CN104682985A - Gnss多模多功器模组和多模射频收发系统 - Google Patents

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Abstract

一种GNSS多模多功器模组，它包括天线多功器和通道多功器；天线多功器接收下行通道卫星信号并将所述的下行通道卫星信号送入四合一低噪声滤波合路放大器中进行合路，合路的信号还包括通过北斗一代功率放大器发射的北斗一代上行通道信号；合路后的下行通道信号和上行通道发射信号通过发射接收信号混合电路Ⅰ进行双向等效分路；通道多功器通过发射接收信号混合电路II对下行通道信号和上行通道信号进行双向等效合路，然后在四合一信号功分器中对四路下行通道卫星信号进行分路。本发明采用多模功分器多信号进行分路，采用发射接收混合滤波电路对增加了发射信号和接收信号的隔离度，消除了各信号之间的干扰，采用可控功率放大器保证整个系统的低功耗运行。

Description

GNSS多模多功器模组和多模射频收发系统
技术领域
本发明涉及一种北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS多模多功器模组，以及采用此多功器模组设计的多模式射频收发系统，实现了通过一根馈线进行北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS的下变频多模载波变换和北斗一代的调制及上变频载波变换。
背景技术
北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，分为北斗一代卫星导航系统和北斗二代卫星导航系统，GPS、GLONASS分别为美国和俄罗斯研发的全球卫星导航系统，同时北斗一代卫星导航系统提供上行通道的短报文通信功能。这几个卫星导航系统各有优缺点。
     北斗一代、GPS、GLONASS卫星应用技术已相当成熟，北斗二代卫星应用技术也在蓬勃发展，但是尚没有出现兼容北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS卫星导航系统所有射频通道的射频模块，时实现北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行卫星信号和北斗一代上行卫星信号多模载波变换的射频收发系统。
发明内容
本发明的目的是提供一个能同时实现北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行卫星信号和北斗一代上行卫星信号多模载波变换的射频收发系统，通过一个通道实现现有主流导航系统的所有射频功能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种GNSS多模多功器模组，它包括天线多功器和通道多功器；其中，天线多功器接收北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS下行通道卫星信号并将所述的下行通道卫星信号送入四合一低噪声滤波合路放大器中进行合路，合路的信号还包括通过北斗一代功率放大器发射的北斗一代上行通道信号；合路后的下行通道信号和上行通道发射信号通过发射接收信号混合电路Ⅰ进行双向等效分路；通道多功器通过发射接收信号混合电路II对下行通道信号和上行通道信号进行双向等效合路，然后在四合一信号功分器中对四路下行通道卫星信号进行分路；同时，发射控制信号通过信号发生器控制发射接收信号混合电路II的工作。
所述的四合一低噪声滤波合路放大器包括：四合一信号低噪放模组；多通道滤波陷波模组；宽频信号合路模组三部分组成，实现北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS信号的低噪声放大和处理。
在天线多功器中，发射接收信号混合电路Ⅰ包括多频段滤波陷波电路I和发射接收信号分离电路；在通道多功器中，发射接收信号混合电路II包括多频段滤波陷波电路II和发射接收信号合成电路。
所述的北斗一代功率放大器为可控功率放大器，通过在输入信号中加TTL控制电平来控制功率放大器进入放大和休眠两种状态。
所述的四合一信号功率分配器为多模多频段功分器，由信号功率补偿模组和宽频带信号功率分配模组构成，通过此功分器实现北斗一代卫星信号，北斗二代卫星信号，GPS卫星信号，GLONASS卫星信号的分离，然后分别连接射频模块。
一种多模多功器模组制成的多模射频收发系统，其特征在于：它将天线多功器接收到得北斗一代卫星信号、北斗二代卫星信号、GPS卫星信号和GLONASS卫星信号通过一根馈线传送至通道多功器，并通过射频电路对这四种卫星信号进行多路下变频载波变换，同时对通过北斗一代上行通道传递的报文信息进行调制和上变频载波变换。
所述的射频电路包括GPS接收电路、GLONASS接收电路、北斗一代射频接收电路、北斗二代射频接收电路、和北斗一代发射通路。
所述的北斗一代射频接收电路、北斗二代射频接收电路均采用二次正交下变频零中频结构，且该结构中的混频电路为正交混频电路。
所述的北斗一代发射通路采用输入可调低电平BPSK的调制方式，上变频采用二次低杂散上变频电路，输出电路采用热跟踪四级逐级放大的功率放大结构。
所述的GPS/GLONASS接收电路为双模双通道固定输入输出的全差分射频接收芯片，分别差分输入GPS/GLONASS卫星信号，在全差分射频接收芯片内部实现低噪声放大、一次正交下变频、自动增益控制、以及2位AD转换实现分别符号位和幅度位的输出。
采用上述技术方案的本发明，其中北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS多模多功器模组采用四合一低噪声放大器进行信号的低噪声放大及合路，采用多模功分器多信号进行分路，采用发射接收混合滤波电路对增加了发射信号和接收信号的隔离度，消除了各信号之间的干扰，同时采用可控功率放大器保证了整个系统的低功耗运行，采用此多模多功器模组研制的多模射频收发系统可将北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行卫星信号和北斗一代上行卫星信号的射频通道集中在一个产品上，实现下行通道的接收及载波变换和上行通道的载波变换及发射。减少了产品的体积，同时做到了上下行卫星信号的有效隔离。多模射频收发系统的各通道性能参数如表1、表2所示。
