CN114050843B - 一种vhf信号模块式通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种VHF信号模块式通信设备，包括箱体、散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块；所述箱体设有容纳腔；所述散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置在容纳腔中；散热装置包括形成散热风道的散热器和用于向散热风道吹风以加速散热的风机器件；箱体在与风机器件和散热器相对应的位置上开设有通风孔；功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置散热器上。该通信设备方便组装，具有良好可靠性和安全性，可快速排走内部热量，提高内部结构紧凑性，整体体积小。

Description

一种VHF信号模块式通信设备
技术领域
本发明涉及高频通信技术领域，更具体地说，涉及一种VHF信号模块式通信设备。
背景技术
甚高频VHF(Very high frequency)是指频带由30MHz～300MHz的无线电电波。VHF信号通信设备应用于航空事业的通信网络中，使飞机在飞行的过程中方便飞机与地面以及飞机与飞机之间建立相互联系。
为达到稳定性能，VHF信号通信设备必须满足散热要求，防止器件过热而影响运行；但VHF信号通信设备需要使用射频管，射频管发热量大，散热需求高，因此需要设备做成大体积，以保证有足够的散热空间；实际应用中部分场合只留有较小的安装空间，现有VHF信号通信设备的尺寸不能满足安装要求，因此需要对器件布局和散热方式进行改进。现有VHF信号通信设备还有组装不方便、性能有待提高等不足。
此外，对于一些安装空间特别小的应用场所，仅仅对对器件布局和散热方式进行改进有可能还不能满足体积要求，还需要对通信设备的工作原理方案进行改进。
发明内容
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种方便组装、具有良好可靠性和安全性、可快速排走内部热量、提高内部结构紧凑性、整体体积小的VHF信号模块式通信设备。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种VHF信号模块式通信设备，其特征在于：包括箱体、散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块；所述箱体设有容纳腔；所述散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置在容纳腔中；
所述散热装置包括形成散热风道的散热器和用于向散热风道吹风以加速散热的风机器件；箱体在与风机器件和散热器相对应的位置上开设有通风孔；功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置散热器上；所述箱体设有电源接口、天线接口、接收口和激励口；
所述功率放大模块一包括功率放大前级电路和控制电路；功率放大模块二包括功率放大末级电路；开关滤波模块包括低通滤波电路、收发开关电路和定耦电路；
激励口、功率放大前级电路、功率放大末级电路、低通滤波电路、定耦电路、收发开关电路和天线接口依次连接；所述接收口与收发开关电路连接。
本发明通信设备采用模块式设计，方便组装，可实现信号隔离和保证电磁兼容性能，提高运行的可靠性和安全性；利用散热装置加速排走箱体内部热量，使箱体内部零部件更加紧凑布局，有效缩小通信设备的整体体积。
优选地，所述功率放大模块二设置在散热器靠近风机器件的区域，开关滤波模块位于功率放大模块二远离风机器件的区域。功率放大模块二中设有功率放大末级电路，带有发热量大、对散热要求高的射频管，因此将功率放大模块二靠近风机器件，可快速排走射频管热量，布局合理，提高通信设备的性能。
优选地，所述开关滤波模块中，定耦电路、收发开关电路和低通滤波电路依次排布，并通过隔板实现信号隔离。
优选地，所述散热器包括若干并排设置的插片；相邻插片之间形成所述散热风道。
为进一步缩小体积，所述定耦电路包括双芯线定耦；所述双芯线定耦包括双芯电缆WT1和双芯电缆WT2；双芯电缆WT1和双芯电缆WT2均是由电缆一和电缆二组成；低通滤波电路通过依次连接的双芯电缆WT1的电缆一和双芯电缆WT2的电缆一与收发开关电路连接，以使双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二分别得到耦合信号；双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端分别接地；双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的另一端分别通过两个用于对耦合信号进行分频段带通滤波的带通滤波处理电路与控制电路连接；带通滤波处理电路与滤波驱动电路连接。
