CN110011720A - 一种天通卫星地面站室内线性中继放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其技术要点是：包括前端双工器DPX1和末端双工器DPX2，前端双工器DPX1与末端双工器DPX2间设有接收通道与发射通道，接收通道包括级联的低噪声放大器LNA1、信号放大器AMP1与功率放大器PA1，发射通道包括级联的低噪声放大器LNA2、信号放大器AMP2与功率放大器PA2，还包括线性保持电路，线性保持电路包括单片机MCU，单片机MCU拓展口分别连接有检波器DET1、检波器DET2、限幅器LIM1、限幅器LIM2、发射端耦合器COP2与接收端耦合器COP1，还包括用于供电的电源模块。采用通过MCU和限幅器组成的线性保持电路，保持末级功率放大的线性输出，能适应较远和较近的距离，而不用手动调节放大器的增益，提高中继放大器的通信性能。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信的配套设备，尤其是一种天通卫星地面站室内线性中继放大器。
背景技术
随着天通一号卫星的发生升空，给我们国家的通信渠道又增加了一个新的选择，卫星主要定位服务于偏远山区，草原，沙漠，海洋以及有保密要求的金融，证券，军事等领域的语音与数据通信方面。卫星电话，能看到天空就能打电话，无信号盲区，但是卫星电话的使用，和普通手机有一定的区别，需要主动去窗口或户外搜网，不能在室内打电话。
目前天通手机已经投放市场，用量正在逐渐扩大，但天通手机目前有一个比较大的弊端就是通信时必须要在室外才能和卫星建立链接，到室内或有遮挡的空间内就不能正常使用了。为了正常通信，就需要在室内配置信号中继器，将室内室外的信号进行增强辐射，目前现有技术的地面中继放大器，适应性较弱，与手机距离较短，且一般为固定增益或者需要手动调节增益，随着手机距离中继室内天线的远近(信号的强弱)来调节放大器的增益大小，否则离的太近放大器会出现饱和或自激，造成通信卡顿或失真，如增益设小了，离的太远也不能正常通信。
为解决上述问题，需要尽快研发一种可保证信号增益的自动可调节性，从而增强中继放大器的信号增益的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其优点是：采用对收发通路关键位置信号进行限幅的方式，通过MCU和限幅器组成的线性保持电路，使收发通路可以在很大的信号幅度范围内保持末级功率放大的线性输出，提升整个中继放大器的通信性能，能适应较远和较近的距离，而不用手动调节放大器的增益。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，包括前端双工器DPX1和末端双工器DPX2，所述前端双工器DPX1与室外有源或无源天线连接，所述末端双工器DPX2与室内无源天线相连，所述前端双工器DPX1与末端双工器DPX2间设有接收通道与发射通道；
所述接收通道包括级联的低噪声放大器LNA1、信号放大器AMP1与功率放大器PA1，所述低噪声放大器LNA1的输入端与前端双工器DPX1输出端相连，所述功率放大器PA1的输出端与末端双工器DPX2的输入端相连；
所述发射通道包括级联的低噪声放大器LNA2、信号放大器AMP2与功率放大器PA2，所述低噪声放大器LNA2的输入端与末端双工器DPX2的输出端相连，所述功率放大器PA2的输出端与前端双工器DPX1输入端相连；
还包括线性保持电路，所述线性保持电路包括单片机MCU，所述单片机MCU拓展口分别连接有检波器DET1、检波器DET2、限幅器LIM1、限幅器LIM2，所述检波器DET1连接有发射端耦合器COP2，所述检波器DET2连接有接收端耦合器COP1；
所述限幅器LIM1位于接收通道的信号放大器AMP1与功率放大器PA1之间，所述限幅器LIM2位于发射通道的信号放大器AMP2与功率放大器PA2之间；
还包括用于供电的电源模块。
