CN105933029A - 通信收发机 - Google Patents

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姚建可
丁庆
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Abstract

本发明涉及一种通信收发机。通信收发机包括接收模块、发送模块、本振模块和天线模块，其中，本振模块包括本地振荡器、功分器。仅只采用一个本地振荡器产生本振信号，通过功分器将本振信号分别输出至接收模块、发送模块。天线模块接收来自基站的第一射频信号；接收模块接收来自基站的第一射频信号和经功分器传输的本振信号，并对第一射频信号下变频成中频信号输出；发送模块接收经功分器传输的本振信号和来自室内交互设备的中频信号，并对中频信号上变频成第二射频信号，通过天线模块发送至基站，即可完成射频信号的接收和发送。上述通信收发机取代了原有需要两个不同的本振振荡器来产生本振信号，降低了硬件成本，同时也节约了设备空间。

Description

通信收发机
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及通信收发机。
背景技术
近年来，甚小口径卫星终端站(Very Small Aperture Terminal，VSAT)也称为卫星小数据站(小站)或个人地球站(PES)，卫星通信技术发展迅速，由于其具有灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，利用VSAT用户数据终端可直接和计算机联网，完成数据传递、文件交换、图像传输等通信任务，从而摆脱了远距离通信地面中继站的问题。使用VSAT作为专用远距离通信系统是一种很好的选择。
VSAT卫星通信系统由主站、通信卫星转发器及小站组成。一个典型的Ka波段收发机主要包括本振单元、接收通道单元和发送通道单元部分。由于发送和接收频率不同，其接收模块和发送模块为两个分离的模块，则必须采用两个振荡器产生本振信号。Ka波段收发机接收和发送通道采用了两个不同的本振发生器，使得硬件成本高和调试成本高，而且两个本振发生器就需要采用两套反馈电路，增加了PCB面积和成本。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种采用单个本地振荡器且成本低的通信收发机。
一种通信收发机，包括接收模块、发送模块、本振模块和天线模块；所述本振模块包括本地振荡器、功分器，所述本地振荡器用于产生本地振动信号，所述功分器的输入端与所述本地振荡器连接，所述功分器的两个输出端分别与所述接收模块、发送模块连接；
所述天线模块接收来自基站的第一射频信号；
所述接收模块接收所述第一射频信号和经所述功分器传输的本振信号，并对所述第一射频信号下变频成中频信号输出；
所述发送模块接收经所述功分器传输的所述本振信号和来自交互设备的中频信号，并对中频信号上变频成第二射频信号，通过所述天线模块发送至基站。
在其中一个实施例中，所述本振模块还包括第一倍频器和第二倍频器；所述第一倍频器连接在所述功分器的第一输出端与所述接收模块之间；所述第二倍频器连接在所述功分器的第二输出端与所述发送模块之间。
在其中一个实施例中，所述接收模块包括第一放大器、第一混频器、第二放大器、第一滤波器；所述第一放大器、第一混频器、第二放大器、第一滤波器依次电连接；其中，
所述第一混频器的第一输入端与所述第一放大器连接，所述第一混频器的第二输入端与所述功分器的第一输出端连接；
所述第一混频器的输出端与所述第二放大器的输入端连接。
在其中一个实施例中，所述第一放大器为低噪声放大器；所述第二放大器为中频放大器。
在其中一个实施例中，所述第一滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的带宽为500兆赫兹。
在其中一个实施例中，所述第一混频器为基波混频器或二次谐波混频器。
在其中一个实施例中，所述发送模块包括第二滤波器、第三放大器、第二混频器、第四放大器；所述第二滤波器、第三放大器、第二混频器、第四放大器依次电连接；其中，
所述第二混频器的第一输入端与所述第三放大器连接，所述第二混频器的第二输入端与所述功分器的第二输出端连接；所述第二混频器的输出端与所述第四放大器的输入端连接。
在其中一个实施例中，所述第二滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的带宽为500兆赫兹。
在其中一个实施例中，所述第二混频器为基波混频器或二次谐波混频器。
在其中一个实施例中，所述本振模块还包括反馈电路，用于补偿所述本地振荡器产生的频率漂移；
所述反馈电路的输入端与外部的控制信号连接，所述反馈电路的输出端与所述功分器的输入端连接。
上述通信收发机仅仅只采用一个本地振荡器，通过功分器将本振信号分为两路，分别输出至接收模块、发送模块。天线模块接收来自基站的第一射频信号；接收模块接收来自基站的第一射频信号和经功分器传输的本振信号，并对第一射频信号下变频成中频信号输出；发送模块接收经功分器传输的本振信号和来自室内交互设备的中频信号，并对中频信号上变频成第二射频信号，通过天线模块发送至基站，即可完成射频信号的接收和发送。上述通信收发机取代了原有需要两个不同的本振振荡器来产生本振信号，降低了硬件成本，同时也节约了设备空间。
附图说明
图1为通信收发机的结构框架图；