表1。
表2。
从上述指标和结构原理可以看出，本发明具有以下优点：
1. 能同实现北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行卫星信号的接收和北斗一代上行卫星信号的发射及5个通道的载波变换。
2. 各射频通道具有极好的通道选择性及带外抑制性能。
3. 通过一根馈线实现5个射频通道性能。
4. 各接收收系统具有优良的接收灵敏度，发射系统具有极高的频率稳定度。
5. 缩减了多系统射频通道的体积，满足了小型化的应用。
综上，本发明能为卫星应用设备提供北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行卫星信号，实现了北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四系统的工作模式，能自由实现各导航系统的主备，实现各系统优势互补，提高了卫星应用的安全性。能够满足单一或组合卫星导航系统的应用。同时，北斗一代上行卫星通道能实现短报文通过卫星传输，打破了一般通信的时空限制。
附图说明
图1为本发明中多模多功器模组的组成框图。
图2为本发明中天线多功器原理框图。
图3为本发明中通道多功器原理框图。
图4为本发明中多模射频收发系统的原理框图。
图5为本发明中双模双通道固定输入输出的全差分射频接收芯片原理框图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS多模多功器模组，它包括天线多功器和通道多功器；其中，天线多功器接收北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS下行通道卫星信号并将所述的下行通道卫星信号送入四合一低噪声合路放大器中进行合路，合路的信号还包括通过北斗一代功率放大器发射的北斗一代上行通道信号；合路后的下行通道信号和上行通道发射信号通过发射接收信号混合电路Ⅰ进行双向等效分路。
具体地说，北斗一代接收微带天线，北斗二代无源接收微带天线，GPS无源接收微带天线，GLONASS接收微带天线分别与四合一低噪声放大器的其中一个输入端口相连，实现四个频段的低噪声放大，同时各个频段的卫星信号的增益与频段的频率高低成反比，然后在输出口进行无源滤波合路，通过低噪放的四合一合路器将四路信号合路输出，合路后的下行通道信号和上行通道发射信号及22KHz方波的TTL控制信号通过发射接收信号混合电路进行双向等效分路。经过发射接收信号混合电路的四路下行通道信号通过馈线进入通道多功器，北斗一代上行卫星信号通过馈线进入发射接收信号混合电路。经过发射接收信号混合电路的北斗一代发射信号和北斗一代可控功率放大器的输入端相连，北斗一代可控功率放大器的输出端与北斗一代发射微带天线相连。22KHz方波信号通过馈线进入发射接收信号混合电路，然后作为控制信号进入TTL电平开关电路控制TTL电平输出，输出的TTL电平作为北斗一代可控功率放大器的控制信号，在功放的输入信号中加TTL控制电平来控制功率放大器进入放大和休眠两种状态。北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四合一低噪声放大器的输出接口、北斗一代可控功率放大器的信号输入接口、供电输入接口、TTL电平开关电路控制信号输入接口均通过天线多功器发射接收混合电路和射频馈线相连，信号混合电路包括多频段滤波陷波电路和发射接收信号分离电路。最后连接通道多功器。天线多功器的原理框图如图2所示。
如图1、图3所示，通道多功器通过发射接收信号混合电路II对下行通道信号和上行通道信号进行双向等效合路，然后在四合一信号功分器中对四路下行通道卫星信号进行分路；同时，发射控制信号通过信号发生器控制发射接收信号混合电路II的工作。具体地说，北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS下行通道信号通过馈线进入通道多功器的发射接收信号混合电路，然后通过四合一信号功分器将北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS的信号进行分离后分别进入对应的频率变换单元。发射控制信号的高低电平控制22KHz信号发生器产生22KHz 的TTL电平开关电路控制信号，四合一信号功分器的输入接口和22KHz信号发生器和北斗一代上行通道发射信号的输出接收，供电输出接口均通过通道多功器发射接收混合电路和射频馈线相连，发射接收信号混合电路包括多频段滤波陷波电路和发射接收信号合成电路。最后连接天线多功器。如图三所示。
采用多模多功器模组研制的多模射频收发系统将北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS四个卫星导航系统的下行频率变换通道卫和北斗一代上行频率变换通道集中在一个射频系统中，如图4所示。
进入北斗一代射频接收电路的北斗一代卫星信号进入低噪声放大电路然后进入小体积窄带频带选择滤波器，经过第一级北斗一代正交下变频，将北斗一代信号变为第一级高中频信号，滤波后经过第二级北斗一代正交下变频变为正交零中频卫星信号，然后通过10位AD实现模拟中频到数字中频的转换。
进入北斗二代射频接收电路的北斗二代卫星信号进入低噪声放大电路然后进入小体积窄带频带选择滤波器，经过第一级北斗二代正交下变频，将北斗二代信号变为第一级高中频信号，滤波后经过第二级北斗二代正交下变频变为正交低中频卫星信号，然后通过8位AD实现模拟中频到数字中频的转换。
进入GPS和GLONASS接收电路的GPS和GLONASS卫星信号分别通过低噪声放大器和频道选择滤波器进入双模双通道固定输入输出的全差分射频接收芯片，在芯片内部实现低噪声放大，一次正交下变频，自动增益控制，2位AD转换实现分别符号位和幅度位的输出，全差分射频接收芯片的原理框图如图5所示。
北斗一代发射电路：采用输入可调低电平BPSK的调制方式，将基带信号变成中频扩频信号，信号TTL电平通过衰减器接入，保证BPSK调制器工作在线性范围，同时获得较好的载波抑制和相位误差特性，得到稳定的调制器输出电平，经过带通滤波滤除旁瓣功率谱，由中频放大器放大到一定电平，再经过低杂散上变频电路变换成射频载波，输出预放大电路采用热跟踪四级逐级放大的预功率放大结构。

