出的射频信号分别传输到频率匹配的四个调谐滤波器中处理，可以解决跳频的问题。所述合成系统23用于将所述调谐带通滤波器单元22输出的多路射频信号耦合至一条天线28中发送，或者将从所述天线28接收的多路射频信号传输至所述调谐带通滤波器单22元中处理输出。所述负载单元25用于吸收传输有误的射频信号，所述电源模块26则用于对整个所述射频信号耦合器20供电。

所述射频信号耦合器20中，所述合成系统23将所述调谐带通滤波器单元22中的任意四个调谐滤波器输出的射频信号耦合至所述天线28中发送，当所述四个调谐滤波器输出的射频信号的频率较为接近时，所述频率接近的射频信号会产生互相干扰，影响所述射频信号耦合器20的信号传输质量。

发明内容

为解决现有技术的射频信号耦合器中射频信号互相干扰较大的技术问题，本发明提供一种能够减小射频信号互相干扰的射频信号耦合器。

一种射频信号耦合器，包括多个滤波器，所述多个滤波器分别用于对不同频率的射频信号进行滤波，所述多个滤波器按照通带频率递增或递减的顺序，划分为互相间隔的奇数段滤波器和偶数段滤波器；所述射频信号耦合器进一步包括汇接单元，所述汇接单元用于将所述奇数段滤波器耦合至第一天线，并将所述偶数段滤波器耦合至第二天线。

与现有技术相比较，本发明的射频信号耦合器中，所述奇数段滤波器和偶数段滤波器的通带频率互相间隔，并且所述奇数段滤波器和所述偶数段滤波器被分别耦合至所述第一天线和所述第二天线。因此共用一条天线发送的多个射频信号之间都具有较大的频率差异，减小多个射频信号之间的互相干扰，提高所述射频信号耦合器的射频信号耦合传输质量。并且所述多个滤波器优选采用非调谐的滤波器，而不必选用成本较高的调谐滤波器，可降低所述射频信号耦合器的制造成本。

附图说明

图1为现有技术一种四路射频信号耦合器的结构示意图；

图2为现有技术射频信号耦合器的结构示意图；

图3是本发明射频信号耦合器的结构示意图；

图4为本发明射频信号耦合器中的汇接单元一种实施方式的结构示意图；

图5是本发明射频信号耦合器一种优选实施方式的结构示意图；

图6为本发明射频信号耦合器的开关矩阵单元一种实施方式的原理图；

图7为本发明射频信号耦合器开关矩阵单元中的电子开关的结构示意图；

图8是本发明射频信号耦合器的控制单元一种实施方式的结构示意图。

其中，30射频信号耦合器；

31开关矩阵单元；

33汇接单元；

34控制单元；

35负载单元；

37电台；

38第一天线；

39第二天线；

321奇数段滤波器；

322偶数段滤波器；

331三端网络；

333高通滤波模块；

335低通滤波模块；

337功率检测电路；

341处理模块；

342译码电路；

343功率检测控制模块；

344面板指示与交互模块；

345开关控制模块；

346微控制单元；

41开关驱动；

43PIN二极管。

具体实施方式

请参阅图3，图3是本发明射频信号耦合器的结构示意图。

所述射频信号耦合器30，包括多个滤波器和汇接单元33，所述多个滤波器分别用于对不同频率的射频信号进行滤波，并且所述多个滤波器按照通带频率递增或递减的顺序，划分为通带频率互相间隔的奇数段滤波器321和偶数段滤波器322。所述汇接单元33用于将所述奇数段滤波器321耦合至第一天线38，并将所述偶数段滤波器322耦合至第二天线39。其中，本专利描述的数量多个指两个或两个以上。

例如：假设所述射频信号耦合器30包括N个所述滤波器，则按所述滤波器的通带频率由低到高依次排列第1个滤波器至第N个滤波器，从第1个通带频率最低的滤波器开始，每间隔一个的滤波器为奇数段滤波器321，从第2个滤波器开始每间隔一个为偶数段滤波器322。

