CN111162818B - 适用于超短波电台在tdma网络下的天线共用器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，包括：控制模块、通路选择模块、接收模块；所述控制模块包括：FPGA模块和CPU模块；通路选择模块包括：10路2选1收发开关TX/RX、一组10选一开关组和相关驱动电路；所述接收模块包括：保护电路、BPF滤波器、一分二功分器、限幅电路、低噪声放大器及一分六功分器。本发明设计中充分考虑了信号衰减与各通路之间射频干扰，不会对电台原有指标造成影响，本发明设备具有良好的电磁兼容性，不受武器系统或者其它自然环境的影响，也不会对其他武器系统造成干扰。

Description

适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器
技术领域
本发明属于超短波电台技术领域，具体地，涉及一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器。
背景技术
在部队基地进行通信系统、指挥系统的模拟、验证试验中，由于场地、经费限制，无法按部队实际编制配备车辆、电台进行与部队实装完全一致的通信系统试验，为了尽可能保证与部队实装一致的通信组网效果，通常电台数量会和部队实装大体一致，通信车辆会因为经费和场地限制原因大大减少，导致一辆车上有可能装备十几部超短波电台，理论上每部超短波电台需要配备一根天线，天线一般安装在车顶上面，大大增加了车顶天线的布局难度以及天线之间的相互干扰。
为了解决该问题，能达到较好的试验效果，根据超短波电台TDMA组网的特点，一个网内同时只有一个电台可以发送，网内其余电台可以同时接收，设计了天线共用器，共两根天线，一根发天线，一根收天线，对网内电台数量没有限制，大大减少了一辆车上天线的数量，并解决了一辆车上不同天线之间的干扰。
针对上述模拟、试验系统缺陷，本发明要解决的技术问题体现在以下几点：
1)一部车内安装多部电台时，如何减少天线安装数量；
2)如何解决车顶天线之间的干扰问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器。
根据本发明提供的一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，包括：
控制模块、通路选择模块、接收模块；
所述控制模块包括：FPGA模块和CPU模块；
通路选择模块包括：10路2选1收发开关TX/RX、一组10选一开关组和相关驱动电路；
所述接收模块包括：保护电路、BPF滤波器、一分二功分器、限幅电路、低噪声放大器及一分六功分器。
具体地，所述FPGA模块：
从电台获得收发信息，输出控制电平给控制电路，从而控制各路所处的收发状态；
接收检测电平进行判断是否处于开短路状态，将信息反馈到发射电台；
同时根据数据交互端口的信息来控制天线共用器的其他状态模式；
具体地，所述CPU模块功能包括对外通信接口，输出设备运行状态以及告警信息，并可通过对外接口实现设备软件在线升级。
具体地，所述2选1收发开关TX/RX：
当第n路电台请求发送时，第n路TX/RX开关被控制到TX状态，为发送射频信号做好准备；
所述10选一开关组是一组电子开关管组成的选择电路，根据第n路请求发送信息，组合出电台射频输出口到发射天线口的唯一路径。
具体地，所述保护电路：
当大功率进入收通路时，保护电路工作，保护接收通路的后面的器件。
具体地，所述BPF滤波器是带通滤波器，滤除工作频段外的其他射频信号，减少对收射频通路的射频干扰；
所述一分二功分器根据后续通路要将接收的射频信号平均分配，而后对分配的射频信号进行低噪声放大，最后再次通过一分六功分器进行射频功率分配。
具体地，所述限幅电路对输入较大的射频功率进行限制，限幅电路的输入功率可以承受5W；
所述低噪声放大器对接收的射频信号进行低噪声放大，低噪声放大器前面加有限幅电路。
具体地，所述一分六功分器将所收到的射频信号平均分配到10路电台接收机，前级通过一分二功分器将所收射频信号平均一分为二，在再次分配前将接收到的射频低噪声信号放大，而后再用一分六的功分器对功率进行分配；
接收到的射频信号平分到10路接收端口，通过TX/RX开关进入接收电台。
具体地，所述BPF滤波器是工作在30～88MHz频段的5W带通滤波器
所述一分二功分器的输入功率不大于5W。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明天线共用器结构设计轻巧，安装方便，大大降低了车顶结构设计。
2)本发明可最多可同时连接10部电台。
3)本发明车顶仅需安装两根天线，大大减少了天线数量，同时也避免了天线之间的相互干扰。
4)本发明设计中充分考虑了信号衰减与各通路之间射频干扰，不会对电台原有指标造成影响。
5)本发明设备具有良好的电磁兼容性，不受武器系统或者其它自然环境的影响，也不会对其他武器系统造成干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的天线共用器的原理框图示意图。
图2为本发明提供的系统结构示意图。
图3为本发明提供的天线共用器硬件电路模块设计示意图。
