CN113364510A - 应用于提高星载vdes载荷收发隔离的结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法,包括射频收发开关;星载VDES收发载荷的基带处理模块向射频收发开关输出第一开关控制指令,由射频收发开关控制星载VDES收发载荷的发射机与接收机分时工作;发射机包括功率放大电路和开关电路,基带处理模块向开关电路输出第二开关控制指令,由开关电路控制功率放大电路通断;基带处理模块向锁相环输出本振控制指令,对发射机与接收机进行本振信号切换,实现发射机与接收机之间工作模式切换和管理。本发明收发隔离度高,为其提高抗干扰能力和抗阻塞提高硬件保障。
Description
技术领域
本发明涉及星载VDES收发载荷射频通道相关结构,具体涉及一种应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法。
背景技术
星载VDES(VHF Data Exchange System,甚高频数据交换系统)建立了地面与卫星两大系统,能够满足地面岸和船、船和船之间的通信与数据交换。结合了接收机与发射机功能的星载VDES载荷,为实现卫星与船舶之间的远程双向数据交换提供了可能性,ASM(Application Specific Messages,特殊应用报文)、VDE(VHF Data Exchange,甚高频数据交换)数据接收与VDE数据发送功能可以大幅度地缓解AIS(Automatic IdentificationSystem,自动身份识别系统)链路的压力,提高海上通信能力。
VDES涵盖了三种业务、九种类型的信道,其中接收信号占据VHF的两个频段,发射信号则位于接收信号的两个频段之间,发射信号与接收信号之间的频率间隔甚小。在面对应用于星载的载荷信号发射功率高的要求时,接收机与发射机之间的隔离度要求也相应提高,因此收发一体的星载VDES载荷设计关键在于提高发射功率的同时,对到达接收端的发射信号一定程度的抑制,实现高度收发隔离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法,提高星载VDES收发载荷收发隔离度。
为了达到上述的目的,本发明提供一种应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,包括射频收发开关;星载VDES收发载荷的基带处理模块向所述射频收发开关输出第一开关控制指令,由所述射频收发开关控制星载VDES收发载荷的发射机与接收机分时工作。
上述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其中,所述发射机包括功率放大电路和开关电路,基带处理模块向所述开关电路输出第二开关控制指令,由所述开关电路控制所述功率放大电路通断。
上述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其中,所述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构还包括锁相环,基带处理模块向所述锁相环输出本振控制指令,对发射机与接收机进行本振信号切换,实现发射机与接收机之间工作模式切换和管理。
上述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其中,所述射频收发开关与星载VDES收发载荷的收发天线连接,所述射频收发开关分别与发射机和接收机连接。
上述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其中,所述射频收发开关中,二极管D1阳极端连接发射机,电感L1与电感L2串联后一端与二极管D1阴极端连接,另一端与电容C4的一端连接,电容C4的另一端连接接收机;二极管D1阴极端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地;电感L1与电感L2的连接处连接电容C2后接地;电感L2与电容C4的连接处连接电容C3后接地;电感L1与电感L2的连接处与二极管D2阳极端连接,二极管D2阴极端接地;电感L2与电容C4的连接处与二极管D3阳极端连接,二极管D3阴极端接地;二极管D1阴极端与电容C5一端连接,电容C5另一端连接收发天线;二极管D3阴极端串联一二极管D5后连接收发天线;电阻R4一端与基带处理模块连接,另一端与三极管T1的基极连接;电阻R3一端与基带处理模块连接,另一端接地;三极管T1的基极串联电容C10后接地;三极管T1的发射极与电容C6一端连接,电容C6另一端与电阻R1的一端连接,三极管T1的发射极与电容C7一端连接,电容C7另一端与电阻R1的另一端连接;电容C7与电阻R1的连接处连接电感L3一端,电感L3另一端连接发射端;三极管T1的集电极与电阻R6一端连接,电阻R6另一端与三极管T2的基极连接;三极管T1的集电极与电阻R7一端连接,电阻R7另一端与三极管T2的发射极连接;三极管T2的集电极与二级管D4阳极端连接,二级管D4阴极端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电阻R2一端与三极管T2的集电极连接,另一端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电容C8与电容C9并联后一端接地,另一端与三极管T2的发射极连接;电阻R5一端与电源正极连接,另一端与三极管T2的发射极连接;电源负极接地。
