CN107369922B - Bd/gps双输出天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BD/GPS双输出天线装置，天线振子（1）获取卫星定位信号后输入调理电路（2），调理电路输出接第一放大器（3）后接滤波器（4），滤波器输出接第二放大器（5）后接功率分配器（6），功率分配器输出二个信号，第一路信号接第一射频开关模块（71），第一射频开关模块输出接第一接口（81），第二路信号接第二射频开关模块（72），第二射频开关模块输出接第二接口（82）；第一接口接第一电压保护电路（91），第一电压保护电路输出接电压比较器（10），第二接口接第二电压保护电路（92），第二电压保护电路输出接电压比较器，电压比较器输出电压并接第一放大器和第二放大器，电压比较器输出电压作为第一和第二放大器的供电电源。

Description

BD/GPS双输出天线装置

技术领域

本发明涉及一种汽车车载天线系统，尤其涉及一种BD（北斗）/GPS双输出天线装置。

背景技术

随着电子信息技术的不断发展，车载智能化电器设备不断升级和功能拓展，越来越多的车载智能系统（如车载导航系统、安防监控系统）对车辆定位功能的需求逐渐加强。车辆定位装置正常工作离不开定位天线，对此现有主要解决方案如下：

1、内置BD/GPS天线布置时，以卫星接收模块中心的垂线旋转60°的空间上方不应该有金属遮挡，参见图1，否则会影响接收卫星信号的强度，对于同时装有二套定位需求的车载设备，在一辆车上同时安装二个BD/GPS定位接收天线，由于定位天线的空间布置要求及车内有限的布置空间，给整车布置带来较大的不利；同时，二套定位天线也会增加整车成本。

2、对于部分新型车载智能设备，安装一个BD/GPS定位天线，通过USB或者CAN总线传输给另一个需要定位信息的车载设备，参见图3。由于通过USB或者CAN总线传输，会影响一定的带宽，且需要车载智能设备有较强的数据处理能力，同时需要确保可靠的定位信息传输性能。安装一个BD/GPS定位天线也不利于在传统车载设备上应用。

3、目前部分车厂在研发双输入BD/GPS定位天线，以节约单车成本及整车布置空间，但是目前普遍的做法是，将二个定位天线分为主从接口，参见图4，天线工作时的电源由主接口提供，当连接主接口的设备关闭时，连接从接口的设备就无法定位；且主从接口之间缺乏电路保护，在出现危险时（如车辆碰撞），如果连接从设备的天线接口电路短路，将会导致主接口电路失效，主设备无法正常定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种BD/GPS双输出天线装置，该天线装置支持双输出，能提高获取定位信号的可靠性，降低设备信号之间的干扰。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种BD/GPS双输出天线装置，包括：天线振子、调理电路、第一放大器、滤波器、第二放大器、功率分配器、第一射频开关模块、第二射频开关模块、第一接口、第二接口；

所述天线振子获取卫星定位信号，该信号输入调理电路，调理电路输出接第一放大器后接滤波器，滤波器输出接第二放大器后接功率分配器，功率分配器输出二个信号，第一路输出信号接第一射频开关模块，第一射频开关模块输出接第一接口，第二路输出信号接第二射频开关模块，第二射频开关模块输出接第二接口；

所述天线装置还包括：第一电压保护电路、第二电压保护电路、电压比较器，所述第一接口接第一电压保护电路，第一电压保护电路输出接电压比较器，所述第二接口接第二电压保护电路，第二电压保护电路输出接电压比较器，电压比较器输出电压并接第一放大器和第二放大器，电压比较器输出电压作为第一放大器和第二放大器的供电电源。

所述滤波器为声表滤波器。

所述第一射频开关模块包括第一射频开关SW1、电容C21、电容C22、电容C23、电感L23、电阻R21，第一射频开关SW1为单刀双掷射频开关，电容C23一端接功率分配器输出端，另一端接第一射频开关SW1输入端，电感L23一端接功率分配器输出端，另一端接第一射频开关SW1电源输入端，第一射频开关SW1输出一端接电容C22后接第一接口，第一射频开关SW1输出二端接电容C21后串接电阻R21后接地，第一射频开关SW1电源输入端接电压比较器输出端，第一射频开关SW1接地端接地；

所述第二射频开关模块包括第二射频开关SW2、电容C24、电容C25、电容C26、电感L23、电阻R22，第二射频开关SW2为单刀双掷射频开关，电容C26一端接功率分配器输出端，另一端接第二射频开关SW2输入端，电感L23一端接功率分配器输出端，另一端接第二射频开关SW2电源输入端，第二射频开关SW2输出一端接电容C25后接第二接口，第二射频开关SW2输出二端接电容C24后串接电阻R22后接地，第二射频开关SW2电源输入端接电压比较器输出端，第二射频开关SW2接地端接地。

