CN102684735A

CN102684735A - 一种射频收发装置

Info

Publication number: CN102684735A
Application number: CN2012101872997A
Authority: CN
Inventors: 王锦; 闫立伟; 吕贵涛; 陈实; 董卫列
Original assignee: BEIJING XINGYUAN LONGXING ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Suzhou Yu Woo Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN102684735B

Abstract

本申请实施例公开了一种射频收发装置。该装置包括：低噪声放大器、功率放大器、上变频电路、下变频电路、时钟处理变频本振电路、数字处理电路、SIM卡电路、对外接口和电源，其中：所述低噪声放大器与下变频电路连接，功率放大器与上变频电路连接，上变频电路、下变频电路分别与时钟处理变频本振电路连接，数字处理电路分别连接上变频电路、下变频电路、时钟处理与变频本振电路、SIM卡电路和对外接口连接。本申请实施例集成度高，减少了射频收发装置的体积、重量，降低了手持用户终端的设计难度。

Description

一种射频收发装置

技术领域

本申请涉及卫星通信和定位技术领域，特别涉及一种用于目标定位、通信的射频收发装置。

背景技术

目前比较常见的定位技术是利用GPS定位，但是GPS定位信息的使用存在安全因素。为拥有自己的卫星定位通信技术，我国研发了具有自主知识产权北斗一号系统，该系统是第一代卫星通信导航定位系统。“北斗一号”卫星定位系统包括三颗卫星(两颗地球静止卫星800e、1400e，一颗在轨备份卫星110.50e)、中心控制子系统、标校子系统、转发器等部分。具有定位需求的用户通过定位终端与“北斗一号”卫星定位系统之间的信息交互实现目标定位。

现实应用过程中，通过“北斗一号”卫星定位系统实现定位的过程包括：用户终端通过其射频收发装置向卫星定位系统发送射频信号，卫星定位系统接收到该射频信号后，通过转发器将信号转发到中心控制子系统，由中心控制子系统进行相关处理后，将结果返回到卫星定位系统，再由卫星定位系统的转发器向用户终端发送处理结果实现定位。由此可见，定位效果的好坏以及方便与否等指标与射频收发装置的性能具有紧密联系。

现有的射频收发装置通常利用ASIC技术将射频功能集成到射频芯片，或者采用分离器件方案将一部分电路进行集成。但是，这两种方案的集成度不高，甚至需要使用多个设备共同完成定位通信任务，使射频收发装置的体积庞大、质量重。此外，上述方案还存在诸多缺点，比如：受限于目前的工艺水平，射频芯片性能在宽温度变化范围内一致性不好，采用ASIC技术制造射频芯片的成本较高；不合理的电路架构也不能满足高质量卫星通信的要求等。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种射频收发装置，以减少现有技术的射频收发装置的体积庞大的问题，从而方便用户使用。

本申请实施例提供的射频收发装置包括：低噪声放大器、功率放大器、上变频电路、下变频电路、时钟处理变频本振电路、数字处理电路、SIM卡电路、对外接口和电源电路，其中：

所述低噪声放大器与下变频电路连接，功率放大器与上变频电路连接，上变频电路、下变频电路分别与时钟处理与变频本振电路连接，数字处理电路分别连接上变频电路、下变频电路、时钟处理变频本振电路、SIM卡电路和对外接口。

优选地，所述低噪声放大器、功率放大器、上变频电路、时钟处理变频本振电路和/或电源电路分别通过金属腔隔离。

进一步优选地，所述下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口作为整体通过金属腔隔离。

进一步优选地，通过铝质金属腔隔离包括：隔离低噪声放大器的金属腔和隔离上变频电路的金属腔分别位于隔离时钟处理变频本振电路的金属腔的两侧，隔离电源电路的金属腔位于以上三个金属腔下部，隔离功率放大器的金属腔位于隔离下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口的金属腔的左上侧。

