CN104065408B - 卫星信号中继器 - Google Patents
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Abstract
一种卫星信号中继器，用于对来自卫星导航系统的卫星信号进行放大后输出至卫星信号接收机，并包括：滤波模块，用于对经由卫星信号输入接口所接收到的信号进行滤波，以滤除除所述卫星信号以外的其它无线信号；以及放大模块，用于对通过了所述滤波模块的卫星信号进行功率放大，并将功率放大后的卫星信号经由卫星信号输出接口输出至所述卫星信号接收机，其中，所述滤波模块以能够拆卸的方式连接在所述卫星信号输入接口和所述放大模块的输入端之间。由于滤波模块被设计成可更换的，本发明所提供的卫星信号中继器的适用范围更广阔、检测维护成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星信号中继器，更确切地说涉及一种功能得到了增强和扩展的通用型卫星信号中继器。
背景技术
卫星导航系统的使用越来越普遍，在许多技术开发中，经常需要用到卫星导航系统来确定位置和时间。但在由于接收天线的馈线过长造成接收机接收到的卫星信号过弱的情况下，将无法正确解析出位置和时间，这时就需要卫星信号中继器来增强信号。例如，现有的GPS信号中继器就有信号放大功能，但通常不具备信号功率检测功能。
另一方面，随着我国自主研发的北斗卫星导航系统进入高速发展期，其应用将越来越广泛。并且本领域技术人员不难预见，由于同为导航系统，北斗系统的应用将不可避免地与GPS系统的应用产生重叠。但由于北斗系统的工作频率与GPS系统的工作频率不同，专用的卫星信号中继器在这两种系统中不能通用，而通用型的卫星信号中继器又会引入干扰噪声。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种卫星信号中继器，其不仅能够适用于不同的卫星导航系统，并能够有效滤除各种干扰噪声。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种卫星信号中继器，用于对来自卫星导航系统的卫星信号进行放大后输出至卫星信号接收机，并包括：滤波模块，用于对经由卫星信号输入接口所接收到的信号进行滤波，以滤除除所述卫星信号以外的其它无线信号；以及放大模块，用于对通过了所述滤波模块的卫星信号进行功率放大，并将功率放大后的卫星信号经由卫星信号输出接口输出至所述卫星信号接收机，其中，所述滤波模块以能够拆卸的方式连接在所述卫星信号输入接口和所述放大模块的输入端之间。
由于滤波模块被设计成可更换的，本发明所提供的卫星信号中继器的适用范围更广阔、检测维护成本更低。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的应用系统的结构示意图；
图2是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的PCB主板的配置示意图；
图3是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的滤波模块的组装示意图；
图4是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的滤波模块的连接示意图；
图5是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器另一实施例的应用系统的结构示意图；
图6是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器另一实施例的PCB主板的配置示意图；以及
图7是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器另一实施例的滤波模块的组装示意图。
附图标记说明
1 铝合金外壳
2 卫星信号输出接口
3 PCB主板
4 滤波模块
5 功率控制模块
6 功率检测模块
7 放大模块
8 数据接口
9 卫星信号输入接口
10 卫星信号接收天线
11 卫星信号接收机
12 PC机
50 功分器
100、200 卫星信号中继器
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
将参照图1～图3详细介绍本发明所提供的卫星信号中继器的一实施例如下。
图1是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的应用系统的示意图。如图1所示，卫星信号中继器100的卫星信号输入接口9与卫星信号接收天线10相连接，以经由卫星信号接收天线10接收卫星信号并对所接收到的卫星信号进行放大等处理；以及，卫星信号中继器100的卫星信号输出接口2与卫星信号接收机11相连接，以将处理后的卫星信号发送至卫星信号接收机11。
图2是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器一实施例的PCB主板的示意图。如图2所示，在卫星信号中继器100的PCB主板3上集成有滤波模块4和放大模块7。其中，卫星信号输入接口9与滤波模块4的输入端相连接，滤波模块4的输出端与放大模块7的输入端相连接，以及放大模块7的输出端与卫星信号输出接口2相连接。