本发明提供的另一技术方案是一种提高星载VDES载荷收发隔离的方法,星载VDES收发载荷增设一射频收发开关,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通发射机与收发天线,而断开接收机与收发天线;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通接收机与收发天线,而断开发射机与收发天线。
上述提高星载VDES载荷收发隔离的方法,其中,星载VDES收发载荷的发射机增设开关电路,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路接通,使发射机的功率放大电路接通;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路断开,使发射机的功率放大电路断开。
上述提高星载VDES载荷收发隔离的方法,其中,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到发射机使用的本振信号;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到接收机使用的本振信号。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果是:
本发明的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法,能够适用于星载VDES接收发射一体载荷应用,它工作频段可调,用于实现发射机与接收机时分双工的工作方式,对于发射机信号功率大、接收机灵敏度高的VDES载荷而言,本发明收发隔离度高,为其提高抗干扰能力和抗阻塞提高硬件保障;同时本发明的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法,在高、低温及温差较大的环境下具有适应能力,可在高、低温及大温差交变环境下工作,具备低功耗、成本低等特点。
附图说明
本发明的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明较佳实施例的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构的原理图。
图2为本发明较佳实施例中射频收发开关的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1~图2对本发明的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构及方法作进一步的详细描述。
图1所示为本发明较佳实施例的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构的原理图。
参见图1,本实施例对星载VDES收发载荷结构进行改进,改进包括:
1)增设一射频收发开关,该射频收发开关由星载VDES收发载荷的基带处理模块输出开关控制指令控制,使星载VDES收发载荷的发射通道与接收通道分时打开,以提高星载VDES收发载荷发射端与接收端之间的隔离度;
当星载VDES收发载荷接收外部信号时(即星载VDES收发载荷处于接收状态时),星载VDES收发载荷的基带处理模块通过开关控制指令控制射频收发开关接通接收机与收发天线,而断开发射机与收发天线,使得收发天线仅与接收通道连接而与发射通道断开;当星载VDES收发载荷向外部发射信号时(即星载VDES收发载荷处于发射状态时),星载VDES收发载荷的基带处理模块通过开关控制指令控制射频收发开关接通发射机与收发天线,而断开接收机与收发天线,使得收发天线仅与发射通道连接而与接收通道断开;
2)对星载VDES收发载荷的发射机结构进行改进,发射机包括直接调制器、滤波和功率放大电路,改进之处在于增设开关电路,该开关电路用于控制发射机的功率放大电路通断,该开关电路由星载VDES收发载荷的基带处理模块输出开关控制指令控制;
当星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过开关控制指令控制该开关电路断开,可减小发射通道中的信号对接收通道中的信号的影响、干扰,进一步提高星载VDES收发载荷发射端与接收端之间的隔离度;只有当星载VDES收发载荷向外部发射信号时,该开关电路才接通;
3)锁相环为发射通道和接收通道提供本振信号,本实施例中,星载VDES收发载荷的基带处理模块通过本振控制指令对星载VDES收发载荷中各个信道进行本振频率切换,进行发射通道与接收通道之间工作模式的切换和管理,即:当星载VDES收发载荷接收外部信号时,星载VDES收发载荷的基带处理模块向锁相环输出本振控制指令,控制锁相环仅对星载VDES收发载荷的接收机输出本振信号(称为第一本振信号);当星载VDES收发载荷向外部发射信号时,星载VDES收发载荷的基带处理模块向锁相环输出本振控制指令,控制锁相环仅对星载VDES收发载荷的发射机输出本振信号(称为第二本振信号);也就是说,星载VDES收发载荷接收外部信号时,锁相环仅向接收通道提供本振信号而不向发射通道提供本振信号,而星载VDES收发载荷向外部发射信号时,锁相环仅向发射通道提供本振信号而不向接收通道提供本振信号,进一步提高星载VDES收发载荷发射端与接收端之间的隔离度。
