CN106100648A - 双频段双天线收发前端电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双频段双天线收发前端电路系统，所述系统包括：低频段发射机、高频段发射机，与低频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第一环形器、第二环形器，与高频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第三环形器、第四环形器，所述的第一环形器、第三环形器分别与第一双工器相连，第一双工器与第一天线相连，所述的第二环形器、第四环形器分别与第二双工器相连，第二双工器与第二天线相连。本发明，解决了双频双天线收发前端系统中，单天线发射高频段同时接收低频段信号，或发射低频段同时接收高频段信号，发射使接收灵敏度恶化的问题。同时，解决了宽工作频段时，功放要求高、功耗大，设计难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种双频段双天线收发前端电路系统。
背景技术
无线通信系统中，常用的收发前端通常有以下四种形式。
图1所示的频分双工收发前端。
发射和接收频率不相同，发射和接收可以同时工作。天线可以在发射信号的同时接收信号，双工器通过滤波保证接收和发射的隔离度，使系统收发同时工作时，典型应用为移动通信。缺点：频分双工时上下行一般设备不同，组网复杂。
图2所示的时分双工收发前端。
发射和接收频率相同，发射和接收分时工作。天线通过环形器或开关连接到接收模块和发射模块，收发同频，为了减小收发之间的相互影响，通常采用收发分时，半双工的工作方式。典型应用为点对点通信，特点是收发分时，相互通信的设备相同，可以实现网内任意两个用户之间的信息交换。缺点：同一设备不能同时接收和发射，需要分时工作。
图3所示的双天线收发前端。
为了提高无线系统传输的可靠性，常采用双天线进行分集。每个天线对应一个独立的发射和接收通路。需要全双工工作时，两个天线一发一收。缺点：对于单个天线，发射和接收频段相同时，收发不能同时工作。
图4所示的双频双天线收发前端。
在图3基础上将接收分为高、低两个频段。两个天线分别接两个独立的收发通道。不仅可以实现一个天线发，另一个天线收，收发同时进行；同时将接收分为高、低两个频段，可以实现同一个天线收发，即天线发射高频段可以接收低频段信号，或发射低频段信号可以接收高频段信号。缺点：发射机内为一 个宽频段的功放，当收发前端工作在发射高频段接收低频段时，功放发射高频段信号，同时也放大了低频段的噪声；高频段的工作信号和低频段的噪声通过环形器，进入接收机；高频段的工作信号经接收机的双工器被滤除，低频段的噪声则直接进入低频段接收模块，使接收机的灵敏度恶化。同理，当收发前端工作在发射低频段接收高频段时也存在使接收灵敏度恶化的问题。
另外，当工作频段较宽时，功放同时实现宽频带和高功率存在设计难点。
有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种双频段双天线收发前端电路系统，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种双频段双天线收发前端电路系统，实现同一个天线收发时，发射高频段信号接收低频段信号，或者发射低频段信号接收高频段信号时，发射信号及宽带噪声不影响接收灵敏度，保证系统可以实现较低的接收灵敏度。同时，在工作频段较宽的情况下，降低功放设计带宽，降低设计难度及系统功耗。
本发明双频段双天线收发前端电路系统，包括：低频段发射机、高频段发射机，所述的低频段发射机、高频段发射机均包括单刀三掷开关SP3T，所述单刀三掷开关SP3T的3个开关控制端分别连接的两个单刀双掷开关SPDT、功分器，功分器的输出端口分别与两个单刀双掷SPDT开关相连，两个单刀双掷SPDT分别与第一3dB电桥的两个输入端口相连，第一3dB电桥的两个输出端口分别经一功放与第二3dB电桥的两个输入端口相连；
所述的系统还包括：与低频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第一环形器、第二环形器，与高频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第三环形器、第四环形器，所述的第一环形器、第三环形器分别与第一双工器相连，第一双工器与第一天线相连，所述的第二环形器、第四环形器分别与第二双工器相连，第二双工器与第二天线相连；第一环形器与第一低频段接收通道相连，第二环形器与第二低频段接收通道相连，第三环形器与第一高频段接收通道相连，第四环形器与第二高频段接收通道相连；
单天线工作：
发射信号时，根据发射信号频率选择输入到相应的低频段发射机或高频段发射机；
