CN106209124A - 一种集成射频前端电路的天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种集成射频前端电路的天线装置，包括射频前端电路和天线，其中，射频前端电路包括FPGA处理器模块、发射模块、接收模块、本振模块以及双工器，将具有收发功能的射频前端电路集成至天线中，与天线短距离连接，能更好地实现天线与射频前端的匹配，且基站的架设不再受限于天线，一个基站可架设大量具有前端射频功能的天线，突破原有的天线数量局限，很好地解决了成本高、性能低的问题；进一步地，射频前端电路通过光纤接口从光纤接收信号，或者向光纤输出信号，突破了同轴线在传输距离上的限制，进一步提高天线与射频前端电路的匹配度。

Description

一种集成射频前端电路的天线装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种集成射频前端电路的天线装置。
背景技术
现有通信设施中，由于馈线远距离传输会带来较大的信号损耗，会降低天线与基站内射频前端的匹配度，因此，天线通常架设在基站附近，换言之，天线与基站不可分离，二者的架设位置相互制约，为满足通信需求，只能架设大量基站和天线，导致建设成本陡增；进一步地，现有基站与天线的配置呈广播式拓扑结构，一个基站的配套天线数量极其有限，根本无法满足组建天线阵列的需求。
发明内容
本发明提供一种集成射频前端电路的天线装置，解决天线与基站必须近距离匹配引发的成本高、性能低的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种集成射频前端电路的天线装置，包括射频前端电路和天线；所述射频前端电路与天线相连；所述射频前端电路包括FPGA处理器模块、发射模块、接收模块、本振模块以及双工器；所述FPGA处理器模块接收外部设备的信号；所述发射模块的输入端与FPGA处理器模块相连，所述发射模块的输出端与双工器的输入端子相连；所述双工器的双输入输出端子与天线相连；所述本振模块为发射模块和接收模块提供本振信号；所述天线接收外部信号，输入至双工器的双输入输出端子，所述双工器的输出端子与接收模块的输入端相连，所述接收模块的输出端与FPGA处理器模块相连，所述FPGA处理器模块将信号输出至外部设备。
进一步地，所述发射模块包括发射端第一D/A转换器、发射端第一放大器、发射端第二D/A转换器、发射端第二放大器、加法器、上变频器、发射端滤波器以及功率放大器；所述第一D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，所述第一D/A转换器经发射端第一放大器与加法器的一路输入端相连；所述第二D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，所述第二D/A转换器经发射端第二放大器与加法器的另一路输入端相连；所述第一D/A转换器和发射端第二D/A转换器的电路结构相同；所述发射端第一放大器与发射端第二放大器的电路结构相同；所述加法器的输出端与上变频器的一路输入端相连，所述本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，所述本振模块的一路输出端与上变频器的另一路输入端相连；所述上变频器的经发射端滤波器、功率放大器与双工器的输入端子相连。
进一步地，所述接收模块包括接收端滤波器、低噪声放大器、下变频器、接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器、接收端第二放大器、90°移相器以及接收端第二A/D转换器；所述双工器经接收端滤波器、低噪声放大器与下变频器的一路输入端相连；所述本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，所述本振模块的另一路输出端与下变频器的另一路输入端相连；所述下变频器的一路输出信号经接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器与FPGA处理器模块相连；所述下变频器的另一路输出信号经接收端第二放大器、90°移相器、接收端第二A/D转换器与FPGA处理器模块相连。
进一步地，还包括光纤接口；所述光纤接口与外部设备相连，所述光纤接口与FPGA处理器模块相连。