参见图1,本实施例的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构包括发射机、射频收发开关和锁相环;
所述射频收发开关与星载VDES收发载荷的收发天线连接,所述射频收发开关分别与星载VDES收发载荷的发射通道和接收通道连接;星载VDES收发载荷的基带处理模块向所述射频收发开关输出第一开关控制指令,由所述射频收发开关控制发射通道与接收通道分时工作;
发射通道包括所述发射机,接收通道包括接收机;
所述发射机包括功率放大电路和开关电路,基带处理模块向所述开关电路输出第二开关控制指令,由所述开关电路控制所述功率放大电路通断;
基带处理模块向所述锁相环输出本振控制指令,对发射通道和接收通道进行本振频率切换,实现发射通道与接收通道之间工作模式切换和管理。
本实施例的提高星载VDES载荷收发隔离的方法包括:
星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通发射机与收发天线,而断开接收机与收发天线;基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路接通,使发射机的功率放大电路接通;基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到发射机使用的本振信号;
星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通接收机与收发天线,而断开发射机与收发天线;基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路断开,使发射机的功率放大电路断开;基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到接收机使用的本振信号。
图2所示为本发明较佳实施例中射频收发开关的示意图。
参见图2,二极管D1阳极端连接发射端(即发射通道),电感L1与电感L2串联后一端与二极管D1阴极端连接,另一端与电容C4的一端连接,电容C4的另一端连接接收端(即接收通道);二极管D1阴极端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地;电感L1与电感L2的连接处连接电容C2后接地;电感L2与电容C4的连接处连接电容C3后接地;电感L1与电感L2的连接处与二极管D2阳极端连接,二极管D2阴极端接地;电感L2与电容C4的连接处与二极管D3阳极端连接,二极管D3阴极端接地;二极管D1阴极端与电容C5一端连接,电容C5另一端连接收发天线;二极管D3阴极端串联一二极管D5(二极管D5为脉冲保护ESD抑制电路)后连接收发天线;
电阻R4一端与基带处理模块连接,另一端与三极管T1的基极连接;电阻R3一端与基带处理模块连接,另一端接地;三极管T1的基极串联电容C10后接地;三极管T1的发射极与电容C6一端连接,电容C6另一端与电阻R1的一端连接,三极管T1的发射极与电容C7一端连接,电容C7另一端与电阻R1的另一端连接;电容C7与电阻R1的连接处连接电感L3一端,电感L3另一端连接发射端;三极管T1的集电极与电阻R6一端连接,电阻R6另一端与三极管T2的基极连接;三极管T1的集电极与电阻R7一端连接,电阻R7另一端与三极管T2的发射极连接;三极管T2的集电极与二级管D4阳极端连接,二级管D4阴极端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电阻R2一端与三极管T2的集电极连接,另一端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电容C8与电容C9并联后一端接地,另一端与三极管T2的发射极连接;电阻R5一端与电源正极连接,另一端与三极管T2的发射极连接;电源负极接地。
所述射频收发开关包括大功率二极管、大功率三极管、脉冲保护ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)抑制电路和滤波电路,实现发射通道与接收通道时分双工的工作模式,实现二者之间的高度隔离。
基带处理模块通过高低电平的切换来控制所述射频收发开关的开关状态,如图2,高电平将三极管T1的工作模式切换为导通状态,拉高二极管D1阳极端的正向电压,二极管D1导通,为发射信号提供通路,发射信号一路经大功率二极管D1与隔直电容C5由收发天线发射出去,另一路则经整流二极管(D2和D3)到地,削弱接收端的发射信号强度,收发隔离度达到62dB;低电平则使三极管T1处于截止状态,二极管D1截止,发射通道关闭,同时发射机中的功率放大器的栅极电压断开,对发射信号进行衰减,接收信号通过射频收发开关的滤波电路(参见图2)进入接收通道。