所述第一射频开关SW1和第二射频开关SW2的型号为美国英飞凌BGS12AL7-4。

所述第一电压保护电路包括电感L11、稳压二极管D11，电感L11一端接第一接口，另一端接稳压二极管D11阴极作为第一电压保护电路输出端，稳压二极管D11阳极接地；所述第二电压保护电路包括电感L12、稳压二极管D12，电感L12一端接第二接口，另一端接稳压二极管D12阴极作为第二电压保护电路输出端，稳压二极管D12阳极接地。

所述电压比较器包括第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21、第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22，第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21组成的电路和由第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22组成的电路为两个对称电路；

第一电压转换芯片模块输入端接第一电压保护电路输出端，第一电压转换芯片模块输出端接二极管D21阳极，二极管D21阴极作为所述电压比较器输出端，第一电压转换芯片模块输出端接电容C11后接地；

第二电压转换芯片模块输入端接第二电压保护电路输出端，第二电压转换芯片模块输出端接二极管D22阳极，二极管D22阴极作为所述电压比较器输出端，第二电压转换芯片模块输出端接电容C12后接地。

所述第一电压转换芯片模块输出电压和第二电压转换芯片模块输出电压之间存在微量电压差，该微量电压差值为0.2伏。

本发明BD/GPS双输出天线装置能节约有效布置空间，支持双输出，同时满足二台设备的定位信号需求，提高获取定位信号的可靠性，降低设备信号之间的干扰，提高天线的复合利用效率。

本发明BD/GPS双输出天线装置与现有定位天线相比，其有益效果是：

1）本发明的天线装置支持双路定位信号输出，可以同时为二台设备提供定位信息；

2）本发明的天线装置集成GPS、BD（北斗）功能，可以有效支持多种卫星定位模式；

3）本发明的天线装置的二个输出接口端采用了电压保护电路，能防止一个设备终端对另一个设备终端充放电，而造成设备端电路损坏；

4）本发明的天线装置的内部二个输入端做了专门电路隔离设计，即采用射频开关模块，当其中一路信号线出现短路、断路、过压等损坏情况下，均不会影响到另一路信号线正常接收信号；

5）本发明的天线装置的供电端电路中增加了电压比较器，当供电电压不稳定时，可以选择最适合放大器正常工作的有效稳压，确保天线电路稳定运行。

本发明BD/GPS双输出天线装置支持双输出，能提高获取定位信号的可靠性，降低设备信号之间的干扰，具有体积小、功耗低、成本低、抗干扰性强、电器性能可靠的优点。

附图说明

图1为天线布置要求示意图；

图2 为现有技术的二根天线方案示意图；

图3为现有技术的高端车载设备天线方案示意图；

图4为常规双输出天线解决方案示意图；

图5为本发明BD/GPS双输出天线装置信号传输原理示意图；

图6为本发明的天线装置的T型调理电路示意图；

图7为本发明BD/GPS双输出天线装置电压控制电路示意图；

图8为本发明BD/GPS双输出天线装置的实施例；

图9为本发明的天线装置的天线接口部分局部电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图5，一种BD/GPS双输出天线装置，包括：天线振子1、调理电路2、第一放大器3、滤波器4、第二放大器5、功率分配器6、第一射频开关模块71、第二射频开关模块72、第一接口81、第二接口82；

所述天线振子1获取卫星定位信号，该信号输入调理电路2，调理电路2输出接第一放大器3后接滤波器4，滤波器4输出接第二放大器5后接功率分配器6，功率分配器6输出二个信号，第一路输出信号接第一射频开关模块71，第一射频开关模块71输出接第一接口81，第二路输出信号接第二射频开关模块72，第二射频开关模块72输出接第二接口82。

所述调理电路2为天线内部调理电路，该调理电路2为T型调理电路。参见图6，天线振子1输出端接电感L51后再串接电容C51后输出，天线振子1输出端还接电容C52后接地。T型调理电路用于改善天线振子与放大器之间阻抗匹配，从而获得相对稳定的BD/GPS信号，电容C52作用为静电放电。

由于天线振子1接受的卫星信号微弱，需要通过第一放大器3进行第1级信号放大，提高信号强度。因此，调理电路2输出接第一放大器3。

在第1级信号放大时，由于有效定位信号及噪声同时被放大，影响接收效果，需要滤除杂讯信号，因此，第一放大器3输出接滤波器4。该滤波器4采用声表滤波器（sawfilter），其优点是体积小，便于在天线内部集成。