现有通信设备的滤波电路需要对传输信号这一大功率信号进行精细化滤波，因此需要消耗较大能耗，同时会导致传送速度变慢，不符合部分应用的高速通信需求。但是若简化滤波电路来解决这个问题，则又会存在另一个问题：当遇到谐波分量较大的情况时，定耦电路的耦合信号掺杂有高能量谐波，严重影响输出功率电压检测的准确度，从而导致VHF通信电路无法稳定地调节输出信号。
而本发明用于收发频率范围为A1～A2MHz的VHF信号时，在信号传输主电路中只采用简单的低通滤波电路对VHF信号进行低通滤波，将频率高于A2MHz的信号进行滤除，可提高信号处理速度和节省能耗，提高收发响应速度，有利于缩小设备体积。同时在定耦电路中加入精细化的带通滤波处理电路，对耦合信号的谐波分量进行分频段滤除；由于带通滤波处理电路是对耦合信号这样的小信号进行滤波处理，因此能耗少，元器件也可以选用参数较小的元器件，带通滤波处理电路的设置也不需要设备体积大幅增加；经过滤除后，耦合信号的谐波得到极大改善，可提高输出功率检测的准确度，控制电路根据检测所得的输出功率来反馈控制功率放大模块，可实现发送输出的稳定，提高运行的稳定性和可靠性。
优选地，两个带通滤波处理电路的电路拓扑结构相同；两个带通滤波处理电路均包括分段滤波单元组和检波单元；所述分段滤波单元组包括n个相互并联的滤波单元，其中n≥2且n为整数；n个滤波单元分别对n个频率区间的耦合信号进行带通滤波。
两个带通滤波处理电路的电路拓扑结构相同，可对双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二耦合所得的两路耦合信号进行相同处理。将A1～A2MHz的频率范围划分为n个频率区间，n个滤波单元分别对n个频率区间的耦合信号进行带通滤波，分段滤波单元组可对A1～A2MHz各个频率区间的信号进行精细化带通滤波，从而提高检测定耦电路检测的精确度。
优选地，在分段滤波单元组中，第i个滤波单元包括依次连接的二极管VDi1、电容Ci6、电感Li1、电感Li2、电容Ci8和二极管VDi2；其中，i＝1,2，...，n；二极管VDi1和二极管VDi2方向相反；电感Li1并联有电容Ci1，电感Li2并联有电容Ci2；电容Ci6和电感Li1连接处通过电容Ci3接地；电感Li1和电感Li2连接处通过电感Li4和电容Ci4接地；电感Li2和电容Ci8连接处通过电容Ci5接地；二极管VDi2和电容Ci6连接处通过串联的电感Li3和电容Ci7接地；电容Ci8和二极管VDi2连接处通过串联的电感Li5和电容Ci9接地；电感Li3和电容Ci7连接处、以及电感Li5和电容Ci9连接处分别与滤波驱动电路连接。
该设计的分段滤波单元组，可有效滤除耦合信号中掺杂的大量谐波，耦合信号的谐波由原来的-10dbc改善到-40dbc，低谐波分量送到检波单元中，检测准确度提高30％。
优选地，各个滤波单元靠近双芯线定耦的一端共同通过串联的电感L1和电容C1接地；电容C1并联有电阻R1；各个滤波单元靠近检波单元的一端共同通过串联的电感L2和电容C4接地；电容C4并联有电阻R2。
优选地，所述检波单元包括二极管VD1、电阻R3、电阻R4、电容C5和电容C6；所述二极管VD1的阳极通过电容C3与分段滤波单元组连接，二极管VD1的阴极通过串联的电阻R3和电阻R4接地；二极管VD1和电阻R3连接处通过电容C5接地；电阻R4与电容C6并联；电阻R3和电阻R4连接处与控制电路连接。
优选地，所述双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端分别通过电阻R6接地。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明通信设备采用模块式设计，方便组装，可实现信号隔离和保证电磁兼容性能，提高运行的可靠性和安全性；利用散热装置加速排走箱体内部热量，使箱体内部零部件更加紧凑布局，有效缩小通信设备的整体体积；
2、本发明用于收发频率范围为A1～A2MHz的VHF信号时，在信号传输主电路中只采用简单的低通滤波电路对VHF信号进行低通滤波，将频率高于A2MHz的信号进行滤除，可提高信号处理速度和节省能耗，提高收发响应速度，有利于缩小设备体积；同时在定耦电路中加入精细化的带通滤波处理电路，对耦合信号的谐波分量进行分频段滤除；由于带通滤波处理电路是对耦合信号这样的小信号进行滤波处理，因此能耗少，体积也不需要大幅增加；经过滤除后，耦合信号的谐波得到极大改善，可提高输出功率检测的准确度，控制电路根据检测所得的输出功率来反馈控制功率放大模块，可实现发送输出的稳定，提高运行的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明VHF信号模块式通信设备的结构示意图；
图2是本发明VHF信号模块式通信设备的内部结构示意图；
图3是本发明VHF信号模块式通信设备的内部爆炸图；
图4是本发明VHF信号模块式通信设备中开关滤波模块的内部分布示意图；
图5是本发明VHF信号模块式通信设备的原理框图；
图6是本发明VHF信号模块式通信设备中功率放大前级电路的原理图；
图7是本发明VHF信号模块式通信设备中功率放大末级电路的原理图；
图8是本发明VHF信号模块式通信设备中定耦电路的原理图。