基于如上所述的模块间连接关系，在卫星信号中继器100的PCB主板3上形成了如下的卫星信号通路，即：卫星信号从射频连接器(具体为卫星信号输入接口9)进入中继器，经过隔直器后进入优选为可拆卸的滤波模块4以滤除噪声，然后进入放大模块7以进行放大，并在经过隔直器后通过射频连接器(具体为卫星信号输出接口2)输出。
此外，图3是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器实施例的模块组装的示意图。如图3所示，PCB主板3装入铝合金外壳1内，卫星信号输入接口9与滤波模块4的输入端相连接，卫星信号输出接口2与放大模块7的输出端相连接。其中，为了能够适用于不同的卫星导航系统，滤波模块4优选地通过微型射频连接器以可拆卸的方式与PCB主板3相连接，以能够根据需要灵活地选择不同的工作频带的滤波模块4。
更具体地，对卫星信号中继器100的PCB主板3上的各组成模块详细介绍如下：
滤波模块
如图2所示，滤波模块4连接在卫星信号输入接口9与放大模块7的输入端之间，主要用于滤除诸如GPS系统或者北斗系统等的卫星导航系统的卫星信号外的无线信号，如GSM、WCDMA手机信号、WIFI无线网络信号等，以抑制这些信号对卫星信号的干扰和影响。
在根据本发明所提供的卫星信号中继器100实施例中，特别地，为了适应不同的工作频带，滤波模块4被设计成可拆换式的配件，其如图4所示经由柱状的微型射频连接器连接至PCB主板3。在不同的卫星导航系统工作时选用对应的滤波模块4连接到PCB主板3上，并为以后作为其它卫星信号中继器时留下接口。例如，当卫星信号中继器100在GPS系统中工作时，滤波模块4选择以1575.42MHz为中心频点的带通滤波模块，并依靠射频连接器连接固定在PCB主板3上。
此外，为了滤除其它无线信号的影响，滤波模块4优选为设计性能优良的带通滤波器。一般而言，可选择电阻、电容、电感搭建多阶滤波器作为滤波模块4；也可选择声表滤波器作为滤波模块4。
放大模块
如图2所示，放大模块7连接在滤波模块4的输出端与卫星信号输出接口2之间，主要用于对通过了滤波模块4的卫星信号进行放大，以补偿馈线损失。
在根据本发明所提供的卫星信号中继器100实施例中，优选地，放大模块7采用两级放大器级联的结构。具言之，第一级选用低噪声系数器件，以降低整个放大模块7的噪声系数；第二级选用高增益器件，以提高整个放大模块7的增益。此外，第一级优选采用负反馈设计，以进一步增加带宽；以及，在两级之间增加Π型匹配电路，以缓和第一级和第二级之间的阻抗变化，从而减少信号反射。
将参照图5～图7详细介绍本发明所提供的卫星信号中继器的另一实施例如下。与卫星信号中继器100相比，图5～图7所示的卫星信号中继器200还包括功率控制模块5、功率检测模块6以及功分器50。
图5是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器另一实施例的应用系统的示意图。如图5所示，卫星信号中继器200的卫星信号输入接口9与卫星信号接收天线10相连接，以经由卫星信号接收天线10接收卫星信号并对所接收到的卫星信号进行放大等处理；卫星信号中继器200的数据接口8与PC机12相连接，以通过PC机12中的监控软件读取功率检测模块6所检测到的卫星信号功率的值；以及，卫星信号中继器200的卫星信号输出接口2与卫星信号接收机11相连接，以将处理后的卫星信号发送至卫星信号接收机11。
需要说明的是，经由数据接口8与外置的数据处理装置(具体为PC机12)相连接的目的在于，在放大卫星信号的同时，还可以根据功率检测模块6检测到的卫星信号功率值来调整功率控制模块5，从而能够更精准地控制发送至卫星信号接收机11的卫星信号功率。
图6是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器另一实施例的PCB主板的示意图。如图6所示，在卫星信号中继器200的PCB主板3上集成有滤波模块4、放大模块7、功率控制模块5、功率检测模块6以及功分器50，其中：卫星信号输入接口9与滤波模块4的输入端相连接；滤波模块4的输出端与放大模块7的输入端相连接；放大模块7的输出端与功率控制模块5的输入端相连接；以及，功率控制模块5的输出端通过功分器50分为两路，一路与卫星信号输出接口2相连接，另一路与功率检测模块6的输入端相连接。
基于如上所述的模块间连接关系，在卫星信号中继器200的PCB主板3上形成了如下的卫星信号通路，即：卫星信号从射频连接器(具体为卫星信号输入接口9)进入中继器，经过隔直器后进入优选为可拆卸的滤波模块4以滤除噪声，然后进入放大模块7以进行放大，并在经由功率控制模块5进行功率调整后分成两路，一路进入功率检测模块6，另一路经过隔直器后通过射频连接器(具体为卫星信号输出接口2)输出。
此外，图7是示出根据本发明所提供的卫星信号中继器实施例的模块组装的示意图。如图7所示，PCB主板3装入铝合金外壳1内，卫星信号输入接口9与滤波模块4的输入端相连接，卫星信号输出接口2与功分器50的输出端之一相连接，功率检测模块6的输出端与数据接口8相连接。其中，为了能够适用于不同的卫星导航系统，滤波模块4优选地通过微型射频连接器以可拆卸的方式与PCB主板3相连接，以能够根据需要灵活地选择不同的工作频带的滤波模块4。