滤波器4输出的相对纯净的BD/GPS信号，再次通过第二放大器5进行信号第2次放大，以提高BD/GPS信号的增益。因此，滤波器4输出接第二放大器5。

电路中使用的第一放大器3及第二放大器5为低噪声放大器，其采用美国美信公司MAX2670芯片，具有噪声低、增益高和性能稳定的特点。第一放大器3及第二放大器5的工作电源由电压比较器10的输出端提供。

第二放大器5输出接功率分配器6，功率分配器6输出二个信号。经过二次放大的BD/GPS信号，被功率分配器6一分为二，实现BD/GPS信号分流，功率分配器6为威尔金森功率分配器，该功率分配器具有二端口之间隔离度高的特点。

参见图9，所述第一射频开关模块71包括第一射频开关SW1、电容C21、电容C22、电容C23、电感L23、电阻R21，第一射频开关SW1为单刀双掷射频开关，电容C23一端接功率分配器6输出端F，另一端接第一射频开关SW1输入端，电感L23一端接功率分配器6输出端F，另一端接第一射频开关SW1电源输入端，第一射频开关SW1输出一端接电容C22后接第一接口81，第一射频开关SW1输出二端接电容C21后串接电阻R21后接地，第一射频开关SW1电源输入端接电压比较器10输出端E，第一射频开关SW1接地端接地。

所述第二射频开关模块72包括第二射频开关SW2、电容C24、电容C25、电容C26、电感L23、电阻R22，第二射频开关SW2为单刀双掷射频开关，电容C26一端接功率分配器6输出端F，另一端接第二射频开关SW2输入端，电感L23一端接功率分配器6输出端F，另一端接第二射频开关SW2电源输入端，第二射频开关SW2输出一端接电容C25后接第二接口82，第二射频开关SW2输出二端接电容C24后串接电阻R22后接地，第二射频开关SW2电源输入端接电压比较器10输出端E，第二射频开关SW2接地端接地。

所述第一射频开关SW1和第二射频开关SW2为单刀双掷开关，其型号为美国英飞凌BGS12AL7-4。第一射频开关模块71目的是为第一射频开关SW1提供一个匹配负载，便于在第一端口81出故障时，防止功率分配器6匹配失衡。当天线的第一接口81正常工作时，即提供正常的工作电压，第一射频开关SW1连接电容C22一路，第一射频信号从电容C23经过第一射频开关SW1进入电容C22支路，最终从第一接口81输出。而一旦天线的第一接口81异常时，此时第一射频开关SW1切换导通电路，第一射频开关SW1连接电容C21一路，则第一射频信号从电容C23经过第一射频开关SW1进入电容C21支路，加载在匹配负载电阻R21上。这样就保证了功率分配器6始终处于匹配状态，即使一个端口发生故障时另一个端口也不受影响。第二射频开关模块72也是同样原理。

采用射频开关模块能实现当任意一个天线的端口短路或者开路时，射频开关将自动切换到匹配负载，从而确保威尔金森功率分配器的端口仍然处于匹配状态，另外一路天线可以正常工作不受影响。从而能向天线的第一接口81和第二接口82提供性能可靠、匹配性能优良的BD/GPS信号。

参见图7，由于BD/GPS属于有源信号，需要通过卫星接收端口提供电源，在电路设计中，加入了天线装置电压控制电路，包括：第一电压保护电路91、第二电压保护电路92、电压比较器10，所述第一接口81接第一电压保护电路91，第一电压保护电路91输出接电压比较器10，所述第二接口82接第二电压保护电路92，第二电压保护电路92输出接电压比较器10，电压比较器10输出电压并接第一放大器3和第二放大器5，电压比较器10输出电压作为第一放大器3和第二放大器5的供电电源。

参见图9，所述第一电压保护电路91包括电感L11、稳压二极管D11，电感L11一端接第一接口81，另一端接稳压二极管D11阴极作为第一电压保护电路91输出端，稳压二极管D11阳极接地。当天线的第一接口81出现故障导致供点电压突变时，第一电压保护电路91可以有效抑制电压突变，将电感L11处理的电压经过稳压二极管D11处理，当电压低于稳压二极管D11限值时，稳压二极管D11不导通，电压比较器10的第一电压转换芯片模块输入电压正常；当电压值高于稳压二极管D11限值时，稳压二极管D11导通，确保第一电压转换芯片模块输入电压稳定在一个恒定区间。第一电压保护电路91可以有效抑制第一端口81的电压突变对第一电压转换芯片模块的影响，确保电路供电电压稳定。