由于所述奇数段滤波器321的通带频率与所述偶数段滤波器322的通带频率互相间隔，因此，每两个奇数段滤波器321或者每两个偶数段滤波器322中传输的射频信号具有较大的频率差异，信号互相干扰较小，可提高所述射频信号耦合器30的射频信号耦合传输质量。因此，不必选用调谐滤波器来维持各个滤波器的通带频率间隔，所述多个滤波器优选采用非调谐滤波器。由于非调谐滤波器的成本相对于调谐滤波器的成本较低，因此使用非调谐滤波器可以降低装置的成本。本发明射频信号耦合器30中的多个滤波器优选采用频率选择性能更好的螺旋腔体带通滤波器，螺旋腔体带通滤波器具有体积小，无载Q值高，加工容易的特点，提高所述射频信号耦合器30的品质参数。

所述多个滤波器除使用非调谐的螺旋腔体带通滤波器之外，还可以使用其他的非调谐带通滤波器或者调谐带通滤波器，并不影响本发明的实施，本领域的技术人员可以根据具体需要选择所述多个滤波器的种类或者型号。

请一并参阅图4，图4为本发明射频信号耦合器中的汇接单元一种实施方式的结构示意图。

所述汇接单元33包括两个三端网络331，所述两个三端网络331用于将所述奇数段滤波器321和所述偶数段滤波器322传送的射频信号分别汇接成一路，并分别传送至所述第一天线38和所述第二天线39发送。

所述三端网络331包括高通滤波模块333、低通滤波模块335和功率检测电路337，所述高通滤波模块333和所述低通滤波模块335并行连接，并都通过所述功率检测电路337连接至所述第一天线38或者所述第二天线39。其中一个所述三端网络331的高通滤波模块333和低通滤波模块335连接各个所述奇数段滤波器321；另一个所述三端网络331的高通滤波模块333和低通滤波模块335连接各个所述偶数段滤波器322。

所述高通滤波模块333和所述低通滤波模块335对所述多个滤波器传送的不同频段的射频信号进行处理。可以进一步减小耦合至同一天线的射频信号的互相干扰，提高所述射频信号耦合器30的信号耦合性能指标。并且，通过所述三端网络331对所述多个滤波器的传输的射频信号良好匹配，可以使多路射频信号的驻波比控制在预定的指标之内。

所述功率检测电路337用于检测对应的三端网络331与所述第一天线38和所述第二天线39之间的连接是否出现故障，并发出检测信号，对故障进行预警。

所述汇接单元33不限于上述实施方式所说明的结构，所述汇接单元33中除使用所述三端网络331进行汇接外，还可以用其他本领域技术人员习知的技术手段将所述奇数段滤波器321耦合至第一天线38，将所述偶数段滤波器322耦合至第二天线39。例如：在输入的射频信号的频率并不复杂时，所述汇接单元33也可以直接用射频信号线对所述多个滤波器进行汇接。即，所述汇接单元33不设置所述三端网络331，而直接用射频信号线将所述奇数段滤波器321汇接至所述第一天线38，利用射频信号线将所述偶数段滤波器322汇接至所述第二天线39。

请一并参阅图5，图5是本发明射频信号耦合器一种优选实施方式的结构示意图。本发明的射频信号耦合器30中，所述滤波器的个数可以根据实际需要设定，并不影响本发明的实施，而不限于图5所示的24个滤波器。

在本实施方式中，除所述多个滤波器和所述汇接单元33之外，所述射频信号耦合器30还包括：开关矩阵单元31和控制单元34，所述控制单元34根据输入的射频信号的频率，生成对所述汇接单元33的控制命令，控制两个所述三端网络331中的所述高通滤波模块333和所述低通滤波模块335打开或者关闭。

通过所述控制单元34对所述汇接单元33进行控制，使两个所述三端网络331中的所述高通滤波模块333和所述低通滤波模块335在没有射频信号传输时被关闭，减小两个三端网络331之间的信号相互影响，提高射频信号传输的性能。

所述开关矩阵单元31连接在多个电台37(或者其他信号收发器)和所述多个滤波器之间；所述控制单元34根据各个所述电台37输入的射频信号的频率生成对所述开关矩阵单元31的控制命令，并发送至所述开关矩阵单元31导通其中对应的开关，以选通与各个所述电台37发送信号的频率匹配的滤波器，使各个所述电台37发送的射频信号传输到通带频率匹配的所述滤波器中。

