CN112994735A - 一种多功能射频模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能射频模块，属于电子信息技术领域。本发明包括多个基本多功能射频单元和N+1个多通道合成网络；N+1个多通道合成网络中有一个为分时工作模式的多通道合成网络，其余N个为同时工作模式的多通道合成网络。本发明实现了一种频率可分集的同时与分时的工作方式，在射频电路中通过合理的设置射频前端的器件，进行频率分集，部分频率可工作在分时体制，另一部分频率可工作同时体制，有效实现了同时和分时工作的选择，又将多种工作模式集成在同一个有源射频模块中，减少了设备数量，有效提高了使用效率。

Description

一种多功能射频模块

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别是指一种多功能射频模块，可用于雷达、测控、侦察和通信一体化设备中。

背景技术

在传统的电子信息领域中，同时与分时的工作模式有多种实现方式，具体表现为以下特点：

1、分时与同时工作的射频支路进行物理分开，即分别为不同物理构型的射频模块。通过对不同工作模式进行分类设计，无需或仅仅需要较少的无源隔离器件，如双工器或者开关或者环形器，就可以让不同的天线工作在不同的工作模式下。从物理形态上看，这是一种简单的将不同模式射频通告进行了物理分离。这种方式具有技术难度小，设备分开、集成度低的缺点。

2、同时与分时模式集成设计，但频率没有分集。这种方式可通过一定的集成度进行实现，同一套天线设备可以工作在不同体制信号下，但其频率的分集特性不明显，且分时工作时，部分信号不能同时工作。即，同时工作时，部分信号不能分时工作。这种体制降低了设备的使用率，甚至在某系特定的要求下，系统的正常工作也将无法启动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多功能射频模块，其具有完全不同于现有技术的同时与分时的实现思路，能够实现频率可分集的同时与分时的工作方式。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种多功能射频模块，包括多个基本多功能射频单元和N+1个多通道合成网络，N≥2；其特征在于，所述N+1个多通道合成网络中有一个为分时工作模式的多通道合成网络，其余N个为同时工作模式的多通道合成网络；分时工作模式的多通道合成网络以及同时工作模式的多通道合成网络均具有多个分路端口，每个多通道合成网络的多个分路端口均与多个基本多功能射频单元一一对应；

所述基本多功能射频单元包括多工器、分时工作支路、频率选择支路、频率放大支路、合路器和多路幅相控制模块，多路幅相控制模块具有一个输入端和N个输出端；

所述分时工作支路包括第一开关、第一低噪声放大器、功放芯片、第二开关和幅相控制模块；第一开关的公共端口与多工器的第一射频分口连接，第一开关的输出端口与第一低噪声放大器的输入端口连接，第一开关的输入端口与功放芯片的输出端口连接，第一低噪声放大器的输出端口与第二开关的输入端口连接，功放芯片的输入端口与第二开关的输出端口连接，第二开关的公共端口与幅相控制模块的一侧输入\输出端口连接，幅相控制模块的另一侧输入\输出端口与分时工作模式多通道合成网络的对应分路端口连接；

所述频率选择支路包括第二低噪声放大器、双工器、第三开关以及负载；第三开关为双刀双掷开关，具有两个输入端口和两个输出端口；第二低噪声放大器的输入端口与多工器的第二射频分口连接，第二低噪声放大器的输出端口与双工器的输入端口连接，双工器的两个输出端口分别与第三开关的两个输入端口对应连接，双工器的一个输出端口连接负载，另一个输出端口连接合路器的一个输入端；

所述频率放大支路包括第三低噪声放大器，第三低噪声放大器的输入端与多工器的第三射频分口连接，第三低噪声放大器的输出端与合路器的另一个输入端连接；

合路器的输出端与多路幅相控制模块的输入端连接，多路幅相控制模块的N个输出端与N个为同时工作模式的多通道合成网络的对应分路端口一一对应连接。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、本发明采用频率分集的有源射频模块实现了多种工作模式，可实现射频电路在物理形态上的统一，有效地避免了物理分开设计。