进一步优选地，所述金属腔为铝质金属腔。

优选地，所述时钟处理变频本振电路采用温补压控晶体振荡器为基准频率，通过锁相环技术和倍频技术产生上变频电路、下变频电路和/或数字处理电路需要的频率。

进一步优选地，所述数字处理电路为数字基带芯片。

优选地，所述低噪声放大器的噪声系数在1.0至1.2范围内。

优选地，所述下变频电路包括：两极混频器、一级声表面滤波器、两级中频放大器、一级自动增益控制放大器和一级LC滤波器。

优选地，所述对外接口包括TTL电平串行接口和/或RS232标准接口。

本申请实施例将放大器、上变频电路、下变频电路、时钟处理和变频本振电路、数字处理电路、SIM卡电路、对外接口和电源电路等集成一体。与现有技术相比，本申请实施例的技术方案电路结构得到优化，集成了射频收发装置的全部功能器件，减少了射频收发装置的体积和重量。此外，本申请实施例还降低了电源接口与数据接口的复杂度，解决了射频芯片性能在宽温度变化下的一致性问题，降低了射频收发装置的设计难度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的结构组成图；

图2为图1实施例的信号流向图；

图3(a)、(b)为本申请实施例各组成部分的金属腔布局图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参见图1，该图示出了本申请实施例的射频收发装置的组成结构图。该射频收发装置包括：低噪声放大器11、功率放大器12、上变频电路13、下变频电路14、时钟处理变频本振电路15、数字处理电路16、SIM卡电路17、对外接口18和电源电路19，其中：低噪声放大器11与下变频电路14连接，功率放大器12与上变频电路13连接，上变频电路13、下变频电路14分别与时钟处理变频本振电路15连接，数字处理电路16分别连接上变频电路13、下变频电路14、时钟处理变频本振电路15、SIM卡电路17和对外接口18，电源电路19向上述各个电路供电(注：为简洁起见，在图1中未示出电源电路与其他各电路之间的连接关系)。

上述实施例中的低噪声放大器可将通过天线接收的信号(比如，2491.75MHz的北斗卫星的广播信号)进行放大处理，产生新的信号输入到下变频电路。低噪声放大器的电路可采用常规的放大器电路，但本申请实施例优选采用双面电路板、表贴器件工艺生产该电路，这样可更好地控制电路参数，使放大器的噪声系数指标控制在1.0到1.2之间，增益为40dB以上，功耗在60mW以下，从而满足低噪声、低功耗的设计要求。

上述实施例中的功率放大器可将上变频电路输出的信号进行功率放大，将放大后的信号通过天线辐射出去。该功率放大器的参数控制应当使放大增益在40dB以上，绝对输出功率在40dBm左右。

上述实施例中的下变频电路可采用常见的变频电路结构，但本申请实施例优选该下变频电路由两极混频器、一级声表面波滤波器、两级中频放大器、一级自动增益控制放大器(AGC)和一级LC滤波器等组成。下变频电路还优选采用双面电路板、表贴器件工艺，以便更好地控制各个器件之间的匹配，最低限度的产生杂散信号，避免影响接收性能。在实际应用过程中，为满足相应的要求，可采用两次下变频处理，接收的信号经过两极混频器、一级声表面波滤波器、两级中频放大器、一级自动增益控制放大器(AGC)和一级LC滤波器，将2491.75MHz的信号下变频至12.24MHz，最终使12.24MHz信号的电压幅度满足数字处理部分的要求(1V_P-P)。

上述实施例中的时钟处理变频本振电路可采用常规的电路，但本申请实施例优选该电路采用温补压控晶体振荡器为基准频率，利用锁相环技术和倍频技术产生变频器部分和数字处理所需要的频率。温补压控晶体振荡器的频率基准可为16.32MHz。上述电路中还可包括对温补压控晶体振荡器的电压进行控制的控制部分，采用人工调节和数字部分自动调节相结合的调整方式，使其振荡频率始终保持高准确率。

