CN110224770A - 一种改善无线电设备接收灵敏度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善无线电设备接收灵敏度的方法和装置，通过理论研究与实际测试证明了在接收机前级串接低噪声放大器，可以有效降低整机噪声，并且根据此方法设计了可直接串联在原有无线电设备天线端口用于改善无线电设备接收灵敏度的装置，其包括若干耦合器、放大检波电路、比较器、放大电路、射频开关、滤波器，经过判断天线接收信号的强度，可以将接收信号通过不同的传输路径（直通，放大，衰减）送至接收机，通过不同路径的选择可以有效的提高无线电接收机的接收灵敏度，提高通讯距离，保护接收机因接收信号太强造成的损坏。

Description

一种改善无线电设备接收灵敏度的方法和装置

技术领域

本发明属于无线电设备领域，尤其涉及一种能改善无线电设备接收灵敏度的方法和装置。

背景技术

接收灵敏度就是接收机能够正确地把有用信号拿出来的最小信号接收功率，无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力，提高信号的接收灵敏度可使无线产品具有更强地捕获弱信号的能力。这样，随着传输距离的增加，接收信号变弱，高灵敏度的无线产品仍可以接收数据，维持稳定连接，大幅提高传输距离，申请号201610971191.5公开了一种终端接收机及其提高接收灵敏度的方法，所述终端接收机包括：接收天线、接收滤波器及其前端电路、低噪声放大器、后端接收电路、基带处理单元、以及布设在接收天线和接收滤波器及其前端电路之间的具有旁路功能的前置低噪声放大器；基带处理单元，用于在设定的旁路功能切换条件下，控制开启或关闭前置低噪声放大器的旁路功能，使得前置低噪声放大器工作在旁路模式或者低噪声模式下；其中，设定的旁路功能切换条件包括：在接收信号满足设定的弱信号及低干扰标准时，关闭所述前置低噪声放大器的旁路功能；在接收信号满足设定的强信号或者强干扰标准，开启所述前置低噪声放大器的旁路功能，此发明有以下不足点：1、对现有设备改造，需要改动原有通讯设备；2、当发射机与接收机距离比较近的情况，接收信号太强时候造成的饱和没有处理会导致无法通讯；3、当接收信号强度达到接收机接收极限时没有保护，重则在成接收机不可逆的损坏，轻则无法通讯。

发明内容

为克服现有技术和产品存在的上述问题，进行接收灵敏度的研究如下：

接收机灵敏度方程：

;

对于没有扩频的系统，可以将接收灵敏度方程整理为：

接下来定量分析：

假设环境温度不变：为一个常量；

假设用户速率不变：为一个常量；

设备的调制方式与误码率固定，为一个常数

接收灵敏度只与有关，如果将减小接收灵敏度将得到提高。

系统中的噪声级联：

先看两个定义：

两者的关系为：

级联噪声关系式：

：为级联的噪声系数；

:为第一级的噪声系数；

：为第一级增益；

:为第n级的噪声系数；

：为第n级增益；

根据级联噪声系数的计算公式，我们可以发现接收机的噪声系数主要取决于第一级的噪声系数和增益

实例：分别计算AX5043与AX5043+BGU6104接收灵敏度与最大输入信号

AX5043工作在without FEC，10 kbps, 868 MHz, FSK模式下

BGU6104工作在

VCC = 3.0 V;

ICC(tot) = 6.0 mA;

VENABLE =1.2 V;

模式下。

一：单独使用AX5043作为接收机

查阅AX5043芯片的数据手册得到：

Sensitivity without FEC

−135 dBm @ 0.1 kbps, 868 MHz, FSK

−126 dBm @ 1 kbps, 868 MHz, FSK

−117 dBm @ 10 kbps, 868 MHz, FSK

−107 dBm @ 100 kbps, 868 MHz, FSK

−105 dBm @ 125 kbps, 868 MHz, FSK

在10 kbps, 868 MHz, FSK模式下，接收灵敏度 = -117dBm;