本发明进一步设置为，所述限幅器LIM1、限幅器LIM2分别包括电压输入端口Vt，所述限幅器LIM1与限幅器LIM2的VT端口分别与单片机MCU的两个DA端口连接，两组所述电压输入端口Vt分别串联有电阻与电感，所述电感分别串联有第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2，所述第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2彼此并联，所述二极管PN1、二极管PN2另一端分别接地，所述电容和电感间并联有接地的可调电阻。
本发明进一步设置为，所述电容和电感间设有接地的第三电容，所述第三电容与可调电阻并联。
本发明进一步设置为，所述低噪声放大器LNA1与信号放大器AMP1间级联有带通滤波器BF1，所述低噪声放大器LNA2与信号放大器AMP2间级联有带通滤波器BF3。
本发明进一步设置为，所述限幅器LIM1与功率放大器PA1之间级联有带通滤波器BF2，所述限幅器LIM2与功率放大器PA2之间级联有带通滤波器BF4。
本发明进一步设置为，电源模块包括馈电电路与外部输入电压，所述外部输入电压经馈电电路输出到室外有源或无源天线；
还包括第一电源稳压模块，外部输入电压经第一电源稳压模块输出至发射通道与接收通道；
还包括第二电源稳压模块，外部输入电压经第二电源稳压模块输出至单片机MCU。
本发明进一步设置为，所述第一电源稳压模块使用TPS54560开关，所述第二电源稳压模块使用TPS73133开关。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、限幅器LIM1和限幅器LIM2通过调整VT端口的电压大小或者改变第二电阻的阻值大小，达到改变二极管PIN1、二极管PIN2的PN结厚度，从而实现改变限制信号幅度的门限；
2、通过MCU和限幅器组成的线性保持电路保证末级功率放大的线性输出，免去手动调节放大增益，适应性强，距离天通手机的距离至少可以满足0～50米范围；
3、实现可靠性高，不会因为距离近，信号过大而烧毁；
4、通过连续波状态先根据PA1的线性增益，通过调整单片机MCU连接限幅器LIM1的VT端口电压值将限幅器LIM1的限制幅度调到正好使功率放大器PA1输出功率等于P-1的状态，然后把限幅器LIM2也调整到功率放大器PA2的P-1状态，调整完毕后将此状态固化到单片机MCU中，对关键位置进行信号限幅，防止使用时增益超限，信号质量好，放大器始终处于线性状态，不会出现过饱和状态而导致信号失真，提升整个中继放大器的通信性能；
5、电源模块将从外部输入的12-36V宽电压一路经馈电电路输出至室外有源或无源天线使用，另一路经过TPS54560开关第一电源稳压模块变为+5V电压，供给各组放大器使用，再由TPS73133变为3.3V电压给单片机MCU等器件使用，使用比较简单，加电即可，不需额外调节。
附图说明
图1是本实施例的结构示意图；
图2是本实施例的限幅器的电路示意图,其中限幅器LIM1与限幅器LIM2为相同限幅器；
图3是用于体现线性保持电路的软件流程图；
图4是电源模块的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，如图1所示，包括前端双工器DPX1和末端双工器DPX2，前端双工器DPX1与室外有源或无源天线连接，末端双工器DPX2与室内无源天线相连，前端双工器DPX1与末端双工器DPX2间设有接收通道与发射通道，前端双工器DPX1和末端双工器DPX2的将来自室内和室外天线的收发信号在此进行合路或分路，DXP1与DXP2为低损耗介质双工器，其作用除了合路收发信号外，也起到互相抑制收发信号的作用(发射端抑制接收信号，接收端抑制发射信号)，抑制天线输入的杂散信号，可以改善信噪比，将发射信号和接收信号相隔离，避免本机发射信号传输到接收机，保证接收和发射都能同时正常工作。
如图1所示，接收通道包括级联的低噪声放大器LNA1、信号放大器AMP1与功率放大器PA1，低噪声放大器LNA1的输入端与前端双工器DPX1输出端相连，功率放大器PA1的输出端与末端双工器DPX2的输入端相连，发射通道包括级联的低噪声放大器LNA2、信号放大器AMP2与功率放大器PA2，低噪声放大器LNA2的输入端与末端双工器DPX2的输出端相连，功率放大器PA2的输出端与前端双工器DPX1输入端相连，低噪声放大器LNA1与信号放大器AMP1间级联有带通滤波器BF1，低噪声放大器LNA2与信号放大器AMP2间级联有带通滤波器BF3。限幅器LIM1与功率放大器PA1之间级联有带通滤波器BF2，限幅器LIM2与功率放大器PA2之间级联有带通滤波器BF4。