图4为本发明提供的控制模块原理示意图。
图5为本发明提供的通路选择模块原理示意图。
图6为本发明提供的系统框架示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，包括：
控制模块、通路选择模块、接收模块；
所述控制模块包括：FPGA模块和CPU模块；
通路选择模块包括：10路2选1收发开关TX/RX、一组10选一开关组和相关驱动电路；
所述接收模块包括：保护电路、BPF滤波器、一分二功分器、限幅电路、低噪声放大器及一分六功分器。
具体地，所述FPGA模块：
从电台获得收发信息，输出控制电平给控制电路，从而控制各路所处的收发状态；
接收检测电平进行判断是否处于开短路状态，将信息反馈到发射电台；
同时根据数据交互端口的信息来控制天线共用器的其他状态模式；
具体地，所述CPU模块功能包括对外通信接口，输出设备运行状态以及告警信息，并可通过对外接口实现设备软件在线升级。
具体地，所述2选1收发开关TX/RX：
当第n路电台请求发送时，第n路TX/RX开关被控制到TX状态，为发送射频信号做好准备；
所述10选一开关组是一组电子开关管组成的选择电路，根据第n路请求发送信息，组合出电台射频输出口到发射天线口的唯一路径。
具体地，所述保护电路：
当大功率进入收通路时，保护电路工作，保护接收通路的后面的器件。
具体地，所述BPF滤波器是带通滤波器，滤除工作频段外的其他射频信号，减少对收射频通路的射频干扰；
所述一分二功分器根据后续通路要将接收的射频信号平均分配，而后对分配的射频信号进行低噪声放大，最后再次通过一分六功分器进行射频功率分配。
具体地，所述限幅电路对输入较大的射频功率进行限制，限幅电路的输入功率可以承受5W；
所述低噪声放大器对接收的射频信号进行低噪声放大，低噪声放大器前面加有限幅电路。
具体地，所述一分六功分器将所收到的射频信号平均分配到10路电台接收机，前级通过一分二功分器将所收射频信号平均一分为二，在再次分配前将接收到的射频低噪声信号放大，而后再用一分六的功分器对功率进行分配；
接收到的射频信号平分到10路接收端口，通过TX/RX开关进入接收电台。
具体地，所述BPF滤波器是工作在30～88MHz频段的5W带通滤波器
所述一分二功分器的输入功率不大于5W。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。
优选例1：
天线共用器的原理框图如图1所示，电台通过射频接口和频率字接口接入天线共用器，每组射频口与频率字接口一一对应。电台射频输出口与天线共用器射频口相连，电台频率字信息由频率字接口输入控制模块。
控制模块根据每台电台频率字信息，确定每台电台收发状态。控制模块对电台收发状态做算法判决，将收发选择控制信息和通路选择控制信息分别传送至收发开关组件和发射通路。
收发选择控制信息控制收发开关组件将处于接收状态的电台接入到接收通路，共用一根接收天线。且仅在处于发射状态的电台中选择一路电台射频口接入至发射通道。其余处于发送状态电台射频口将切换至端口截止状态，将发射信号阻截在设备端口。同时控制模块控制产生灯光警示信号并产生频率字碰撞告警信息，通过状态信息口主动上报。通路选择控制信息控制发射通路，将选出的唯一一台电台射频口联通至发射天线口。
如图2所示，本设备由天线共用器主机和车载安装架组成。天线共用器外部接口设置在设备正面，两侧设置把手。天线共用器由上盖和下盖两部分组成；上盖顶部设有散热齿提供主机散热。
天线共用器硬件电路模块设计由图3所示，主要由控制模块、通路选择模块、接收模块和电源模块等组成。
控制模块
如图4所示，控制模块主要由FPGA模块和CPU模块组成。
FPGA模块是共用器的核心模块之一，从电台获得收发信息，输出控制电平给控制电路，从而控制各路所处的收发状态；接收检测电平进行判断是否处于开短路状态，将信息反馈到发射电台；同时根据数据交互端口的信息来控制共用器的其他状态模式。
CPU模块主要功能包括对外通信接口，输出设备运行状态以及告警信息，并可通过对外接口实现设备软件在线升级。
通路选择模块
如图5所示，通路选择模块由10路2选1收发开关、一组10选一开关组和相关驱动电路组成。
a)2选一收发开关(TX/RX)
10路TX/RX是电台发送链路中的重要组成部分，如果第n路电台请求发送时，第n路TX/RX开关被控制到TX状态，为发送射频信号做好准备，由于每路射频端口输入功率不能小于50W，所以所用电子开关所能承受的功率也不应小于50W，这里选用100W的电子开关管，电开关的射频插入损耗不大于0.7dB。
b)10选一开关组
10选一开关组是一组电子开关管组成的选择电路，根据第n路请求发送信息，组合出电台射频输出口到发射天线口的唯一路径，电子开关组的每路承受功率也应当不小于50W，这里选用指标和TX/RX开关相同的开关管。
接收模块
接收模块如图6所示，主要包括保护电路、BPF滤波器、一分二功分器、限幅电路、低噪声放大器及一分六功分器等。
a)保护电路
由于设备使用的环境开放，外场的电磁环境复杂，及同车发送射频信号，可能存在较大功率的射频信号。在大功率进入收通路时，保护电路工作，极大的保护接收通路的后面的器件。
b)BPF滤波器