接收饱和输入：0dBm，极限输入10dBm；

手册没有直接给出NF，通过接收灵敏度计算公式我们可以推算出

设定：,FSK调制方式下 SNR 约等于7.2dB；

二：在AX5043前级串接一颗BGU6104低噪声放大器

查阅BGU6104(LNA)芯片手册，

Tamb = 25℃; VCC = 3.0 V; ICC(tot) = 6.0 mA; VENABLE =1.2 V

f = 900 MHz；

G = 18dB

NF = 0.8dB

F1 =1.2

F2 = 12

级联

与单独使用ax5043相比噪声降低：10.8-2.58 = 8.22dB。

接收灵敏度提高-125.22dBm；

BGU6104，iP1dB = -12.6dBm，Limiting RF_IN=12.1db

接收饱和输入：-18dBm，极限输入10dBm；

结论：

在接收机前级加一颗低噪声放大器可以有效降低整机噪声，提高接收灵敏度；

本发明在上述理论基础的支持下，设计了改善无线电设备接收灵敏度的装置，可直接串联在天线和接收机之间使用，无需改动原有通讯设备，其包括接收天线连接耦合器射频输入端，耦合器射频输出端连接第一射频开关公共端，第一射频开关选择端连接不同增益路径端口输入端，不同增益路径输出端连接第二射频开关选择端，第二射频开关公共端连接接收机。其中耦合器耦合输出端连接放大检波输入端，放大检波输出端连接比较器输入端，比较器将输入信号与参考信号进行幅度比较输出控制信号，控制信号连接第一、二射频开关控制信号输入端。其中不同增益路径为：低噪声放大器路径、旁路路径、可调衰减路径。

本发明所设计改善无线电设备接收灵敏度的装置，包括接收部分，所述接收部分包括：信号强度检测部分、第一射频开关、信号放大部分、第二射频开关；信号强度检测部分包括：耦合器、放大检波器、比较器，三者依次串联；所述比较器连接并控制所述第一、二射频开关；所述信号放大部分包括：低噪声放大器、直通微带线、衰减路径，三者并联；所述耦合器连接所述第一射频开关；所述第一射频开关、信号放大部分、第二射频开关，三者依次串联。

较佳的，所述衰减路径包括若干个并联的可调衰减器。

较佳的，还包括发射部分，所述发射部分包括：接收发送检测电路、第三射频开关、功率放大电路、第四射频开关；所述接收发送检测电路包括：功分合路器、第二检波放大器、第二比较器，依次串联；所述比较器连接并控制所述第三、第四射频开关，所述第三射频开关连接所述功率放大电路和功分合路器、所述功率放大电路连接所述第四射频开关。

较佳的，还包括滤波器，所述滤波器连接所述天线，所述功分合路器连接所述接收机。

较佳的，所述第二射频开关连接所述第三射频开关。

本发明所设计改善无线电设备接收灵敏度的方法，包括以下步骤：

S1.设定弱信号值和强信号值；

S2.将接收到的无线电信号进行滤波并与步骤S1中的弱信号值、强信号值进行比较，判断信号强度；

S3.经步骤S2比较，当接收信号小于设定的弱信号值时通过放大路径，当接收信号大于设定的强信号值时通过衰减路径，当接收信号大于弱信号值且小于强信号值时通过直通路径；

S4.将步骤S3中经处理的信号接入接收机端口。

较佳的，所述步骤S1中，所述弱信号值和强信号值通过射频开关设定，设定依据为接收机的芯片数据。

较佳的，所述步骤S2中，无线电信号经滤波后，是经耦合器、放大检波电路、比较器判断信号强度。

较佳的，所述步骤S3是通过射频开关实现将判断后的无线电信号分别接入衰减路径、直通路径、放大路径。

本发明所设计装置无需改变原有设备即可提高接收灵敏度，具备发送接收自动识别控制部分，接收信号强度检测部分，当接收信号大于接收设定阈值时切换到衰减路径有效保护接收部分不会因为信号太强造成损坏，衰减路径可以设计多条通路，来保护接收端在接收不同强度的保护，具有便利、实用、节约成本的优点，较现有技术和装置具有显著技术进步。

附图说明

图1为本发明中装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明设计的装置包括接收部分、发射部分；

所述接收部分为：第一耦合器8，第一放大检波器9，第一比较器10依次串联，第一比较器10输出控制信号分别连接第一射频开关11、第二射频开关15；第一耦合器8还连接第一射频开关11公共端，第一射频开关11输出端分别连接低噪声放大路径12，直通路径13，衰减路径14，路径14, 低噪声放大路径12，直通路径13，衰减路径14的另外一端与第二射频开关15输入端连接，第二射频开关15公共端连接第三射频开关7的一个选择输入端，第三射频开关7公共端连接功分合路器1的合路输入端，功分合路器1的合路输出端连接接收/发射机17。

所述发射部分为：接收/发射机17连接功分合路器1的功分输入端，功分合路器1的一个功分输出端连接第二放大检波器2，另一功分输出端连接第三射频开关7的公共端，第三射频开关7的一个开关选择端连接功率放大器6的输入端，功率放大器6的输出端连接第四射频开关4的一个开关选择端，第四射频开关4的公共端连接滤波器5的输入端，滤波器5的输出端连接天线16；其中第二检波放大器2的输出端连接第二比较器3，比较器三的输出端连接第三、四射频开关的控制输入端。