所述第二电压保护电路92包括电感L12、稳压二极管D12，电感L12一端接第二接口82，另一端接稳压二极管D12阴极作为第二电压保护电路92输出端，稳压二极管D12阳极接地。第二电压保护电路92与第一电压保护电路91的工作原理和功能是相同的。

所述电压比较器10包括第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21、第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22，第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21组成的电路和由第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22组成的电路为两个对称电路。

第一电压转换芯片模块输入端接第一电压保护电路91输出端，第一电压转换芯片模块输出端接二极管D21阳极，二极管D21阴极作为所述电压比较器10输出端E，第一电压转换芯片模块输出端接电容C11后接地。电压输入至第一电压转化芯片模块，经过芯片内部电路将电压转化为第一放大器3和第二放大器5的供电电压。为了防止电压比较器10输出电压出现电压差，设备通过第一接口81充放电，造成供电设备损坏风险，在第一电压转化芯片模块的输出端使用了保护电路的二极管D21。另一半边的电路也同样，第二电压转换芯片模块输入端接第二电压保护电路92输出端，第二电压转换芯片模块输出端接二极管D22阳极，二极管D22阴极作为所述电压比较器10输出端E，第二电压转换芯片模块输出端接电容C12后接地。电压输入至第二电压转化芯片模块，经过芯片内部电路将电压转化为第一放大器3和第二放大器5的供电电压。为了防止电压比较器10输出电压出现电压差，设备通过第二接口82充放电，造成供电设备损坏风险，在第二电压转化芯片模块的输出端使用了保护电路的二极管D22。

所述第一电压转换芯片模块输出电压和第二电压转换芯片模块输出电压之间存在微量电压差，该微量电压差值为0.2伏，以防止二极管D21、D22两端电压一致而失效。

电压保护控制电路的作用是将第一接口81和第二接口82的供电电压转换成二个稳定的存在压差的电压，电压转换芯片模块采用美国NILP2980IM5，具有较宽的输入电压范围，输入最大16V，能够承受12V电压车辆出现的任何可能的故障。电压比较器10从第一电压保护电路91和第二电压保护电路92输出的电压中，选择合适的电压，为第一放大器3和第二放大器5提供稳定的供电电源，确保整个电路系统稳定。

实施例

参见图8，一种BD/GPS双输出天线装置，布置在车内仪表板内，卫星接收模块垂线旋转60°的空间上方无金属遮挡，通过天线振子1获得卫星信号。该卫星信号虽经过了天线内部的调理电路2处理，由于天线振子获得的卫星信号增益较小，且天线振子接收到的信号中包含无效的杂讯信号，为了有效的去除无效的杂讯信号，首先通过第一放大器3将卫星信号（含杂讯信号）增益提高，信号增益提高后，在通过声表滤波器4将BD（北斗）、GPS信号提前，过滤无效的杂讯信号，提高有效信号质量。为了提高二个接收端信号增益，在进行信号分配前，再次通过第二放大器5提高信号增益。经过二次放大的卫星信号经过功率分配器6分成二路，为了减少二路信号之间的耦合关联性，将二路信号通过射频开关模块的单刀双掷射频开关，这样当其中一路信号发生短路、开路时，射频开关SW可以自行切断该段信号回路，确保另一路能够正常工作。经过射频开关SW的信号，在经过射频开关模块内的电感L、电容C和电阻R组成的电路，确保与终端设备的电路接口匹配。

由于BD/GPS双输出天线装置属于有源天线，二个信号放大器3、5需要进行供电才能正常工作，由于二个输出端均可以提高天线工作电压，为了确保二个天线接收端之间接口电路安全，在二个天线输出端加入了电压保护电路，该电压保护电路主要作用是防止第一接口81、第二接口82的两终端设备电压出现压差时，高电压端直接对低电压端进行充电，避免因充放电时电流过大导致接口电路乃至整个设备的损害，同时将二个接口电路的电压转换成放大器正常工作电压值范围，此时第一接口81的转换电压和第二接口82的转换电压存在一个微小的差异（如0.2V），该差异是有必要的，如果第一接口81、第二接口82的转换电压相同时，电压比较器10将可能出现无法选择合适电压值。

经过电压保护电路的二个差分电压通过一个电压比较器10，电压比较器10选择最接近放大器正常工作的一路电压作为放大器工作电压，确保放大器在理想电压下工作。

本发明的天线装置设计时，选择的放大器芯片集成二路放大效果，放大电路集成在芯片内部，可以有效提高放大效果，减少外界信号干扰，提高卫星信号的信噪比，有利于有效卫星信号获取。