BPF滤波器是工作在30～88MHz频段的5W带通滤波器，用来滤除工作频
段外的其他射频信号，减少对收射频通路的射频干扰。
c)一分二功分器
一分二功分器的选择是根据后续通路要将接收的射频信号平均分配给10路
电台接收机，如果直接一分十将造成较大的接收灵敏度损失。所以这里先选用一分二功分器，对射频信号进行分配，而后对分配的射频信号进行低噪声放大，最后再次进行射频功率分配，这样对接收机灵敏度影响较小，这里选用输入功率不大于5W的功分器。
d)限幅电路
限幅电路对输入较大的射频功率进行限制。因为后面所使用的低噪声放大器
为小功率放大器，如果输入功率过大会使低噪放损坏，使接收机的灵敏度极大的下降，这里选用限幅电路的输入功率可以承受5W。
e)低噪声放大器
低噪声放大器用来对接收的射频信号进行低噪声放大，如果接收的射频信号
较小，如果直接进行射频分配将使信噪比急剧恶化。如果进行低噪声放大再进行分配将使得信噪比恶化较小，由于低噪放引入噪声小，要求输入功率也小，所以在有可能输入较大功率的情况下，前面要加限幅电路。
f)一分六功分器
由于要将所收到的射频信号平均分配到10路电台接收机，前级已将所收射
频信号平均一分为二，为了不使接收机灵敏度降低太多，在再次分配前将接收到的射频低噪声信号放大，而后再用一分六的功分器对功率进行分配，这里选用1W的一分六的功分器，是因为市面上没有一分五的功分器；接收到的射频信号平分到10路接收端口，通过TX/RX开关进入接收电台。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，包括：
控制模块、通路选择模块、接收模块，发天线和收天线；
所述控制模块包括：FPGA模块和CPU模块；
通路选择模块包括：收发开关组件，所述收发开关组件为一组10选一开关组和相关驱动电路、10路2选1收发开关TX/RX；
所述接收模块包括：保护电路、BPF滤波器、一分二功分器、限幅电路、低噪声放大器及一分六功分器；
所述收天线接收的信号经过一分二功分器,之后再用两个一分六功分器将接收到的射频信号平分到若干路电台的接收端口；
控制模块根据每台电台频率字信息，确定每台电台收发状态；控制模块对电台收发状态做算法判决，将收发选择控制信息和通路选择控制信息分别传送至收发开关组件和发射通路；
收发选择控制信息控制收发开关组件将处于接收状态的电台接入到接收通路，共用一根接收天线；且仅在处于发射状态的电台中选择一路电台射频口接入至发射通道；其余处于发送状态电台射频口将切换至端口截止状态，将发射信号阻截在设备端口；通路选择控制信息控制发射通路，将选出的唯一一台电台射频口联通至发射天线口。
2.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述FPGA模块：
从电台获得收发信息，输出控制电平给控制电路，从而控制各路所处的收发状态。
3.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述CPU模块功能包括对外通信接口，输出设备运行状态以及告警信息，并可通过对外接口实现设备软件在线升级。
4.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述2选1收发开关TX/RX：
当第n路电台请求发送时，第n路TX/RX开关被控制到TX状态，为发送射频信号做好准备；
所述10选一开关组是一组电子开关管组成的选择电路，根据第n路请求发送信息，组合出电台射频输出口到发射天线口的唯一路径。
5.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述保护电路：
当大功率进入收通路时，保护电路工作，保护接收通路的后面的器件。
6.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述BPF滤波器是带通滤波器，滤除工作频段外的其他射频信号，减少对收射频通路的射频干扰；
所述一分二功分器根据后续通路要将接收的射频信号平均分配，而后对分配的射频信号进行低噪声放大，最后再次通过一分六功分器进行射频功率分配。
7.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述限幅电路对输入较大的射频功率进行限制，限幅电路的输入功率可以承受5W；
所述低噪声放大器对接收的射频信号进行低噪声放大，低噪声放大器前面加有限幅电路。
8.根据权利要求1所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述一分六功分器将所收到的射频信号平均分配到10路电台接收机，前级通过一分二功分器将所收射频信号平均一分为二，在再次分配前将接收到的射频低噪声信号放大，而后再用一分六的功分器对功率进行分配；
接收到的射频信号平分到10路接收端口，通过TX/RX开关进入接收电台。
9.根据权利要求6或所述的适用于超短波电台在TDMA网络下的天线共用器，其特征在于，所述BPF滤波器是工作在30～88MHz频段的5W带通滤波器
所述一分二功分器的输入功率不大于5W。
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