如图1所示，因为接收电路中的信噪比通常很低，往往信号远小于噪声，通过信号放大器LNA1与信号放大器LNA2的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，这就要求能够抑制放大器的噪声。功率放大器PA1与功率放大器PA2主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标就是输出功率大小，其次线性如何等等，用在接收通道与发射通道的最后一级。
如图1所示，信号放大器LNA1用在接收通道由于对噪声要求很严格，所以其bias较低，这样就能实现很小的NF和很高的效率，但同时会导致线性区增益较低，最大输入功率不是很高，约1dB压缩点，通过功率放大器PA1实现高的线性区和高增益，其bias很高。即信号放大器LNA1在放大信号的时候基本上电流很小，一方面是因为信号小，另一方面就是其效率高bias低。功率放大器PA130dB左右的gain，接近30dBm的最高输出电力，但线性度很好，出现噪音不易影响信噪比。通过接收通道和发射通道将收发信号放大到想要的增益(比如50DB)和将收发信号放大到一定幅度(比如收发信号输出均要达到+33DBM)。
如图1所示，还包括线性保持电路，线性保持电路包括单片机MCU，单片机MCU拓展口分别连接有检波器DET1、检波器DET2、限幅器LIM1、限幅器LIM2，检波器DET1连接有发射端耦合器COP2，检波器DET2连接有接收端耦合器COP1，限幅器LIM1位于接收通道的信号放大器AMP1与功率放大器PA1之间，限幅器LIM2位于发射通道的信号放大器AMP2与功率放大器PA2之间；限幅器LIM1、限幅器LIM2分别包括电压输入端口Vt，限幅器LIM1与限幅器LIM2的VT端口分别与单片机MCU的两个DA端口连接，两组电压输入端口Vt分别串联有电阻与电感，电感分别串联有第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2，第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2彼此并联，二极管PN1、二极管PN2另一端分别接地，电容和电感间并联有接地的可调电阻，电容和电感间设有接地的第三电容，第三电容与可调电阻并联。
如图1、图2所示，线性保持电路是本发明的核心部分，线性保持电路模块的工作方式为：在实验室使用连续波状态，先根据功率放大器PA1的线性增益，通过调节单片机MCU，调整限幅器LIM1的VT端口的电压值将LIM1的限制幅度调到正好使功率放大器PA1输出功率等于P-1的状态，然后把限幅器LIM2也调整到功率放大气PA2的P-1状态，调整完毕后将此状态固化到单片机MCU中，原理图为图3，通过调整VT端口的电压大小或者改变第二电阻的阻值大小，达到改变二极管PIN1和二极管PIN2的PN结厚度，从而实现改变限制信号幅度的门限，通过MCU和限幅器组成的线性保持电路，提高中继放大器的通信性能。
如图3所示，实际使用时，上电后先将限幅器LIM1与限幅器LIM2设置到上述状态，然后MCU实时检测检波器DET2与检波器DET1的值，检波器DET2与检波器DET1的电压值跟信号幅度值成正比，检测精度为0.2DB，当检测到检波器DET1和检波器DET2的值大于P-1时，单片机MCU及时调整限幅器LIM1或限幅器LIM2使输出功率始终保持在P-1的线性状态，还可以避免输入的信号过大而导致PA放大器损坏，不会出现过饱和状态而导致信号失真，提升整个中继放大器的通信性能。同时指示灯还可以根据检波器DET1和检波器DET2的值实时显示接收信号和发射信号的状态(只有接收信号时绿灯常亮，只有发射信号时红灯常亮，接收发射信号都没有时亮黄灯，接收和发射信号都有时绿灯和红灯交替点亮)。