2、本发明采用不同频率工作不同模式下的信号体制，可满足不同类别信号的独立工作，具有物理上高集成度的优点。

3、本发明设计的信号控制简单，可兼容绝大部分现有射频和控制终端。

附图说明

图1是本发明实施例中的多功能射频模块的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

参照图1，一种多功能射频模块，包括多个基本多功能射频单元和N+1个多通道合成网络，N≥2；其中，N+1个多通道合成网络中有一个为分时工作模式的多通道合成网络，供频率f1使用，其余N个为同时工作模式的多通道合成网络，供频率f2、f3、f4使用，f1、f2、f3、f4各不相同；基本多功能射频单元包括多工器14、分时工作支路、频率选择支路、频率放大支路、合路器12和多路幅相控制模块13。

基本多功能射频单元中，多工器14的射频公共口连接外部的天线单元，多工器14的第一射频分口连接第一开关15的射频公共口，多工器14的第二射频分口连接第二低噪放07的输入口，多工器14的第三射频分口连接第三低噪放09的输入口。

基本收发射频支路单元的分时工作支路包括第一开关15、第一低噪声放大器03、功放芯片04、第二开关05、幅相控制模块06。

其中，第一开关15的第一射频分口连接第一低噪声放大器03，第二射频分口连接功放芯片04的输出口。功放芯片04的信号输入口连接第二开关05输出口，第二开关05输入口连接幅相控制模块06的输出口；第一低噪声放大器03的输出口连接第二开关05的输入口，第二开关05的输出口连接幅相控制模块06的输入口，幅相控制模块06与外部传递收发信号。

基本收发射频支路单元的频率选择支路包括第二低噪声放大器07、双工器08、第三开关10、负载11。

其中，第二低噪声放大器07的信号输出口连接双工器08输入口，双工器08第一输出口和第二输出口分别连接第三开关10的两个输入口，第三开关10的第一输出口连接负载11，第二输出口连接合路器12的第一输入口。

频率放大支路包括第三低噪放芯片09；第三低噪放芯片09的输出口连接合路器12的第二输入口；

合路器12的输出口连接多路幅相控制模块13的输入口，多路幅相控制模块13的多路输出口分别连接至接收信号1~N。

信号接收时，多工器通过射频公共口接收来自外部天线的宽带射频信号，将宽带信号分为f1、f2、f3、f4四种频率，其中，频率f1的信号通过多工器的第一射频分口发送给分时工作支路，频率f2、f4的信号通过多工器的第二射频分口发送给频率选择支路，频率f3的信号通过多工器的第三射频分口发送给频率放大支路；

分时工作支路中，信号经过第一开关选通后输出给第一低噪声放大器进行放大，然后再经第二开关输出给幅相控制模块进行信号的相位和幅度控制，而后进入分时工作模式的多通道合成网络；

频率选择支路中，两信号进入第二低噪声放大器进行放大，然后进入双工器进行信号分集，分集后的两信号分别进入第三开关；第三开关为双刀双掷开关，可预先设定f2、f4频率中的一路为不工作信号频率，另一路为工作信号频率，不工作的信号输出给负载，工作信号输出给合路器；

频率放大支路中，信号经过第三低噪声放大器的放大后输出给合路器；

合路器将频率选择支路和频率放大支路送来的信号进行合路，并输出给多路幅相控制模块，多路幅相控制模块对输入信号进行信号的相位和幅度控制后，将其分为N路射频信号，并一一对应地送给N个同时工作模式的多通道合成网络；各多通道合成网络分别对各自的输入信号进行合成及输出；

信号发射时，频率为f1的发射信号进入分时工作模式的多通道合成网络，该多通道合成网络对信号进行等功分或者不等功分，得到与基本多功能射频单元一一对应的多路功分信号；在每一基本多功能射频单元中，功分信号进入分时工作支路的幅相控制模块进行移相或者衰减，并进行幅相控制，然后经第二开关选通后进入功放芯片，再经过第一开关进入多工器的第一射频分口，通过多工器的射频公共口发射出去。

上述幅相控制模块可采用具有幅相控制功能的多功能芯片，多路幅相控制模块可采用具有幅相控制功能的多路多功能芯片。

该模块的工作原理如下：

宽带射频信号首先进入多工器，将宽带信号按照频率分为f1、f2、f3、f4。其中频率f1工作在分时工作模式，频率f2、f3、f4工作在频率可选择的同时工作模式。

分时模式频率f1的发射信号，首先经过功分器进行信号功分，信号进入其幅相控制模块，进行信号的相位和幅度的控制，经过滤波器，信号进入开关，并进入功放芯片进行信号放大，再经过射频开关进入多工器后进行信号输出；频率f1的信号信号，进入开关输出后进入低噪声放大器，通过开关链路进入幅相控制模块进行信号的相位和幅度控制，而后进入合成网络进行信号合成后进行信号输出。