图2为反馈电路结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示的为通信收发机的结构框架图，通信收发机包括本振模块100、接收模块200、发送模块300和天线模块(图中未示)。本振模块100包括本地振荡器110、功分器120；其中本地振荡器110用于产生本地振动信号，功分器120的输入端与本地振荡器110连接，功分器120的两个输出端与接收模块200、发送模块300连接。天线模块接收来自基站的第一射频信号；接收模块200接收第一射频信号和经功分器120传输的本振信号，并对第一射频信号下变频成中频信号输出。发送模块300接收经功分器120传输的本振信号和来自交互设备的中频信号，并对中频信号上变频成第二射频信号，通过天线模块发送至基站。其中，交互设备可以为调制解调器、用户终端(例如：计算机、笔记本、平板)等。
在本实施例中，第一射频信号为K波段射频信号，其频率范围为19.7～20.2GHz，第二射频信号为Ka波段射频信号，其频率范围为29.5～30GHz。在其他实施例中，第一射频信号为Ka波段射频信号，第二射频信号为K波段射频信号，其第一射频信号与第二射频信号的射频波段不同即可，这样就可以避免该收发机所接收的射频信号就是该收发机发出的射频信号这种情况的发生，避免信号干扰。
本地振荡器110为压控振荡器，其压控振荡器产生的本振(LO)信号的频率为5.25GHz，在其他实施例中，其压控振荡器的本振信号的频率还可以根据实际需求进行调整，使得满足输出的第二射频信号的需求。
功分器120全称功率分配器(Power Divider，PD)，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。在本实施例中，功分器120为二分功分器120，包括一个输入端和两个输出端(第一输出端和第二输出端)。其功分器120的功率容量和频带宽度均可根据本地振荡器110的输出功率和本振频率来设定。
本振模块100还包括第一倍频器130和第二倍频器140。第一倍频器130连接在功分器120的第一输出端与接收模块200之间；第二倍频器140连接在功分器120的第二输出端与发送模块300之间。第一倍频器130和第二倍频器140均可以为晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃回复二极管倍频器，可以根据所需的倍频的倍数选择合适的倍频器。
其中，接收模块200包括第一放大器210、第一混频器220、第二放大器230、第一滤波器240。第一放大器210、第一混频器220、第二放大器230、第一滤波器240依次电连接。第一混频器220的第一输入端与第一放大器210的输出端连接，第一混频器220的第二输入端经第一倍频器130与功分器120的第一输出端连接。
发送模块300包括第二滤波器310、第三放大器320、第二混频器330和第四放大器340。第二滤波器310、第三放大器320、第二混频器330、第四放大器340依次电连接。第二混频器330的第一输入端与第三放大器320的输出端连接，第二混频器330的第二输入端经第二倍频器140与功分器120的第二输出端连接；第二混频器330的输出端与第四放大器340的输入端连接。
为了满足Ka波段的射频信号的需求，在本实施例中，第一倍频器130为4倍频；第二倍频器140为6倍频。第一滤波器240、第二滤波器310均为带通滤波器，其带通滤波器的带宽为500MHz，第一滤波器240的通带频率范围为0.8GHz～1.3GHz；第二滤波器310的通带频率范围为1.5GHz～2.0GHz；压控振荡器产生的本振(LO)信号的频率为5.25GHz；第一混频器220与第二混频器330均为基波混频器。
压控振荡器产生的5.25GHz的本振信号，经过一个二功分器120后分成两路本振信号，其中一路经第一倍频器130四倍频后变为频率为21GHz的本振信号，与接收到的中频信号在第一混频器220混频后经第一放大器210、第一滤波器240处理后，产生0.8～1.3GHz的中频信号；另一路经第二倍频器140六倍频后变为频率为31.5GHz的本振信号，与输入中频信号1.5G～2GHz在第二混频器330混频后产生29.5～30GHz第二射频信号，第一射频信号经第四放大器340处理后经由天线模块发送至基站。
在其他实施中，若第一混频器220与第二混频器330均为基波混频器，则第一滤波器240与第二滤波器310的通带频率范围、第一倍频器130和第二倍频器140的倍频倍数、本振信号频率、第一射频信号频率和第二射频信号频率满足如下公式即可：
fLO*M±fRI＝fRR (1)
fLO*N±fTI＝fTR (2)
在其他实施中，若第一混频器220与第二混频器330均为二次谐波混频器，则第一滤波器240与第二滤波器310的通带频率范围、第一倍频器130和第二倍频器140的倍频倍数、本振信号频率、第一射频信号频率和第二射频信号频率满足如下公式即可：
fLO*M/2±fRI＝fRR (3)
fLO*N/2±fTI＝fTR (4)
上述公式(1)(2)(3)(4)中，fLO表示本振信号频率，M表示第一倍频器130的倍频倍数，N表示第二倍频器140的倍频倍数，fRI表示第一滤波器240的通带频率范围，fTI表示第二滤波器310的通带频率范围，fRR表示第一射频信号频率，fTR表示第二射频信号频率。