更具体地，在卫星信号中继器200的PCB主板3上，功率控制模块5、功率检测模块6以及功分器共同构成用以对卫星信号的功率进行精准控制的功率控制器，并对该功率控制器中的各组成模块详细介绍如下：
功率控制模块
如图6所示，功率控制模块5连接在放大模块7和功分器50之间，主要用于控制卫星信号的功率，以确保卫星信号的功率处于适当的范围内。
功率控制模块5为可调衰减器，根据功率检测数值调节对卫星信号的衰减倍数，以使要输出至卫星信号接收机11的卫星信号具有合适的功率。
功分器
如图6所示，功分器50的输入端连接至功率控制模块5的输出端，以将经由功率控制模块5进行功率调整后的卫星信号一分为二，并且一路输出至卫星信号输出接口2、另一路输出至功率检测模块6。
功分器是一种将一路输入信号的能量分成能量相等或不相等的两路或多路输出的器件。
功率检测模块
如图6所示，功率检测模块6连接在功分器50的输出端之一和数据接口8之间，主要用于检测由功分器50分出的一路卫星信号的功率，从而获知将经由卫星信号输出接口2输出至卫星信号接收机11的另一路卫星信号的功率。
功率检测模块6主要包括功率检测部和数据传输部。其中，功率检测部可包括功率检测IC和模数转换IC，以将检测到的功率值转化为数字值。数据传输部通常为MCU，优选使用USB或者RS232接口与PC机12相连接，主要起数据转换作用，以使PC机12能够读出功率数值。由于PC机12能够读出并显示功率检测模块6所检测到的功率值，使得操作员可以基于PC机12的显示对功率控制模块5进行功率调整操作以确保输出至卫星信号接收机11的另一路卫星信号的功率在适当的范围内。
具言之，当卫星信号在经过了滤波模块4、放大模块7之后到达功率控制模块5时，功分器50将该卫星信号的功率按例如1：1的预定比例分成两路，其中一路输出至功率检测模块6。经由功率检测模块6检测出该路信号的功率值，从而可基于所述预定比例而计算出要输出至卫星信号接收机11的另一路信号的功率值。如果所计算出的功率值过高，例如超出了卫星信号接收机11的可接受范围，则增大功率控制模块5的衰减倍数，以使输出至卫星信号接收机11的卫星信号功率达到合适值。另一方面，如果所计算出的功率值过低，例如将使得卫星信号接收机11因信号过弱而无法正确解析出位置和时间，则减小功率控制模块5的衰减倍数，以使输出至卫星信号接收机11的卫星信号功率达到合适值。
此外，优选由PC机12为功率检测模块6供电，以降低卫星信号中继器200整体功耗。具言之，由于卫星信号中继器200工作时主要依靠卫星信号接收机11供电，并且卫星接收机11提供的电力通常有限，因此期望卫星信号中继器200的功耗越小越好、也即消耗卫星接收机11提供的电力越小越好。选择PC机12为功率检测模块供电，将使得功率检测模块6工作时不需要消耗卫星接收机11为卫星信号中继器200提供的电力、且不工作时不需要消耗任何电力，由此达到了降低卫星信号中继器200的整体功耗的目的。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式仅旨在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种卫星信号中继器，用于对来自卫星导航系统的卫星信号进行放大后输出至卫星信号接收机，并包括：
滤波模块，用于对经由卫星信号输入接口所接收到的信号进行滤波，以滤除除所述卫星信号以外的其它无线信号；
放大模块，用于对通过了所述滤波模块的卫星信号进行功率放大，并将功率放大后的卫星信号经由卫星信号输出接口输出至所述卫星信号接收机；
功率控制模块，所述功率控制模块是衰减倍数能够调整的衰减器，其输入端与所述放大模块的输出端相连接；
功分器，其输入端与所述功率控制模块的输出端相连接，用于将由所述放大模块进行功率放大后并通过了所述功率控制模块的卫星信号按预定比例分成两路；
功率检测模块，所述功率检测模块包括：
功率检测部，用于接收由所述功分器分出的一路信号，检测该路信号的功率值，并将检测到的功率值转换成数字值；
数据传输部，用于将所述功率检测部输出的数字值形式的功率值传输至外部的数据处理装置，以使得所述数据处理装置能够基于所述功率检测部所检测到的功率值计算出由所述功分器分出并要输出至所述卫星信号接收机的另一路信号的功率值，并根据所计算出的功率值相应调整所述衰减器的衰减倍数；
其中，所述滤波模块以能够拆卸的方式、经由柱状的微型射频连接器连接在所述卫星信号输入接口和所述放大模块的输入端之间。
2.根据权利要求1所述的卫星信号中继器，其特征在于，当所述卫星信号中继器在特定的卫星导航系统下工作时，所述滤波模块是以该卫星导航系统的工作频率作为中心频点的带通滤波器。
3.根据权利要求1所述的卫星信号中继器，其特征在于，所述放大模块采用两级放大器级联的结构，其中：
第一级放大器选用低噪声系数器件；以及
第二级放大器选用高增益器件。
4.根据权利要求3所述的卫星信号中继器，其特征在于，所述第一级放大器和所述第二级放大器之间增加有Π型匹配电路。
5.根据权利要求3所述的卫星信号中继器，其特征在于，所述第一级放大器采用负反馈设计。
6.根据权利要求1所述的卫星信号中继器，其特征在于，由所述数据处理装置为所述功率检测模块提供工作电力。
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