上述实施例中的上变频电路可将数字处理电路输出的基带信号经过门电路和滤波电路整形，变换为单端双极性信号，再经过差分放大器和正交调制电路将该信号调制到需要的发射频率，作为功率放大器的输入。

上述实施例中的数字处理电路可采用纯数字电路，该数字电路可使用相对容易的ASIC技术实现集成化。但本申请实施例优选采用国内自主研发生产的北斗一号数字基带芯片，配合外围简单的辅助器件完成北斗一代数字信号的调制解调。这种芯片相对传统的FPGA加DSP或ARM的方案，功耗和成本可大大降低，且由于使用更少的器件，使整个装置更加小型化。

上述实施例中的SIM卡电路可采用三层保密措施，进行定位及通信操作时是一户一密、一信一密。本申请实施例优选将SIM卡置于通信模块之中形成SIM卡电路，从而便于与数字处理电路进行数据交换，更好地屏蔽其工作期间产生的低频数字信号的辐射。这样设计为手持用户终端的设计提供了方便，降低了设计难度。

上述实施例中的对外接口部分的电路设计，本申请实施例优选采用两种形式的接口：一是TTL(transistor transistor logic，晶体管-晶体管逻辑)电平串行接口，一般情况下TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，TTL电平串行接口即是利用这种信号逻辑实现的电子接口器件；一是RS232的标准接口，这两种接口可单独使用，也可同时使用，本部分电路与数字处理电路紧密连接，给手持用户终端的设计提供了方便。

上述实施例中的电源部分是保证整个装置低功耗工作的重要部分，也使整机对外电源接口简单化。尽管电源可采用常规的电源，但本申请实施例优选电源采用低纹波开关电源技术，外部只需一组电源输入，从而高效率地产生整机内部各个电路部分所需要的电源，且电源质量满足高灵敏度接收电路的要求。

参见附图2，该图示出了上述装置实施例信号的流向。下面结合该图对上述装置的工作过程进行介绍。本申请实施例的装置既可应用于目标定位，也可应用于目标通信。

当应用于目标定位时，其工作过程为：用户将需要进行定位操作的命令信息通过对外接口输入给上述射频收发装置，经射频收发装置的数字处理电路处理后输入到上变频电路，再经功率放大器放大后经由天线辐射到空中。北斗卫星定位系统接收到该射频收发装置发送的信号后，将其转发到卫星地面总站。卫星地面总站解析定位命令信息，并根据相应公式进行测算确定目标位置，然后，将测算结果及收信方SIM卡号等信息整合后发往北斗卫星定位系统，北斗卫星定位系统进行信息广播。该广播消息中的SIM卡号对应的主机经天线接收该广播信息，该广播信号经低噪声放大器放大后，经过下变频处理，将信号输入到数字处理电路进行信息解析，最后将实际的信息通过对外接口输出给用户，从而完成目标定位操作。

当应用于短报文通信时，其工作过程为：用户将通信内容及收信方SIM卡号信息通过对外接口输入给上述射频收发装置，经射频收发装置的数字处理处理电路处理后输入到上变频电路，经功率放大器放大后，通过天线辐射到空中。北斗卫星通信系统接收到该射频收发装置发送的信号后，将其转发到卫星地面总站。卫星地面总站解析该通信信息，将通信内容及收信方SIM卡号信息再发往北斗卫星通信系统，由北斗卫星通信系统进行信息广播。该广播消息中的SIM卡号对应的主机经天线接收该广播信息，该广播信号经低噪声放大器放大，再经过下变频处理，将信号输入到数字处理处理电路进行信息解析，最后将实际的信息通过对外接口输出给用户，从而完成通信操作。