当基带控制信号为高电平时,射频发射通道打开,发射机的功率放大电路均处于放大信号的工作状态(开关电路接通),大功率的发射信号从收发天线发射出去,此时接收端无信号传到基带处理模块;当基带控制信号为低电平时,射频发射通道关闭,发射机的功率放大电路处于衰减信号的工作状态(开关电路断开),此时发射端无信号输出,接收信号则通过天线、滤波电路和接收机进入基带处理模块。
本实施例的射频收发开关专门针对大功率应用场景开发,相比市场上已有的射频收发开关芯片,本实施例的射频收发开关具有额定功率高、适应性强、收发隔离度高、工作频点可调、使用寿命长等优点。
Claims (8)
1.应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其特征在于,包括射频收发开关;星载VDES收发载荷的基带处理模块向所述射频收发开关输出第一开关控制指令,由所述射频收发开关控制星载VDES收发载荷的发射机与接收机分时工作。
2.如权利要求1所述的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其特征在于,所述发射机包括功率放大电路和开关电路,基带处理模块向所述开关电路输出第二开关控制指令,由所述开关电路控制所述功率放大电路通断。
3.如权利要求1或2所述的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其特征在于,所述应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构还包括锁相环,基带处理模块向所述锁相环输出本振控制指令,对发射机与接收机进行本振信号切换,实现发射机与接收机之间工作模式切换和管理。
4.如权利要求1所述的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其特征在于,所述射频收发开关与星载VDES收发载荷的收发天线连接,所述射频收发开关分别与发射机和接收机连接。
5.如权利要求1所述的应用于提高星载VDES载荷收发隔离的结构,其特征在于,所述射频收发开关中,二极管D1阳极端连接发射机,电感L1与电感L2串联后一端与二极管D1阴极端连接,另一端与电容C4的一端连接,电容C4的另一端连接接收机;二极管D1阴极端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端接地;电感L1与电感L2的连接处连接电容C2后接地;电感L2与电容C4的连接处连接电容C3后接地;电感L1与电感L2的连接处与二极管D2阳极端连接,二极管D2阴极端接地;电感L2与电容C4的连接处与二极管D3阳极端连接,二极管D3阴极端接地;二极管D1阴极端与电容C5一端连接,电容C5另一端连接收发天线;二极管D3阴极端串联一二极管D5后连接收发天线;电阻R4一端与基带处理模块连接,另一端与三极管T1的基极连接;电阻R3一端与基带处理模块连接,另一端接地;三极管T1的基极串联电容C10后接地;三极管T1的发射极与电容C6一端连接,电容C6另一端与电阻R1的一端连接,三极管T1的发射极与电容C7一端连接,电容C7另一端与电阻R1的另一端连接;电容C7与电阻R1的连接处连接电感L3一端,电感L3另一端连接发射端;三极管T1的集电极与电阻R6一端连接,电阻R6另一端与三极管T2的基极连接;三极管T1的集电极与电阻R7一端连接,电阻R7另一端与三极管T2的发射极连接;三极管T2的集电极与二级管D4阳极端连接,二级管D4阴极端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电阻R2一端与三极管T2的集电极连接,另一端与电容C6与电阻R1的连接处连接;电容C8与电容C9并联后一端接地,另一端与三极管T2的发射极连接;电阻R5一端与电源正极连接,另一端与三极管T2的发射极连接;电源负极接地。
6.提高星载VDES载荷收发隔离的方法,其特征在于,星载VDES收发载荷增设一射频收发开关,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通发射机与收发天线,而断开接收机与收发天线;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过第一开关控制指令控制射频收发开关接通接收机与收发天线,而断开发射机与收发天线。
7.如权利要求6所述的提高星载VDES载荷收发隔离的方法,其特征在于,星载VDES收发载荷的发射机增设开关电路,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路接通,使发射机的功率放大电路接通;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过第二开关控制指令控制开关电路断开,使发射机的功率放大电路断开。
8.如权利要求6或7所述的提高星载VDES载荷收发隔离的方法,其特征在于,星载VDES收发载荷向外部发射信号时,基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到发射机使用的本振信号;星载VDES收发载荷接收外部信号时,基带处理模块通过本振控制指令控制锁相环输出的本振信号切换到接收机使用的本振信号。
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