进一步地，外部设备发出的信号输入至FPGA处理器模块，FPGA处理器模块将信号转化为两路，两路信号同时输入至发射模块，发射模块对两路信号分别进行D/A转换和放大，再进行信号合成，再进行上变频、滤波以及功率放大，再由双工器将高频信号耦合至天线，由天线将信号发射出去；天线接收外部信号，由双工器将外部信号输入至接收模块进行滤波、低噪声放大以及下变频，一路下变频输出信号进行放大和A/D转换后输出至FPGA处理器模块，另一路下变频信号进行放大、90°移相、A/D转换后输出至FPGA处理器模块，由FPGA处理器模块将信号输出至外部设备；本振模块在FPGA处理器模块的控制下为发射模块和接收模块提供本振信号。
与现有技术相比，具有如下特点：
1、将具有收发功能的射频前端电路集成至天线中，与天线短距离连接，能更好地实现天线与射频前端的匹配，且基站的架设不再受限于天线，一个基站可架设大量具有前端射频功能的天线，突破原有的天线数量局限，很好地解决了成本高、性能低的问题；
2、射频前端电路通过光纤接口从光纤接收信号，或者向光纤输出信号，突破了同轴线在传输距离上的限制，进一步提高天线与射频前端电路的匹配度。
附图说明
图1为本发明结构原理框图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
一种集成射频前端电路的天线装置，包括射频前端电路和天线；射频前端电路与天线相连；射频前端电路包括FPGA处理器模块、发射模块、接收模块、本振模块以及双工器；FPGA处理器模块接收外部设备的信号；发射模块的输入端与FPGA处理器模块相连，发射模块的输出端与双工器的输入端子相连；双工器的双输入输出端子与天线相连；本振模块为发射模块和接收模块提供本振信号；天线接收外部信号，输入至双工器的双输入输出端子，双工器的输出端子与接收模块的输入端相连，接收模块的输出端与FPGA处理器模块相连，FPGA处理器模块将信号输出至外部设备。将设有发射模块和接收模块的射频前端电路集成到天线中，与天线短距离连接，不仅能更好地实现天线与射频前端的匹配，还能架设大量具有前端射频功能的天线，满足组建天线阵列的需求。
发射模块包括发射端第一D/A转换器、发射端第一放大器、发射端第二D/A转换器、发射端第二放大器、加法器、上变频器、发射端滤波器以及功率放大器；第一D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，第一D/A转换器经发射端第一放大器与加法器的一路输入端相连；第二D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，第二D/A转换器经发射端第二放大器与加法器的另一路输入端相连；第一D/A转换器和发射端第二D/A转换器的电路结构相同；发射端第一放大器与发射端第二放大器的电路结构相同；加法器的输出端与上变频器的一路输入端相连，本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，本振模块的一路输出端与上变频器的另一路输入端相连；上变频器的经发射端滤波器、功率放大器与双工器的输入端子相连。
接收模块包括接收端滤波器、低噪声放大器、下变频器、接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器、接收端第二放大器、90°移相器以及接收端第二A/D转换器；双工器经接收端滤波器、低噪声放大器与下变频器的一路输入端相连；本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，本振模块的另一路输出端与下变频器的另一路输入端相连；下变频器的一路输出信号经接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器与FPGA处理器模块相连；下变频器的另一路输出信号经接收端第二放大器、90°移相器、接收端第二A/D转换器与FPGA处理器模块相连。
本发明进一步包括光纤接口；光纤接口与外部设备相连，光纤接口与FPGA处理器模块相连。射频前端电路通过光纤接口从光纤接收信号，或者向光纤输出信号，突破了同轴线在传输距离上的限制，进一步提高天线与射频前端电路的匹配度。
射频前端电路具有发射功能和接收功能：
执行发射功能时，FPGA处理器模块通过光纤接口接收外部设备输出的基带信号，并将信号转化为两路，分别为Iin输入信号和Qin输入信号，两路信号同时输入至发射模块，Iin输入信号经发射端第一D/A转换器进行D/A转换后，输入至发射端第一放大器进行放大，Qin输入信号经发射端第二D/A转换器进行D/A转换后，输入至发射端第二放大器进行放大，经放大后的两路信号输入至加法器进行信号合成，得到低频信号，加法器的输出信号输入至上变频器，本振模块在FPGA控制器模块的控制下产生特定频率的本振信号输入至上变频器，上变频器将该低频信号调制到适合天线发射的高频载波上，得到高频信号，再对所得高频信号进行滤波，以滤除其它频率信号的噪声干扰，进行功率放大，以增大高频信号的传输距离，再由双工器将高频信号耦合至天线，由天线将高频信号发射出去；