请一并参阅图6，图6为本发明射频信号耦合器的开关矩阵单元一种实施方式的原理图。

在本实施方式中，所述开关矩阵单元31至少包括m×n个独立的电子开关，其中m为所述电台37的个数，n为所述滤波器的个数。其中，电子开关1-1、电子开关1-2......电子开关1-m的一个连接端都连接第一个所述滤波器，另一个连接端则分别连接m个所述电台37；电子开关2-1、电子开关2-2......电子开关2-m的一个连接端都连接第二个所述滤波器，另一个连接端则分别连接m个所述电台37；......电子开关n-1、电子开关n-2......电子开关n-m的一个连接端都连接第n个所述滤波器，另一个连接端则分别连接m个所述电台37。即每一所述电台37都通过所述开关矩阵单元31中的电子开关连接每一个所述滤波器。

当其中一个所述电子开关导通时，所述电子开关连接的电台37和滤波器之间为通路，所述电台37输出的信号被传输至所述滤波器中。例如，当电子开关10-5导通时，则选通第10个所述滤波器和第5个所述电台之间的连接通道，所述第5个所述电台37发出的射频信号被传送至所述第10个所述滤波器中处理。

由于采用所述开关矩阵单元31选通多个所述电台37和所述多个滤波器之间的连接，当所述电台37发送信号的载频跳变时，所述控制单元34根据各个所述电台37的载频跳变之后发送射频信号的频率，控制所述开关矩阵单元31打开其中对应的开关，以选通与所述各个电台37发送的射频信号频率相匹配的滤波器。因此，本实施方式的射频信号耦合器30能够对多路频率变化的射频信号进行耦合，适用于多个跳频电台的射频信号耦合。

请一并参阅图7，图7为本发明射频信号耦合器开关矩阵单元中的电子开关的结构示意图。

本实施方式中，所述开关矩阵单元31中的每一个电子开关都包括开关驱动41和多个PIN二极管43。所述多个PIN二极管43串联在所述电子开关的两个连接端之间，所述开关驱动41的输出端连接在所述多个PIN二极管43之间，所述开关驱动41的输入端连接所述控制单元34，根据所述控制单元34发出的控制命令产生所述多个PIN二极管43导通或者截止所需要的电压和电流，从而控制整个所述电子开关的通断。

由于PIN二极管具有可控功率较大，插损较小，在正反向偏置时可以得到近似短路和开路的特性。用较小的直流电压驱动所述PIN二极管正偏，就能使得功率较大信号低插损导通；较小的直流电压驱动PIN二极管反偏，也能使大信号高隔离度截止。因此所述开关矩阵单元31中的电子开关反应比较灵敏，在所述电台37的输出信号的频率改变时，所述开关矩阵单元31可以快速响应开关切换，提高本发明的射频信号耦合器30的灵敏度。

除以上实施方式外，所述开关矩阵单元31中的开关还可以用其他类型的开关实现，例如各种具有开关功能的晶体管等。

下面举例说明所述射频信号耦合器30的各个电路模块配合工作的原理：假设所述射频信号耦合器30中包含24个滤波器，所述24个滤波器按照通带频率从低至高的顺序排列，则第1、3、5......23个滤波器为奇数段滤波器321；第2、4、6......24个滤波器为偶数段滤波器322。假设第1至第12个滤波器对应所述低通滤波模块335的通带频率，第13至第24个滤波器对应所述高通滤波模块333的通带频率。则当所述控制单元34检测到其中一个所述电台37发送信号的频率对应第11个滤波器的通带频率时，所述控制单元34发送控制命令打开所述第11个滤波器的同时，也对所述汇接单元33发送控制命令打开对应所述奇数段滤波器321的三端网络331中的低通滤波模块335。则所述电台37发送的射频信号经过所述开关矩阵单元31传输至所述第11个滤波器，然后传输至所述低通滤波模块335，再经由所述功率检测电路337耦合至所述第一天线38中发送。

请一并参阅图8，图8是本发明射频信号耦合器的控制单元一种实施方式的结构示意图。

所述控制单元34包括处理模块341，以及分别连接至所述处理模块341的译码电路342、功率检测控制模块343、面板指示与交互模块344和开关控制模块345。

所述处理模块341用于对输入数据执行运算处理，生成对所述开关矩阵单元31和所述汇接单元33的控制命令。

所述译码电路342用于对用户的操作信号进行调谐译码，并将译码后的信号发送至所述处理模块341中处理。

所述功率检测控制模块343用于控制所述功率检测电路337执行检测操作，从所述功率检测电路337接收检测信号，将所述检测信号发送至所述处理模块341中处理。所述功率检测控制模块343与所述处理模块341之间可进一步设置一个MCU(Micro Control Unit，微控制单元)346。