为了提高信号在传输过程中抗干扰性能，本发明的天线装置选用的天线馈线型号为RG174，天线接头型号为FAKRA，天线外围包裹一层金属屏蔽网，防止外界电磁干扰和杂讯信号的干扰。本发明的天线装置在共用天线接受模块的基础上进行优化，选用的芯片均为集成度较高，抗干扰性能优的芯片，可以减小天线模块的尺寸，适合整车布置。

本发明的天线装置不仅适用于双输出天线，也适用于多输出天线的设计。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种BD/GPS双输出天线装置，其特征是：包括：天线振子、调理电路、第一放大器、滤波器、第二放大器、功率分配器、第一射频开关模块、第二射频开关模块、第一接口、第二接口；

所述天线振子获取卫星定位信号，该信号输入调理电路，调理电路输出接第一放大器后接滤波器，滤波器输出接第二放大器后接功率分配器，功率分配器输出二个信号，第一路输出信号接第一射频开关模块，第一射频开关模块输出接第一接口，第二路输出信号接第二射频开关模块，第二射频开关模块输出接第二接口；

所述天线装置还包括：第一电压保护电路、第二电压保护电路、电压比较器，所述第一接口接第一电压保护电路，第一电压保护电路输出接电压比较器，所述第二接口接第二电压保护电路，第二电压保护电路输出接电压比较器，电压比较器输出电压并接第一放大器和第二放大器，电压比较器输出电压作为第一放大器和第二放大器的供电电源；

所述第一射频开关模块包括第一射频开关SW1、电容C21、电容C22、电容C23、电感L23、电阻R21，第一射频开关SW1为单刀双掷射频开关，电容C23一端接功率分配器输出端，另一端接第一射频开关SW1输入端，电感L23一端接功率分配器输出端，另一端接第一射频开关SW1电源输入端，第一射频开关SW1输出一端接电容C22后接第一接口，第一射频开关SW1输出二端接电容C21后串接电阻R21后接地，第一射频开关SW1电源输入端接电压比较器输出端，第一射频开关SW1接地端接地；

所述第二射频开关模块包括第二射频开关SW2、电容C24、电容C25、电容C26、电感L23、电阻R22，第二射频开关SW2为单刀双掷射频开关，电容C26一端接功率分配器输出端，另一端接第二射频开关SW2输入端，电感L23一端接功率分配器输出端，另一端接第二射频开关SW2电源输入端，第二射频开关SW2输出一端接电容C25后接第二接口，第二射频开关SW2输出二端接电容C24后串接电阻R22后接地，第二射频开关SW2电源输入端接电压比较器输出端，第二射频开关SW2接地端接地。

2.根据权利要求1所述的BD/GPS双输出天线装置，其特征是：所述滤波器为声表滤波器。

3.根据权利要求1所述的BD/GPS双输出天线装置，其特征是：所述第一射频开关SW1和第二射频开关SW2的型号为美国英飞凌BGS12AL7-4。

4.根据权利要求1所述的BD/GPS双输出天线装置，其特征是：所述第一电压保护电路包括电感L11、稳压二极管D11，电感L11一端接第一接口，另一端接稳压二极管D11阴极作为第一电压保护电路输出端，稳压二极管D11阳极接地；所述第二电压保护电路包括电感L12、稳压二极管D12，电感L12一端接第二接口，另一端接稳压二极管D12阴极作为第二电压保护电路输出端，稳压二极管D12阳极接地。

5.根据权利要求1或4所述的BD/GPS双输出天线装置，其特征是：所述电压比较器包括第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21、第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22，第一电压转换芯片模块、电容C11、二极管D21组成的电路和由第二电压转换芯片模块、电容C12、二极管D22组成的电路为两个对称电路；

第一电压转换芯片模块输入端接第一电压保护电路输出端，第一电压转换芯片模块输出端接二极管D21阳极，二极管D21阴极作为所述电压比较器输出端，第一电压转换芯片模块输出端接电容C11后接地；

第二电压转换芯片模块输入端接第二电压保护电路输出端，第二电压转换芯片模块输出端接二极管D22阳极，二极管D22阴极作为所述电压比较器输出端，第二电压转换芯片模块输出端接电容C12后接地。

6.根据权利要求5所述的BD/GPS双输出天线装置，其特征是：所述第一电压转换芯片模块输出电压和第二电压转换芯片模块输出电压之间存在微量电压差，该微量电压差值为0.2伏。

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