本装置已通过调试和实际应用，以上组件中，所述功分合路器采用PD0500U03-210或者使用双向耦合器，第一放大检波电路9、第二放大检波电路2采用LMH2110TMX，第一比较器10、第二比较器3采用ADA4854，第四射频开关4、第三射频开关7采用SKY13374_397LF或SKY13374_313LF，功率放大器6采用RF5110G或RD01MUS2B或RD07MUS2B，耦合器8采用DBTC-10-13+，第一射频开关11、第二射频开关15采用SKY13373_460LF,低噪声放大电路12采用BGU6104，衰减路径14中，单个衰减器采用可调衰减器PE4302,电源方面采用DC-DC:MP1470，LDO:LP5907或AMS1117。

本装置通过判断天线接收信号的强度，可以将接收信号通过不同的传输路径（直通，放大，衰减）送至接收机，当接收信号小于设定的弱信号时通过放大路径，当接收信号大于设定的强信号时通过衰减路径，当接收信号大于弱信号且小于强信号时通过直通路径，通过不同路径的选择可以有效的提高无线电接收机的接收灵敏度，提高通讯距离，保护接收机因接收信号太强造成的损坏。

实施例2

改善无线电设备接收灵敏度的方法在于包括以下步骤：

S1.设定弱信号值和强信号值；

S2.将接收到的无线电信号进行滤波并与步骤S1中的弱信号值、强信号值进行比较，判断信号强度；

S3.经步骤S2比较，当接收信号小于设定的弱信号值时通过放大路径，当接收信号大于设定的强信号值时通过衰减路径，当接收信号大于弱信号值且小于强信号值时通过直通路径；

S4.将步骤S3中经处理的信号接入接收机端口。

更为具体的，所述步骤S1中，所述弱信号值和强信号值通过射频开关设定，设定依据为接收机的芯片数据；

更为具体的，所述步骤S2中，无线电信号经滤波后，是经耦合器、放大检波电路、比较器判断信号强度；

更为具体的，所述步骤S3是通过射频开关实现将判断后的无线电信号分别接入衰减路径、直通路径、放大路径。

与申请号201610971191.5的专利所公开的方法相比，本发明优势在于采用耦合器和检波放大，在接收前级就检测到信号强弱，检测反馈控制更快，误码率低，并且带有可衰减单元，保护接收机与LNA。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种改善无线电设备接收灵敏度的装置，所述改善无线电设备接收灵敏度的装置串联在天线与接收机之间，其特征在于：包括接收部分，所述接收部分包括：信号强度检测部分、第一射频开关、信号放大部分、第二射频开关；信号强度检测部分包括：耦合器、放大检波器、比较器，三者依次串联；所述比较器连接并控制所述第一、二射频开关；所述信号放大部分包括：低噪声放大器、直通微带线、衰减路径，三者并联；所述耦合器连接所述第一射频开关；所述第一射频开关、信号放大部分、第二射频开关，三者依次串联。

2.根据权利要求1所述改善无线电设备接收灵敏度的装置，其特征在于：所述衰减路径包括若干个并联的可调衰减器。

3.根据权利要求1所述改善无线电设备接收灵敏度的装置，其特征在于：还包括发射部分，所述发射部分包括：接收发送检测电路、第三射频开关、功率放大电路、第四射频开关；所述接收发送检测电路包括：功分合路器、第二检波放大器、第二比较器，依次串联；所述比较器连接并控制所述第三、第四射频开关，所述第三射频开关连接所述功率放大电路和功分合路器、所述功率放大电路连接所述第四射频开关。

4.根据权利要求3所述改善无线电设备接收灵敏度的装置，其特征在于：还包括滤波器，所述滤波器连接所述天线，所述功分合路器连接所述接收机。

5.根据权利要求4所述改善无线电设备接收灵敏度的装置，其特征在于：所述第二射频开关连接所述第三射频开关。

6.一种改善无线电设备接收灵敏度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.设定弱信号值和强信号值；

S2.将接收到的无线电信号进行滤波并与步骤S1中的弱信号值、强信号值进行比较，判断信号强度；

S3.经步骤S2比较，当接收信号小于设定的弱信号值时通过放大路径，当接收信号大于设定的强信号值时通过衰减路径，当接收信号大于弱信号值且小于强信号值时通过直通路径；

S4.将步骤S3中经处理的信号接入接收机端口。

7.根据权利要求6所述改善无线电设备接收灵敏度的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述弱信号值和强信号值通过射频开关设定，设定依据为接收机的芯片数据。

8.根据权利要求6所述改善无线电设备接收灵敏度的方法，其特征在于：所述步骤S2中，无线电信号经滤波后，是经耦合器、放大检波电路、比较器判断信号强度。

9.根据权利要求6所述改善无线电设备接收灵敏度的方法，其特征在于：所述步骤S3是通过射频开关实现将判断后的无线电信号分别接入衰减路径、直通路径、放大路径。