选择的发射机的单刀三掷开关SP3T切换到与一个单刀双掷开关SPDT相连的通路，信号经单刀三掷开关SP3T输入到单刀双掷SPDT开关，第一3dB电桥只有一个输入端口有信号输入，信号经第一3dB电桥将信号分成两路，第一dB电桥两个输出端口均有输出信号进入功放，两个功放的输出信号输入第二3dB电桥，信号经第二3dB电桥合成输出给环形器，第二3dB电桥只有一个输出端口，信号进入该输出端口一个相应的环形器，再经双工器滤波后从该单天线输出；
接收信号时，接收信号从该单天线接收进入双工器，经双工器滤波后输入到相应的环形器，再由该环形器输出至低频段接收通道或高频段的接收通道进行处理；
双天线工作；
发射信号时，根据发射信号频率选择输入到相应的低频段发射机或高频段发射机；
选择的发射机的单刀三掷开关SP3T和两个单刀双掷开关SPDT开关均切换到与功分器相连的通路，两个单刀双掷开关SPDT开关均有信号输出，信号经SP3T开关输入到功分器，功分两路分别进入两个SPDT开关，两路信号经单刀双掷开关SPDT后分别输入到第一3dB电桥的两个输入端口，信号经两路功放放大后，再经第二3dB电桥输出，第二3dB电桥两个输出端口均有输出信号，两路输出信号分别进入第一环形器、第二环形器或第三环形器、第四环形器，从第一环形器、第二环形器中选择一路信号经双工器滤波后从其中一个天线输出或从第三环形器、第四环形器中选择一路信号经双工器滤波后从其中一个天线输出；
接收信号时，接收信号从另一个天线接收进入对应的双工器，经双工器滤波后进入相应的环形器，再由该环形器输出至低频段接收通道或高频段的接收通道进行处理。
具体地，所述的信号高频段为1633MHz-1767MHz，所述的低频段信号为1390MHz-1510MHz。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、同一天线同时收发时，与天线相连的双工器的隔离度会对信号产生的宽带噪声进行抑制，使发射高频段接收低频段信号或发射低频段接收高频段信号时，接收灵敏度不受影响，与一个天线发射另一个天线接收时的灵敏度相同。
2、将发射机分成两频段分别处理，减小了功放的工作带宽，大大的降低了功放的实现难度，有助于系统功率的提高以及功耗指标的优化。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是频分双工通信系统接收前端；
图2是时分双工系统收发前端；
图3是双天线收发前端；
图4是双频段双天线收发前端结构；
图5是本发明双频段双天线收发前端电路系统的实施例示意图；
图6是本发明双频段双天线收发前端电路系统的3dB电桥图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图5所示，本发明双频段双天线收发前端电路系统，包括：低频段发射机、高频段发射机，所述的低频段发射机、高频段发射机均包括单刀三掷开关SP3T，所述单刀三掷开关SP3T的3个开关控制端分别连接的两个单刀双掷开关SPDT、功分器，功分器的输出端口分别与两个单刀双掷SPDT开关相连，两个单刀双掷SPDT分别与第一3dB电桥的两个输入端口相连，第一3dB电桥的两个输出端口分别经一功放与第二3dB电桥的两个输入端口相连；
所述的系统还包括：与低频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第一环形器、第二环形器，与高频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第三环形器、第四环形器，所述的第一环形器、第三环形器分别与第一双工器相连，第一双工器与第一天线相连，所述的第二环形器、第四环形器分 别与第二双工器相连，第二双工器与第二天线相连；第一环形器与第一低频段接收通道相连，第二环形器与第二低频段接收通道相连，第三环形器与第一高频段接收通道相连，第四环形器与第二高频段接收通道相连。
以下为本发明双频段双天线收发前端电路系统的几种不同的具体收、发通信方法方式。
实施例1
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用单天线工作(第一天线同时进行信号收、发)：
发射信号时，发射信号为低频段信号选择输入到低频段发射机进行发射；
低频段发射机的单刀三掷开关SP3T切换到与一个单刀双掷开关SPDT相连的通路，信号经单刀三掷开关SP3T输入到单刀双掷SPDT开关，第一3dB电桥只有一个输入端口有信号输入，信号经第一3dB电桥将信号分成两路，第一dB电桥两个输出端口均有输出信号进入功放，两个功放的输出信号输入第二3dB电桥，第二3dB电桥只有一个输出端口，信号经第二3dB电桥合成输出给第一环形器，再经第一双工器滤波后从第一天线输出；
接收信号时，接收的信号为低频段信号，接收信号经第一天线接收进入第一双工器，经第一双工器滤波后输入到第一环形器，再由第一环形器输出至低频段接收通道进行处理。
实施例2