Claims (10)

1.一种GNSS多模多功器模组，其特征在于：它包括天线多功器和通道多功器；其中，天线多功器接收北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS下行通道卫星信号并将所述的下行通道卫星信号送入四合一低噪声滤波合路放大器中进行合路，合路的信号还包括通过北斗一代功率放大器发射的北斗一代上行通道信号；合路后的下行通道信号和上行通道发射信号通过发射接收信号混合电路Ⅰ进行双向等效分路；通道多功器通过发射接收信号混合电路II对下行通道信号和上行通道信号进行双向等效合路，然后在四合一信号功分器中对四路下行通道卫星信号进行分路；同时，发射控制信号通过信号发生器控制发射接收信号混合电路II的工作。
2.根据权利要求1所述的GNSS多模多功器模组，其特征在于：所述的四合一低噪声滤波合路放大器包括：四合一信号低噪放模组；多通道滤波陷波模组；宽频信号合路模组三部分组成，实现北斗一代/北斗二代/GPS/GLONASS信号的低噪声放大和处理。
3.根据权利要求1所述的GNSS多模多功器模组，其特征在于：在天线多功器中，发射接收信号混合电路Ⅰ包括多频段滤波陷波电路I和发射接收信号分离电路；在通道多功器中，发射接收信号混合电路II包括多频段滤波陷波电路II和发射接收信号合成电路。
4.根据权利要求1所述的GNSS多模多功器模组，其特征在于：所述的北斗一代功率放大器为可控功率放大器，通过在输入信号中加TTL控制电平来控制功率放大器进入放大和休眠两种状态。
5.根据权利要求1所述的GNSS多模多功器模组，其特征在于：所述的四合一信号功率分配器为多模多频段功分器，由信号功率补偿模组和宽频带信号功率分配模组构成，通过此功分器实现北斗一代卫星信号，北斗二代卫星信号，GPS卫星信号，GLONASS卫星信号的分离，然后分别连接射频模块。
6.一种利用权利要求1—5任一所述的GNSS多模多功器模组制成的多模射频收发系统，其特征在于：它将天线多功器接收到得北斗一代卫星信号、北斗二代卫星信号、GPS卫星信号和GLONASS卫星信号通过一根馈线传送至通道多功器，并通过射频电路对这四种卫星信号进行多路下变频载波变换，同时对通过北斗一代上行通道传递的报文信息进行调制和上变频载波变换。
7.根据权力要求书6所述的多模射频收发系统，其特征在于：所述的射频电路包括GPS接收电路、GLONASS接收电路、北斗一代射频接收电路、北斗二代射频接收电路、和北斗一代发射通路。
8.根据权力要求书7所述的多模射频收发系统，其特征在于：所述的北斗一代射频接收电路、北斗二代射频接收电路均采用二次正交下变频零中频结构，且该结构中的混频电路为正交混频电路。
9.根据权力要求书6所述的多模射频收发系统，其特征在于：所述的北斗一代发射通路采用输入可调低电平BPSK的调制方式，上变频采用二次低杂散上变频电路，输出电路采用热跟踪四级逐级放大的功率放大结构。
10.根据权力要求书6所述的多模射频收发系统，其特征在于：所述的GPS/GLONASS接收电路为双模双通道固定输入输出的全差分射频接收芯片，分别差分输入GPS/GLONASS卫星信号，在全差分射频接收芯片内部实现低噪声放大、一次正交下变频、自动增益控制、以及2位AD转换实现分别符号位和幅度位的输出。
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