CN104143965B - 一种射频多工器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频多工器，前端多工器包括多工器A和功放模块加电控制模块，功放模块加电控制模块由电压比较器、电压转换电路和时间比较器组成；电源模块分别通过射频电缆与电压比较器、电压转换电路连接，参考电压通过参考电压输入端口导入电压比较器，电压比较器的输出与电压转换电路连接，电压转换电路的受控发射电平输出端通过时间比较器与功放模块的电源端连接。本发明通过控制主机电源模块馈电电平的高低来实现功放模块的加电控制，不易受到外界信号的干扰，可避免功放模块误加电；在功放模块加电工作一定时间后，强制去除加电信号，可避免功放模块因人为操作失误或前端电压比较器失效而长时间工作，提高了功放控制的准确性和可靠性。

Description

一种射频多工器

技术领域

本发明涉及一种射频多工器。

背景技术

北斗卫星导航系统的建立是我国航天事业发展的重要里程碑，对我国的国家安全及技术储备有着重大意义。GPS卫星导航系统已有30年的发展历史，技术成熟，应用广泛，在目前的卫星导航系统的市场中占有主导地位。有效实现北斗和GPS的集成既是市场需求，也是卫星导航技术发展的必然趋势。北斗卫星信号和GPS卫星信号所处频段的不同，实现北斗和GPS集成的关键即在于射频多工器的设计问题。

传统多模卫星定位导航终端天线的多频射频信号传输方式为：多频天线接收多路不同频率的射频信号；各路不同频率的射频信号经过低噪声放大后分别通过射频电缆传输至后端信号处理单元进行处理；同样的，在信号发射过程中，多路不同频率的待发射射频信号通过射频电缆传输至前端天线单元，前端天线单元将多路待发射信号分别经过功率放大后发送至多频天线进行发射。在此传统的信号传输方法中，每种频段的信号均需要一根与频段相匹配的射频电缆供该射频信号进行传输，因此，要实现多频信号的传输则必须要提供多根射频电缆，这大大增加了系统的设计和运行成本，增加了系统的复杂度，且无法保障各频段之间的隔离度。

此外，为了降低系统能耗、延长功率放大器的使用寿命，在多频射频信号发射的过程中，需要通过加电来控制功率放大器的工作状态，即：在需要发射信号时给功率放大器加电，在不需要发射信号时则不给功率放大器加电。为了实现上述目的，传统方法为：在主机上给连接射频电缆馈一个发射时需要的直流电平，在天线端设计一个射频检波电路，检波电路的检波阀值大于接收的北斗RDSS S、北斗RNSS B1、北斗RNSS B3、GPS L1、GLONASS L1等频段的信号电平，小于主机发射时发出的L频段信号电平。主机发射时发出L频段信号，射频检波电路检测出发射信号后立即给功率放大器加电，功率放大器将L频段信号放大后通过天线发射出去。这种传统的功放模块控制方式存在以下问题：如果用户机附近有与L频段相近的强信号干扰，即使在没有L频段发射信号的情况下也会给功率放大器误加电，控制准确度较差，而且长时间的加电很容易烧坏功率放大器。

进一步的，传统的功放模块控制方法还存在以下问题：在人为操作失误或电路故障时，可能会出现功放模块长时间一直加电工作的情况，直接增加了系统能耗，且会影响功率放大器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的射频多工器，一方面，将多路不同频率的多频射频信号及供电电源合路到一根射频电缆中进行传输，传输完成经过分路后进行后续处理，减少了多频射频信号传输所需的电缆数量，结构简单，大大降低了系统设计和运行成本，且保障了多频频段之间的隔离度；另一方面，增设电压比较器，通过控制主机电源模块馈电电平的高低来实现功放模块的加电控制，不易受到外界信号的干扰，一定程度上可避免功放模块误加电情况的发生；进一步地，增设时间比较器对功放模块进行加电控制，在功放模块加电工作一定时间后，强制去除功放模块加电信号，可避免功放模块因人为操作失误或前端电压比较器失效而长时间加电工作，进一步提高了功放模块控制的准确性和可靠性，有助于降低系统能耗，延长功放模块的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种射频多工器，它包括前端多工器和后端多工器，多频天线的射频信号输出通过低噪声放大器与前端多工器连接，前端多工器的射频信号输出通过功放模块与多频天线连接；后端多工器的射频信号输出与信号处理单元连接，信号处理单元的输出通过发射信道与后端多工器连接；