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用单天线工作(第二天线同时进行信号收、发)：
发射信号时，发射信号为高频段信号选择输入到高频段发射机进行发射；
高频段发射机的单刀三掷开关SP3T切换到与一个单刀双掷开关SPDT相连的通路，信号经单刀三掷开关SP3T输入到单刀双掷SPDT开关，第一3dB电桥只有一个输入端口有信号输入，信号经第一3dB电桥将信号分成两路，第一dB电桥两个输出端口均有输出信号进入功放，两个功放的输出信号输入第二3dB电桥，第二3dB电桥只有一个输出端口，信号经第二3dB电桥合成输出给第四环形器，再经第二双工器滤波后从第二天线输出；
接收信号时，接收的信号为高频段信号，接收信号经第二天线接收进入第二双工器，经第二双工器滤波后输入到第四环形器，再由第四环形器输出至高频段的接收通道进行处理。
实施例3
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用单天线工作(第一天线同时进行信号收、发)：
发射信号时，发射信号为低频段信号选择输入到低频段发射机进行发射；
低频段发射机的单刀三掷开关SP3T切换到与一个单刀双掷开关SPDT相连的通路，信号经单刀三掷开关SP3T输入到单刀双掷SPDT开关，第一3dB电桥只有一个输入端口有信号输入，信号经第一3dB电桥将信号分成两路，第一dB电桥两个输出端口均有输出信号进入功放，两个功放的输出信号输入第二3dB电桥，第二3dB电桥只有一个输出端口，信号经第二3dB电桥合成输出给第一环形器，再经第一双工器滤波后从第一天线输出；
接收信号时，接收的信号为高频段信号，接收信号经第一天线接收进入第一双工器，经第一双工器滤波后输入到第三环形器，再由第三环形器输出至高频段的接收通道进行处理。
实施例4
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用双天线工作(第一天线进行发信号、第二天线进行收信号)：
发射信号时，发射信号为低频段信号选择输入到低频段发射机进行发射；
低频段发射机的单刀三掷开关SP3T和两个单刀双掷开关SPDT开关均切换到与功分器相连的通路，两个单刀双掷开关SPDT开关均有信号输出，信号经SP3T开关输入到功分器，功分两路分别进入两个SPDT开关，两路信号经单刀双掷开关SPDT后分别输入到第一3dB电桥的两个输入端口，信号经两路功放放大后，再经第二3dB电桥输出，第二3dB电桥两个输出端口均有输出信号，两路输出信号分别进入第一环形器、第二环形器，选择第一环形器将信号输出至第一双工器， 再经第一双工器滤波后从第一天线输出；
接收信号时，接收信号为低频段信号，接收信号从第二天线接收进入对应的第二双工器，经第二双工器滤波后进入第二的环形器，再由第二的环形器输出至低频段接收通道进行处理。
实施例5
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用双天线工作(第二天线进行发信号、第一天线进行收信号)：
发射信号时，发射信号为高频段信号选择输入到高频段发射机进行发射；
高频段发射机的单刀三掷开关SP3T和两个单刀双掷开关SPDT开关均切换到与功分器相连的通路，两个单刀双掷开关SPDT开关均有信号输出，信号经SP3T开关输入到功分器，功分两路分别进入两个SPDT开关，两路信号经单刀双掷开关SPDT后分别输入到第一3dB电桥的两个输入端口，信号经两路功放放大后，再经第二3dB电桥输出，第二3dB电桥两个输出端口均有输出信号，两路输出信号分别进入第三环形器、第四环形器，选择第四环形器将信号输出至第二双工器，再经第二双工器滤波后从第二天线输出；
接收信号时，接收信号为高频段信号，接收信号从第一天线接收进入对应的第一双工器，经第一双工器滤波后进入第三的环形器，再由第三的环形器输出至高频段接收通道进行处理。
实施例6
本实施例双频段双天线收发前端电路系统，采用双天线工作(第一天线进行发信号、第二天线进行收信号)：
发射信号时，发射信号为低频段信号选择输入到低频段发射机进行发射；
低频段发射机的单刀三掷开关SP3T和两个单刀双掷开关SPDT开关均切换到与功分器相连的通路，两个单刀双掷开关SPDT开关均有信号输出，信号经SP3T开关输入到功分器，功分两路分别进入两个SPDT开关，两路信号经单刀双掷开关SPDT后分别输入到第一3dB电桥的两个输入端口，信号经两路功放放大后，再 经第二3dB电桥输出，第二3dB电桥两个输出端口均有输出信号，两路输出信号分别进入第一环形器、第二环形器，选择第一环形器将信号输出至第一双工器，再经第一双工器滤波后从第一天线输出；
接收信号时，接收信号为高频段信号，接收信号从第二天线接收进入对应的第二双工器，经第二双工器滤波后进入第四的环形器，再由第四的环形器输出至高频段接收通道进行处理。