本申请上述实施例通过将放大器、上变频电路、下变频电路、时钟处理和变频本振电路、数字处理电路、SIM卡电路、对外接口和电源等集成一体，至少可取得如下技术效果：

(1)元器件集成度高：将低噪声放大器、下变频电路、上变频电路、功率放大器、时钟变频本振处理电路、数字处理电路(包括SIM卡电路)、电源、对外接口(TTL串口和/或RS232接口)合理的集成到一起。高度集成化给使用者提供了极大的方便。

(2)射频信号高隔离度：用一次成型的铝制屏蔽结构将以上各部分合理地集成到一起，不仅可保证各个部分内部达到最好的射频信号屏蔽效果，也使整个射频收发装置对外产生最少的电磁干扰。

(3)接口简单(单一电源供电，两种对外接口)：本申请的射频收发装置对外仅一组电源，一组RS232接口(或TTL串口、或两种接口均使用)，结构简单。

(4)整体功耗低：本射频收发装置内部电路均可采用极低功耗芯片和优化的电路架构设计，且对外仅一组电源，内部集中电源管理降低了整机的功耗。

上述装置实施例由于集成度高，集成了多个电路，电路之间存在电磁干扰，为了排除这种电磁干扰对手持用户终端定位、通信等效果的影响，本申请实施例优选对上述各电路模块进行隔离。参见图3，该图示出了本申请实施例各组成部分的金属腔布局，其中：图3(a)、3(b)分别示意一个面板上的金属腔分布情况。低噪声放大器、上变频电路、时钟处理变频本振电路和电源分别通过金属腔隔离，隔离低噪声放大器的金属腔1和隔离上变频电路的金属腔3分别位于隔离时钟处理变频本振电路的金属腔2的两侧，隔离电源的金属腔4位于上述三个金属腔(1、2、3)下部；下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口作为整体通过铝质金属腔6单独隔离，隔离功率放大器的金属腔5位于隔离下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口的金属腔6的左上侧。功率放大器的电磁屏蔽效果和散热效果对整个装置的正常工作至关重要，因此，本申请还优选将功率放大器不仅置于铝制金属腔5内，并将产生热量最大的功放器件直接与金属外壳紧密接触，以达到最好的散热效果。通过采取上述措施，本申请实施例用一次成型的铝制屏蔽结构将各组成电路合理地集成到一起，不仅保证了各个电路内部达到最好的射频信号屏蔽效果，也使整个射频收发装置对外产生最少的电磁干扰。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种射频收发装置，其特征在于，该装置包括：低噪声放大器、功率放大器、上变频电路、下变频电路、时钟处理变频本振电路、数字处理电路、SIM卡电路、对外接口和电源电路，其中：

所述低噪声放大器与下变频电路连接，功率放大器与上变频电路连接，上变频电路、下变频电路分别与时钟处理变频本振电路连接，数字处理电路分别连接上变频电路、下变频电路、时钟处理变频本振电路、SIM卡电路和对外接口。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低噪声放大器、功率放大器、上变频电路、时钟处理变频本振电路和/或电源电路分别通过金属腔隔离。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口作为整体通过金属腔隔离。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，通过金属腔隔离包括：隔离低噪声放大器的金属腔和隔离上变频电路的金属腔分别位于隔离时钟处理变频本振电路的金属腔的两侧，隔离电源电路的金属腔位于以上三个金属腔下部，隔离功率放大器的金属腔位于隔离下变频电路、数字处理电路、SIM卡电路和对外接口的金属腔的左上侧。

5.根据权利要求2至4中任何一项所述的装置，其特征在于，所述金属腔为铝质金属腔。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时钟处理变频本振电路采用温补压控晶体振荡器为基准频率，通过锁相环技术和倍频技术产生上变频电路、下变频电路和/或数字处理电路需要的频率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数字处理电路为数字基带芯片。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低噪声放大器的噪声系数在1.0至1.2范围内。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下变频电路包括：两极混频器、一级声表面滤波器、两级中频放大器、一级自动增益控制放大器和一级LC滤波器。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对外接口包括TTL电平串行接口和/或RS232标准接口。