所述的前端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器A和功放模块加电控制模块，功放模块加电控制模块由电压比较器、电压转换电路和时间比较器组成；

所述的后端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器B，多工器B的合路信号I/O接口与多工器A的合路信号I/O接口之间通过一根射频电缆连接，电源模块分别通过射频电缆与电压比较器、电压转换电路的电源输入端口连接，参考电压通过参考电压输入端口导入电压比较器，其中，参考电压大于不发射时的电平值且不大于发射时的电平值。电压比较器的输出与电压转换电路的切换控制端口连接，电压转换电路的受控发射电平输出端通过时间比较器与功放模块的电源端连接。

时间阀值通过时间阀值输入端口导入时间比较器，其中，时间阀值大于发射一次需要的最长时间且小于预设的加电安全值（通常设为0.5S）。

进一步地，前端多工器包括射频开关Ⅰ，同频段射频信号低噪声放大器的输出通过射频开关Ⅰ与多工器A连接，多工器A通过射频开关Ⅰ与同频段射频信号功放模块的输入连接。

进一步地，后端多工器包括射频开关Ⅱ，同频段射频信号发射信道的输出通过射频开关Ⅱ与多工器B连接，多工器B通过射频开关Ⅱ与同频段射频信号OEM模块的输入连接。

进一步地，电压转换电路除受控发射电平输出端外，还包括一个受控开关电压输出端和一个接收链路工作电压输出端。其中，受控发射电平为功放模块供电，受控开关电压为射频开关供电，接收链路工作电压为天线单元接收链路提供基础工作电压。

其具体工作过程为：在需要发射信号时，主机单元的电源模块产生发射信号时需要的高馈电电平，高馈电电平通过射频电缆传输至电压转换电路和电压比较器，电压比较器将该高馈电电平与参考电压进行对比，检测出馈电电平高于或等于参考电压，控制电压转换电路产生该高馈电电平并输出至功放模块，为功放模块加电。在电压转换电路与功放模块之间还设有时间比较器，时间比较器中设置一个时间阀值，该时间阀值大于发射一次需要的最长时间且小于预设的加电安全值，当输入功放模块加电信号的时间超过功放模块加电时间阀值时，时间比较器的输出端立即去除功放模块加电信号立即给功放模块加电。

在无发射信号时，主机单元的电源模块产生低馈电电平（低于发射信号时的电平），低馈电电平通过射频电缆传输至电压转换电路和电压比较器，电压比较器将该低馈电电平与参考电压进行对比，检测出馈电电平低于参考电压，不给功放模块加电或立即给功放模块下电。

本发明的有益效果是：

1）将多路不同频率的多频射频信号及供电电源合路到一根射频电缆中进行传输，传输完成经过分路后进行后续处理，减少了多频射频信号传输所需的电缆数量，结构简单，大大降低了系统设计和运行成本，且保障了多频频段之间的隔离度；

2）增设电压比较器，通过控制主机电源模块馈电电平的高低来实现功放模块的加电控制，不易受到外界信号的干扰，一定程度上可避免功放模块误加电情况的发生；

3）增设时间比较器对功放模块进行加电控制，在功放模块加电工作一定时间后，强制去除功放模块加电信号，可避免功放模块因人为操作失误或前端电压比较器失效而长时间加电工作，进一步提高了功放模块控制的准确性和可靠性，有助于降低系统能耗，延长功放模块的使用寿命。

附图说明

图1为射频多工器结构框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种射频多工器，它包括前端多工器和后端多工器，多频天线（北斗/GPS/GLONASS多频天线）的射频信号输出通过低噪声放大器（GPS LNA、北斗RNSS LNA、北斗RDSS LNA等）与前端多工器连接，前端多工器的射频信号输出通过功放模块与多频天线连接；后端多工器的射频信号输出与信号处理单元连接，信号处理单元的输出通过发射信道与后端多工器连接；

所述的前端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器A和功放模块加电控制模块，功放模块加电控制模块由电压比较器、电压转换电路和时间比较器组成；

所述的后端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器B，多工器B的合路信号I/O接口与多工器A的合路信号I/O接口之间通过一根射频电缆连接，电源模块输出的+24V/+28V馈电电平分别通过射频电缆与电压比较器、电压转换电路的电源输入端口连接，参考电压通过参考电压输入端口导入电压比较器，其中，参考电压大于不发射时的电平值且不大于发射时的电平值，即：24V＜U≤28V。电压比较器的输出与电压转换电路的切换控制端口连接，电压转换电路的受控发射电平输出端通过时间比较器与功放模块的电源端连接。