所述面板指示与交互模块344用于显示所述射频信号耦合器30的工作状态以及执行故障告警，例如当所述天线38、39与所述汇接单元33的连接出现故障，或者两个所述电台37发送信号的频率同时与同一个所述滤波器匹配时，所述面板指示与交互模块344用指示灯进行故障报警。所述面板指示与交互模块344还用于接收用户的操作信号，用户可以通过操作界面，对所述控制单元34输入控制命令。

所述开关控制模块345用于从所述处理模块341中接收对所述开关矩阵单元31和所述汇接单元33的控制命令，并对应发送至所述开关矩阵单元31和所述汇接单元33。

进一步地，本发明的所述射频信号耦合器30中还可以设置用于吸收信号的负载单元35。所述开关矩阵单元31进一步包括连接各个所述电台37以及所述负载单元35的多个开关。即所述开关矩阵单元31至少包括m×(n+1)个开关，其中，m为电台37的个数，n为所述滤波器的个数，每个所述电台37各自通过n个所述开关分别连接n个所述滤波器，并且每个所述电台37分别通过一个所述开关连接所述负载单元35。

通过设置所述负载单元35，所述射频信号耦合器30可以对频率冲突的电台信号进行处理。当所述控制单元34检测到两个所述电台37发送射频信号的频率与同一个所述滤波器匹配时，说明所述两个电台37发送的射频信号的频率有冲突，若将所述两个电台37发送的射频信号送往同一个滤波器中处理，则所述两个电台37的射频信号将会互相干扰，影响射频信号的耦合传输质量。因此，当所述控制单元34检测到上述情况时，所述控制单元34对所述开关矩阵单元31发出控制命令，控制打开连接所述各个电台37与所述负载单元35的开关，而关闭其他的开关，使所述电台37发出的射频信号传送至所述负载单元35并被吸收，避免所述射频信号耦合器30的输出信号出现错误，同时向所述面板指示与交互模块344发送告警命令，通知用户进行处理。

进一步地，在发生信号频率冲突时，所述控制单元34还可以根据所述电台37发送的射频信号的优先级，将优先级较低的电台37发送的射频信号传输至所述负载单元35中吸收，所述电台37发送的射频信号的优先级可以由用户预先设定。

所述射频信号耦合器30还可以对天线失配故障进行应急处理和告警。当所述天线38、39与所述汇接单元33的连接出现故障时，所述射频信号耦合器30的输入信号不能通过所述天线38、39发出，则有可能损坏所述射频信号耦合器30的内部电路。因此，当所述功率检测电路337检测到上述情况时，所述控制单元34发出天线连接故障的告警信号，所述控制单元34控制所述开关矩阵单元31打开连接所述各个电台37与所述负载单元35的开关，使各个所述电台37发出的射频信号传送至所述负载单元35并被吸收，避免所述射频信号耦合器30的电路损坏，同时向所述面板指示与交互模块344发送告警命令，通知用户进行处理。

所述射频信号耦合器30可以是一个双工工作的耦合器，即在将所述多个电台37发送的信号耦合至不同的天线中发射的同时，还可以将所述第一天线38和所述第二天线39接收的多路射频信号耦合传送至对应的多个所述电台37(或者其他的信号收发器)。

如果多个所述电台37发送和接收信号的频率相同，则可以使用与发送信号的通道为各个所述电台37接收信号。其具体工作过程如下：

所述第一天线38和所述第二天线39接收不同频率的多路射频信号，所述汇接单元33接收所述多路射频信号，所述控制单元34根据各个所述电台37发送或接受信号的频率生成控制命令，控制所述汇接单元33中的高通滤波模块333和低通滤波模块335打开或者关闭，使输入的多路射频信号通过对应的所述高通滤波模块333和所述低通滤波模块335，并将所述多路射频信号传输至所述多个滤波器。所述奇数段滤波器321和所述偶数段滤波器322对各自的通带范围内的射频信号进行处理，然后将多路射频信号传输至所述开关矩阵单元31；所述开关矩阵单元31在所述控制单元34的控制下，只打开与所述多个电台37发送或接受信号的频率相匹配的滤波器连接的开关，将对应的射频信号传输至各个电台37中进行解调。