频率可选择的同时工作模式在频率f2、f3、f4上进行实现。

频率f2、f4的接收信号首先进入放大器进行放大，并进入双工器进行信号分集，同时进入开关后，选择一路信号连接负载，即该频率不工作，另一路信号进入合路器；频率f3的接收信号首先进入放大器进行放大，然后进入合路器，与f2或者f4的频率信号共用合路器，一并进入到多路幅相控制模块进行信号的相位和幅度控制，在多路幅相控制模块中，将该一路信号功分出了多路射频信号，并分别进入各自的信号合成网络，进行信号合成，后续的信号再通过数字化或者滤波进行频率划分。

基于以上信号流程，可实现频率f1的分时工作模式，同时又实现了其他频率可选择的同时工作模式。

总之，本发明具有多种工作模式，多工器可对所需的信号进行分集，其中一部分频段为分时工作，另一部分频段为频率可选择的双工工作模式。在部分频段的分时工作模式中，收发信号通过环形器或者开关进行收发电路分集，并根据工作需要进行信号切换；在频率可选择的双工工作模式中，不同频率信号分别进入各自的射频支路，一部分频率的信号通过双工器和开关进行工作模式选择，另一个部分信号进入自己的射频支路，并与其它频率的信号进行合成，通过幅相控制模块进行信号的移相和衰减。

由此，本发明实现了一种通过设置不同频率，可同时工作或者分时工作的有源射频模块，可用于数字和模拟混合的天线和系统中，特别适合于多种功能复合应用的电子信息领域中。

可见，本发明采用了一种频率可分集的同时与分时的工作方式，在射频电路中通过合理的设置射频前端的器件，进行频率分集，部分频率可工作在分时体制，另一部分频率可工作同时体制，有效实现了同时和分时工作的选择，又将多种工作模式集成在同一个有源射频模块中，减少了设备数量，有效提高了使用效率。该模块可用在通信、测控、雷达等多功能一体化的相控阵天线中，有效兼容了不同工作体制的多类信号，在实际工程应用中具有重要意义。

Claims (1)

1.一种多功能射频模块，包括多个基本多功能射频单元和N+1个多通道合成网络，N≥2；其特征在于，所述N+1个多通道合成网络中有一个为分时工作模式的多通道合成网络，其余N个为同时工作模式的多通道合成网络；分时工作模式的多通道合成网络以及同时工作模式的多通道合成网络均具有多个分路端口，每个多通道合成网络的多个分路端口均与多个基本多功能射频单元一一对应；

所述基本多功能射频单元包括多工器、分时工作支路、频率选择支路、频率放大支路、合路器和多路幅相控制模块，多路幅相控制模块具有一个输入端和N个输出端；

所述分时工作支路包括第一开关、第一低噪声放大器、功放芯片、第二开关和幅相控制模块；第一开关的公共端口与多工器的第一射频分口连接，第一开关的输出端口与第一低噪声放大器的输入端口连接，第一开关的输入端口与功放芯片的输出端口连接，第一低噪声放大器的输出端口与第二开关的输入端口连接，功放芯片的输入端口与第二开关的输出端口连接，第二开关的公共端口与幅相控制模块的一侧输入\输出端口连接，幅相控制模块的另一侧输入\输出端口与分时工作模式多通道合成网络的对应分路端口连接；

所述频率选择支路包括第二低噪声放大器、双工器、第三开关以及负载；第三开关为双刀双掷开关，具有两个输入端口和两个输出端口；第二低噪声放大器的输入端口与多工器的第二射频分口连接，第二低噪声放大器的输出端口与双工器的输入端口连接，双工器的两个输出端口分别与第三开关的两个输入端口对应连接，双工器的一个输出端口连接负载，另一个输出端口连接合路器的一个输入端；

所述频率放大支路包括第三低噪声放大器，第三低噪声放大器的输入端与多工器的第三射频分口连接，第三低噪声放大器的输出端与合路器的另一个输入端连接；

合路器的输出端与多路幅相控制模块的输入端连接，多路幅相控制模块的N个输出端与N个为同时工作模式的多通道合成网络的对应分路端口一一对应连接。

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