如图1、图4所示，还包括用于供电的电源模块，电源模块包括馈电电路与外部输入电压，外部输入电压为12—36V宽电压，外部输入电压经馈电电路输出到室外有源天线进行使用，还包括第一电源稳压模块，外部输入电压经第一电源稳压模块，示例电路中采用TPS54560开关输出，转化为+5V电压至发射通道与接收通道的各组放大器进行使用；还包括第二电源稳压模块，经过第一电话稳压模块转换完毕的+5V电压经第二电源稳压模块，示例电路中采用TPS73133开关，转化为3.3V电压输出至单片机MCU等连接器件使用。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：包括前端双工器DPX1和末端双工器DPX2，所述前端双工器DPX1与室外有源或无源天线连接，所述末端双工器DPX2与室内无源天线相连，所述前端双工器DPX1与末端双工器DPX2间设有接收通道与发射通道；
所述接收通道包括级联的低噪声放大器LNA1、信号放大器AMP1与功率放大器PA1，所述低噪声放大器LNA1的输入端与前端双工器DPX1输出端相连，所述功率放大器PA1的输出端与末端双工器DPX2的输入端相连；
所述发射通道包括级联的低噪声放大器LNA2、信号放大器AMP2与功率放大器PA2，所述低噪声放大器LNA2的输入端与末端双工器DPX2的输出端相连，所述功率放大器PA2的输出端与前端双工器DPX1输入端相连；
还包括线性保持电路，所述线性保持电路包括单片机MCU，所述单片机MCU拓展口分别连接有检波器DET1、检波器DET2、限幅器LIM1、限幅器LIM2，所述检波器DET1连接有发射端耦合器COP2，所述检波器DET2连接有接收端耦合器COP1；
所述限幅器LIM1位于接收通道的信号放大器AMP1与功率放大器PA1之间，所述限幅器LIM2位于发射通道的信号放大器AMP2与功率放大器PA2之间；
还包括用于供电的电源模块。
2.根据权利要求1所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：所述限幅器LIM1、限幅器LIM2分别包括电压输入端口Vt，所述限幅器LIM1与限幅器LIM2的VT端口分别与单片机MCU的两个DA端口连接，两组所述电压输入端口Vt分别串联有电阻与电感，所述电感分别串联有第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2，所述第一电容、第二电容、二极管PN1、二极管PN2彼此并联，所述二极管PN1、二极管PN2另一端分别接地，所述电容和电感间并联有接地的可调电阻。
3.根据权利要求2所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：所述电容和电感间设有接地的第三电容，所述第三电容与可调电阻并联。
4.根据权利要求1所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：所述低噪声放大器LNA1与信号放大器AMP1间级联有BF1，所述低噪声放大器LNA2与信号放大器AMP2间级联有带通滤波器BF3。
5.根据权利要求4所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：所述限幅器LIM1与功率放大器PA1之间级联有带通滤波器BF2，所述限幅器LIM2与功率放大器PA2之间级联有带通滤波器BF4。
6.根据权利要求1所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：电源模块包括馈电电路与外部输入电压，所述外部输入电压经馈电电路输出到室外有源或无源天线；
还包括第一电源稳压模块，外部输入电压经第一电源稳压模块输出至发射通道与接收通道；
还包括第二电源稳压模块，外部输入电压经第二电源稳压模块输出至单片机MCU。
7.根据权利要求6所述的一种天通卫星地面站室内线性中继放大器，其特征在于：所述第一电源稳压模块使用TPS54560开关，所述第二电源稳压模块使用TPS73133开关。
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