其中，第一放大器210为低噪声放大器；低噪声放大器通过天线模块接收来自基站的第一射频信号，并对第一射频信号做放大处理。在本实施例中，第一放大器210为低噪声放大器晶体管，可以选用砷化镓工艺的高电子迁移率晶体管。通过第一放大器210的第一射频信号和本振信号在第一混频器220中进行混频做下变频处理，得到中频信号，该中频信号通过第二放大器230，做中频放大处理。第二放大器230为中频放大器，对第一混频器220输出的中频信号的增益做放大处理。经过第二放大器230处理的中频信号输送至带通滤波器进行滤波处理，经滤波处理筛选出0.8～1.3GHz的中频信号输出至下一级设备，完成了射频信号的接收过程。
相应的，发送模块300中的第二滤波器310对接收的中频信号进行滤波处理，经滤波处理筛选出1.5～2GHz的中频信号输出给第三放大器320，第三放大器320为中频放大器，使1.5～2GHz的中频信号的功率放大，经第三放大器320处理的中频信号输出至第二混频器330，同时本振信号也通过功分器120、第二倍频器140输送至第二混频器330，在第二混频器330中，是中频信号上变频成29.5～30GHz的第二射频信号。第二射频信号通过第三放大器320，即功率放大器对29.5～30GHz第二射频信号的功率进行放大，放大后的29.5～30GHz第二射频信号天线模块发送给基站，完成了射频信号的发送过程。
上述通信收发机仅仅只采用一个本地振荡器110，通过功分器120将本振信号分为两路，分别输出至接收模块200、发送模块300来完成射频信号的接收和发送，从而取代了原有需要两个不同的本振振荡器产出本振信号，降低了硬件成本同时也节约了设备空间。
本振模块100还包括反馈电路150，用于补偿本地振荡器110受温度或者电压影响会产生的频率漂移。参考图2，反馈电路150的输入端与外部的控制信号连接，反馈电路的输出端与功分器120的输入端连接。反馈电路150包括鉴相器、低通滤波器和分频器；鉴相器、低通滤波器、本地振荡器110依次电连接，分频器连接在鉴相器与本地振荡器110之间。由本地振荡器110输出的本振信号经过分频器分频后输入鉴相器并与外置参考信号(一般为晶体振荡器)进行比较，如果与参考信号有相位偏移，则鉴相器会产生相应的电压变化输入给本地振荡器110以调整其输出频率。一个本振振荡器仅需要一个反馈电路来补偿本地振荡器110的频率漂移，成本低，占用空间小，抗干扰能力强。
上述通信收发机不仅限于卫星通讯，还可以应用在任何二次变频收发机中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种通信收发机，包括接收模块、发送模块、本振模块和天线模块；其特征在于，
所述本振模块包括本地振荡器、功分器，所述本地振荡器用于产生本地振动信号，所述功分器的输入端与所述本地振荡器连接，所述功分器的两个输出端分别与所述接收模块、发送模块连接；
所述天线模块接收来自基站的第一射频信号；
所述接收模块接收所述第一射频信号和经所述功分器传输的本振信号，并对所述第一射频信号下变频成中频信号输出；
所述发送模块接收经所述功分器传输的所述本振信号和来自交互设备的中频信号，并对中频信号上变频成第二射频信号，通过所述天线模块发送至基站。
2.根据权利要求1所述的通信收发机，其特征在于，所述本振模块还包括第一倍频器和第二倍频器；所述第一倍频器连接在所述功分器的第一输出端与所述接收模块之间；所述第二倍频器连接在所述功分器的第二输出端与所述发送模块之间。
3.根据权利要求1所述的通信收发机，其特征在于，所述接收模块包括第一放大器、第一混频器、第二放大器、第一滤波器；所述第一放大器、第一混频器、第二放大器、第一滤波器依次电连接；其中，
所述第一混频器的第一输入端与所述第一放大器连接，所述第一混频器的第二输入端与所述功分器的第一输出端连接；
所述第一混频器的输出端与所述第二放大器的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的通信收发机，其特征在于，所述第一放大器为低噪声放大器；所述第二放大器为中频放大器。
5.根据权利要求3所述的通信收发机，其特征在于，所述第一滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的带宽为500兆赫兹。
6.根据权利要求3所述的通信收发机，其特征在于，所述第一混频器为基波混频器或二次谐波混频器。
7.根据权利要求1所述的通信收发机，其特征在于，所述发送模块包括第二滤波器、第三放大器、第二混频器、第四放大器；所述第二滤波器、第三放大器、第二混频器、第四放大器依次电连接；其中，
所述第二混频器的第一输入端与所述第三放大器连接，所述第二混频器的第二输入端与所述功分器的第二输出端连接；所述第二混频器的输出端与所述第四放大器的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的通信收发机，其特征在于，所述第二滤波器为带通滤波器，所述带通滤波器的带宽为500兆赫兹。
9.根据权利要求7所述的通信收发机，其特征在于，所述第二混频器为基波混频器或二次谐波混频器。
10.根据权利要求1所述的通信收发机，其特征在于，所述本振模块还包括反馈电路，用于补偿所述本地振荡器产生的频率漂移；
所述反馈电路的输入端与外部的控制信号连接，所述反馈电路的输出端与所述功分器的输入端连接。
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