执行接收功能时，天线接收外部信号，该外部信号除有用信号外，还含有干扰噪声，由接收端滤波器进行噪声干扰的滤除，有用信号较弱，由低噪声放大器进行放大，该有用信号为含有低频基带信号的调制射频信号，该调制射频信号输出至下变频器，本振模块在FPGA控制器模块的控制下产生特定频率的本振信号输入至下变频器，由下变频将低频基带信号从调制射频信号中解调出，得到的基带信号分为两路，一路经放大、A/D转换后得到Iout输出信号，该输出信号输入至FPGA处理器模块，另一路经放大、90°移相以及A/D转换后得到Qout输出信号，该输出信号输入至FPGA处理器模块，FPGA处理器模块将Iout和Qout信号处理后，通过光纤接口输出至外部设备。
使用双工器实现发射模块和接收模块共用一个天线，使该天线既可作为发射天线，也可作为接收天线，而且发射信号和接收信号互不干扰，实现同时双工通信的功能。

Claims (5)

1.一种集成射频前端电路的天线装置，其特征在于：
包括射频前端电路和天线；所述射频前端电路与天线相连；
所述射频前端电路包括FPGA处理器模块、发射模块、接收模块、本振模块以及双工器；
所述FPGA处理器模块接收外部设备的信号；所述发射模块的输入端与FPGA处理器模块相连，所述发射模块的输出端与双工器的输入端子相连；所述双工器的双输入输出端子与天线相连；所述本振模块为发射模块和接收模块提供本振信号；所述天线接收外部信号，输入至双工器的双输入输出端子，所述双工器的输出端子与接收模块的输入端相连，所述接收模块的输出端与FPGA处理器模块相连，所述FPGA处理器模块将信号输出至外部设备。
2.根据权利要求1所述的一种集成射频前端电路的天线装置，其特征在于：
所述发射模块包括发射端第一D/A转换器、发射端第一放大器、发射端第二D/A转换器、发射端第二放大器、加法器、上变频器、发射端滤波器以及功率放大器；
所述第一D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，所述第一D/A转换器经发射端第一放大器与加法器的一路输入端相连；所述第二D/A转换器的输入端与FPGA处理器模块相连，所述第二D/A转换器经发射端第二放大器与加法器的另一路输入端相连；所述第一D/A转换器和发射端第二D/A转换器的电路结构相同；所述发射端第一放大器与发射端第二放大器的电路结构相同；所述加法器的输出端与上变频器的一路输入端相连，所述本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，所述本振模块的一路输出端与上变频器的另一路输入端相连；所述上变频器的经发射端滤波器、功率放大器与双工器的输入端子相连。
3.根据权利要求1所述的一种集成射频前端电路的天线装置，其特征在于：
所述接收模块包括接收端滤波器、低噪声放大器、下变频器、接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器、接收端第二放大器、90°移相器以及接收端第二A/D转换器；
所述双工器经接收端滤波器、低噪声放大器与下变频器的一路输入端相连；所述本振模块的控制端与FPGA处理器模块相连，所述本振模块的另一路输出端与下变频器的另一路输入端相连；所述下变频器的一路输出信号经接收端第一放大器、接收端第一A/D转换器与FPGA处理器模块相连；所述下变频器的另一路输出信号经接收端第二放大器、90°移相器、接收端第二A/D转换器与FPGA处理器模块相连。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种集成射频前端电路的天线装置，其特征在于：
进一步包括光纤接口；所述光纤接口与外部设备相连，所述光纤接口与FPGA处理器模块相连。
5.根据权利要求4所述的一种集成射频前端电路的天线装置，其特征在于：
外部设备发出的信号输入至FPGA处理器模块，FPGA处理器模块将信号转化为两路，两路信号同时输入至发射模块，发射模块对两路信号分别进行D/A转换和放大，再进行信号合成，再进行上变频、滤波以及功率放大，再由双工器将高频信号耦合至天线，由天线将信号发射出去；
天线接收外部信号，由双工器将外部信号输入至接收模块进行滤波、低噪声放大以及下变频，一路下变频输出信号进行放大和A/D转换后输出至FPGA处理器模块，另一路下变频信号进行放大、90°移相、A/D转换后输出至FPGA处理器模块，由FPGA处理器模块将信号输出至外部设备；
本振模块在FPGA处理器模块的控制下为发射模块和接收模块提供本振信号。
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