时间阀值通过时间阀值输入端口导入时间比较器，其中，时间阀值大于发射一次需要的最长时间且小于预设的加电安全值（通常设为0.5S）。

进一步地，前端多工器包括射频开关Ⅰ，同频段射频信号低噪声放大器的输出通过射频开关Ⅰ与多工器A连接，多工器A通过射频开关Ⅰ与同频段射频信号功放模块的输入连接。

进一步地，后端多工器包括射频开关Ⅱ，同频段射频信号发射信道的输出通过射频开关Ⅱ与多工器B连接，多工器B通过射频开关Ⅱ与同频段射频信号OEM模块的输入连接。

进一步地，电压转换电路除+28V受控发射电平输出端外，还包括一个受控5V受控开关电压输出端和一个+5V接收链路工作电压输出端。其中，+28V受控发射电平为功放模块供电，受控5V受控开关电压为射频开关供电，+5V接收链路工作电压为天线单元接收链路提供基础工作电压。

其具体工作过程为：在需要发射信号时，主机单元的电源模块产生发射信号时需要的+28V高馈电电平，+28V高馈电电平通过射频电缆传输至电压转换电路和电压比较器，电压比较器将该+28V高馈电电平与参考电压（24V＜U≤28V）进行对比，检测出馈电电平高于或等于参考电压，控制电压转换电路产生该+28V高馈电电平并输出至功放模块，为功放模块加电。在电压转换电路与功放模块之间还设有时间比较器，时间比较器中设置一个时间阀值，该时间阀值大于卫星天线发射一次需要的最长时间且小于1秒，当输入功放模块加电信号的时间超过功放模块加电时间阀值时，时间比较器的输出端立即去除功放模块加电信号立即给功放模块加电。

在无发射信号时，主机单元的电源模块产生+24V低馈电电平（低于发射信号时的电平），+24V低馈电电平通过射频电缆传输至电压转换电路和电压比较器，电压比较器将该+24V低馈电电平与参考电压进行对比，检测出馈电电平低于参考电压，不给功放模块加电或立即给功放模块下电。

需要说明的是：本发明不仅限于北斗、GPS频点，且不仅限于北斗SL+GPS三频应用，可适用于各频点的组合。如：北斗RDSS-S/L，北斗RNSS-B1/B2/B3，GPS L1，GLONASS L1等频点的任意组合。

Claims (4)

1.一种射频多工器，它包括前端多工器和后端多工器，多频天线的射频信号输出通过低噪声放大器与前端多工器连接，前端多工器的射频信号输出通过功放模块与多频天线连接；后端多工器的射频信号输出与信号处理单元连接，信号处理单元的输出通过发射信道与后端多工器连接；

其特征在于：

所述的前端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器A、射频开关Ⅰ和功放模块加电控制模块，同频段射频信号低噪声放大器的输出通过射频开关Ⅰ与多工器A连接，多工器A通过射频开关Ⅰ与同频段射频信号功放模块的输入连接，多工器A的合路信号I/O接口与功放加电控制模块馈电电平端口连接；功放模块加电控制模块由电压比较器、电压转换电路和时间比较器组成；

所述的后端多工器包括具有射频信号分/合路功能的多工器B和射频开关Ⅱ，多工器B的合路信号I/O接口与多工器A的合路信号I/O接口之间通过一根射频电缆连接，同频段射频信号发射信道的输出通过射频开关Ⅱ与多工器B连接，多工器B通过射频开关Ⅱ与同频段射频信号OEM模块的输入连接，电压比较器、电压转换电路的电源输入端口分别通过射频电缆与电源模块连接，参考电压通过参考电压输入端口导入电压比较器，电压比较器的输出与电压转换电路的切换控制端口连接，电压转换电路的受控发射电平输出端通过时间比较器与功放模块的电源端连接。

2.根据权利要求1所述的一种射频多工器，其特征在于：所述的电压转换电路除受控发射电平输出端外，还包括一个受控开关电压输出端和一个接收链路工作电压输出端。

3.根据权利要求2所述的一种射频多工器，其特征在于：所述的受控开关电压为射频开关供电。

4.根据权利要求2所述的一种射频多工器，其特征在于：所述的接收链路工作电压为天线单元接收链路提供基础工作电压。