所述射频信号耦合器30工作在双工模式下时，通过射频信号耦合器30可以同时耦合发送和接收多路不同频率的射频信号，所述射频信号耦合器30的功能更加全面，无需另外的接收器，使用更加方便，并且节省了成本。

由于本发明的射频信号耦合器将多路的射频信号耦合到两条天线发射，因此在耦合多个电台发送的射频信号时，相对于将一个电台发送的信号耦合至一条天线发送的耦合器，减少了天线的总数量，降低了“天线标记”的信号干扰，提高了指挥节点的移动性和安全性。由于增大了天线之间的间距，也可降低由于天线间距太近带来的共址干扰。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频信号耦合器，包括多个滤波器，所述多个滤波器分别用于对不同频率的射频信号进行滤波，其特征在于：

所述多个滤波器按照通带频率递增或递减的顺序，划分为互相间隔的奇数段滤波器和偶数段滤波器；

所述射频信号耦合器进一步包括汇接单元，所述汇接单元用于将所述奇数段滤波器耦合至第一天线，并将所述偶数段滤波器耦合至第二天线。

2.如权利要求1所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述汇接单元包括两个三端网络，每个所述三端网络都包括并行连接的高通滤波模块和低通滤波模块，其中一个所述三端网络连接在所述奇数段滤波器和所述第一天线之间，另一个所述三端网络连接在所述偶数段滤波器和所述第二天线之间。

3.如权利要求2所述的射频信号耦合器，其特征在于：每个所述三端网络进一步包括功率检测电路，所述功率检测电路用于检测对应的所述三端网络与所述第一天线、所述第二天线的连接是否故障。

4.如权利要求2或者3所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述射频信号耦合器进一步包括控制单元，所述控制单元根据输入的射频信号的频率生成对应所述高通滤波模块和所述低通滤波模块的控制命令，控制所述高通滤波模块和所述低通滤波模块导通或者关闭。

5.如权利要求4所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述射频信号耦合器进一步包括用于将输入的射频信号传输至所述多个滤波器的开关矩阵单元，所述开关矩阵单元在所述控制单元的控制下，根据输入的射频信号的频率选通对应的所述滤波器。

6.如权利要求5所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述射频信号耦合器进一步包括用于吸收信号的负载单元，所述负载单元连接所述开关矩阵单元，所述控制单元根据所述功率检测电路的检测信号，在对应的所述三端网络与所述第一天线或者所述第二天线的连接发生故障时，控制所述开关矩阵单元选通所述负载单元，将输入的射频信号传送至所述负载单元。

7.如权利要求6所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述控制单元判断是否有两路射频信号的频率与同一个所述滤波器的通带频率匹配，是则控制所述开关矩阵单元将其中一路射频信号传输至所述负载单元，将另一路射频信号传输至对应的所述滤波器中处理。

8.如权利要求7所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述控制单元包括处理模块，以及分别连接所述处理模块的功率检测控制模块、面板指示与交互模块、译码电路和开关控制模块；

所述处理模块用于对输入数据执行运算处理，生成对所述开关矩阵单元和所述汇接单元的控制命令；

所述功率检测控制模块用于从所述功率检测电路接收检测信号，并将所述检测信号发送至所述处理模块中处理；

所述面板指示与交互模块用于显示所述射频信号耦合器的工作状态，执行故障告警，以及接收用户的操作信号；

所述译码电路用于对用户的操作信号进行译码，并将译码后的信号发送至所述处理模块中处理；

所述开关控制模块用于从所述处理模块中接收对所述开关矩阵单元和所述汇接单元的控制命令，并对应发送至所述开关矩阵单元和所述汇接单元。

9.如权利要求6所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述开关矩阵单元包括m×(n+1)个开关，其中，m为所述射频信号耦合器连接的信号收发器的个数，n为所述滤波器的个数，每个所述信号收发器分别通过n个所述开关连接n个所述滤波器，并且每个所述信号收发器分别通过一个所述开关连接所述负载单元。

10.如权利要求1所述的射频信号耦合器，其特征在于：所述滤波器为非调谐的螺旋腔体带通滤波器。

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