上述各实施例中，低频段发射机对应的功放为低频段的功放，高频段发射机对应高频段的功放。功放频段窄，功率匹配更简单。同时单天线收发时，低频段功放在高频段的输出功率会略低，即在发射低频段信号时，产生的高频段宽带噪声小，经双工器后，高频段宽带噪声会被双工器的隔离抑制，使得最终在低频段接收通道输入端的噪声仍然是热噪声，不影响接收机的灵敏度。同理，高频段功放在低频段的输出功率也会略低，不影响接收机的灵敏度。
如图6所示，上述各实施例中，第一3dB电桥、第二3dB电桥均为从端口1输入的信号，从端口2、3输出，两个端口信号相位相差90°，设端口2相位为0°，则端口3相位为90°；端口4为隔离口，从端口4输入的信号，从端口2、3输出，此时端口3相位为0°，端口2相位为90°，端口1为隔离口。
本发明高频段和低频段信号的范围不局限于给出的两个频段，所有可以分成高、低两段的工作频段都在保护范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种双频段双天线收发前端电路系统，其特征在于，包括：低频段发射机、高频段发射机，所述的低频段发射机、高频段发射机均包括单刀三掷开关SP3T，所述单刀三掷开关SP3T的3个开关控制端分别连接的两个单刀双掷开关SPDT、功分器，功分器的输出端口分别与两个单刀双掷SPDT开关相连，两个单刀双掷SPDT分别与第一3dB电桥的两个输入端口相连，第一3dB电桥的两个输出端口分别经一功放与第二3dB电桥的两个输入端口相连；
所述的系统还包括：与低频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第一环形器、第二环形器，与高频段发射机的第二3dB电桥的两个输出端口分别连接第三环形器、第四环形器，所述的第一环形器、第三环形器分别与第一双工器相连，第一双工器与第一天线相连，所述的第二环形器、第四环形器分别与第二双工器相连，第二双工器与第二天线相连；第一环形器与第一低频段接收通道相连，第二环形器与第二低频段接收通道相连，第三环形器与第一高频段接收通道相连，第四环形器与第二高频段接收通道相连；
单天线收发同时：
发射信号时，根据发射信号频率选择输入到相应的低频段发射机或高频段发射机；
选择的发射机的单刀三掷开关SP3T切换到与一个单刀双掷开关SPDT相连的通路，信号经单刀三掷开关SP3T输入到单刀双掷SPDT开关，第一3dB电桥只有一个输入端口有信号输入，信号经第一3dB电桥将信号分成两路，第一dB电桥两个输出端口均有输出信号进入功放，两个功放的输出信号输入第二3dB电桥，信号经第二3dB电桥合成输出给环形器，第二3dB电桥只有一个输出端口，信号进入该输出端口一个相应的环形器，再经双工器滤波后从该单天线输出；
接收信号时，接收信号从该单天线接收进入双工器，经双工器滤波后输入到相应的环形器，再由该环形器输出至低频段接收通道或高频段的接收通道进行处理；
双天线收发同时；
发射信号时，根据发射信号频率选择输入到相应的低频段发射机或高频段发射机；
选择的发射机的单刀三掷开关SP3T和两个单刀双掷开关SPDT开关均切换到与功分器相连的通路，两个单刀双掷开关SPDT开关均有信号输出，信号经SP3T开关输入到功分器，功分两路分别进入两个SPDT开关，两路信号经单刀双掷开关SPDT后分别输入到第一3dB电桥的两个输入端口，信号经两路功放放大后，再经第二3dB电桥输出，第二3dB电桥两个输出端口均有输出信号，两路输出信号分别进入第一环形器、第二环形器或第三环形器、第四环形器，从第一环形器、第二环形器中选择一路信号经双工器滤波后从其中一个天线输出或从第三环形器、第四环形器中选择一路信号经双工器滤波后从其中一个天线输出；
接收信号时，接收信号从另一个天线接收进入对应的双工器，经双工器滤波后进入相应的环形器，再由该环形器输出至低频段接收通道或高频段的接收通道进行处理。
2.根据权利要求1所述的双频段双天线收发前端电路系统，其特征在于，所述的双频段范围为1390MHz-1767MHz,其中所述的高频段信号为1633MHz-1767MHz，所述的低频段信号为1390MHz-1510MHz。
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Denomination of invention: Dual band dual antenna transceiver front-end circuit system Effective date of registration: 20231206 Granted publication date: 20190226 Pledgee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd. Pledgor: BEIJING HUIQING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000515 |
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