其中，1为功率放大模块一、2为功率放大模块二、3为开关滤波模块、4为散热装置、5为风机器件、6为散热器、7为定耦电路、8为收发开关电路、9为低通滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1至图5所示，本实施例一种VHF信号模块式通信设备，包括箱体、散热装置4、功率放大模块一1、功率放大模块二2和开关滤波模块3。箱体设有容纳腔；散热装置4、功率放大模块一1、功率放大模块二2和开关滤波模块3分别设置在容纳腔中。箱体设有电源接口、天线接口、接收口和激励口。散热装置4包括散热器6和风机器件5；散热器6包括若干并排设置的插片；相邻插片之间形成散热风道；风机器件5用于向散热风道吹风以加速散热。箱体在与风机器件5和散热器6相对应的位置上开设有通风孔；功率放大模块一1、功率放大模块二2和开关滤波模块3分别设置散热器6上。
本发明通信设备采用模块式设计，方便组装，可实现信号隔离和保证电磁兼容性能，提高运行的可靠性和安全性；利用散热装置4加速排走箱体内部热量，使箱体内部零部件更加紧凑布局，有效缩小通信设备的整体体积。
功率放大模块一1包括功率放大前级电路和控制电路；功率放大模块二2包括功率放大末级电路；开关滤波模块3包括低通滤波电路9、收发开关电路8和定耦电路7；激励口、功率放大前级电路、功率放大末级电路、低通滤波电路9、定耦电路7、收发开关电路8和天线接口依次连接；接收口与收发开关电路8连接。
电源接口连接外部电源，电源接口分别与散热装置、功率放大前级电路、功率放大末级电路、定耦模电路和控制电路连接，以实现供电。
功率放大模块二2设置在散热器6靠近风机器件5的区域，开关滤波模块3位于功率放大模块二2远离风机器件5的区域。功率放大模块二2中设有功率放大末级电路，带有发热量大、对散热要求高的射频管，因此将功率放大模块二2靠近风机器件5，可快速排走射频管热量，提高通信设备的性能。
开关滤波模块3中，定耦电路7、收发开关电路8和低通滤波电路9依次排布，并通过隔板实现信号隔离。
功率放大前级电路、功率放大末级电路、低通滤波电路、定耦电路、收发开关电路、控制电路可采用现有技术。
实施例二
本实施例一种VHF信号模块式通信设备，与实施例一的区别在于：本实施例中，功率放大前级电路和功率放大末级电路分别如图6和图7所示；功率放大末级电路带有射频管VQ1、VQ2和VQ3，发热量大、对散热要求高；因此将功率放大模块二靠近风机器件，可快速排走射频管热量，提高通信设备的性能。
低通滤波电路可采用现有技术；对VHF信号进行低通滤波，低通滤波模块的截止频率为A2MHz，将频率高于A2MHz的信号进行滤除。
收发开关电路可采用中国发明专利申请《一种高性能全双工通信电路》(公开号：CN113162646A)中的收发开关电路。
控制电路可采用现有技术；用于接收定耦电路的检测信号，并根据检测信号调节栅压开关驱动电路，栅压开关驱动电路控制功率放大末级电路。
定耦电路如图8所示，包括双芯线定耦；双芯线定耦包括双芯电缆WT1和双芯电缆WT2；双芯电缆WT1和双芯电缆WT2均是由电缆一和电缆二组成；低通滤波电路通过依次连接的双芯电缆WT1的电缆一和双芯电缆WT2的电缆一与收发开关电路连接，以使双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二分别得到耦合信号。双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端分别接地；双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端优选分别通过电阻R6接地。双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的另一端分别通过两个用于对耦合信号进行分频段带通滤波的带通滤波处理电路与控制电路连接；带通滤波处理电路与滤波驱动电路连接。
现有通信设备的滤波电路需要对传输信号这一大功率信号进行精细化滤波，因此需要消耗较大能耗，同时会导致传送速度变慢，不符合部分应用的高速通信需求。但是若简化滤波电路来解决这个问题，则又会存在另一个问题：当遇到谐波分量较大的情况时，定耦电路的耦合信号掺杂有高能量谐波，严重影响输出功率电压检测的准确度，从而导致VHF通信电路无法稳定地调节输出信号。
本发明用于收发频率范围为A1～A2MHz的VHF信号时，在信号传输主电路中只采用简单的低通滤波电路对VHF信号进行低通滤波，低通滤波模块的截止频率为A2MHz，将频率高于A2MHz的信号进行滤除，可提高信号处理速度和节省能耗，提高收发响应速度，有利于缩小设备体积；同时在定耦电路中加入精细化的带通滤波处理电路，对耦合信号的谐波分量进行分频段滤除；由于带通滤波处理电路是对耦合信号这样的小信号进行滤波处理，因此能耗少，体积也不需要大幅增加；经过滤除后，耦合信号的谐波得到极大改善，可提高输出功率检测的准确度，控制电路根据检测所得的输出功率来反馈控制功率放大模块，可实现发送输出的稳定，提高运行的稳定性和可靠性。
两个带通滤波处理电路的电路拓扑结构相同；两个带通滤波处理电路均包括分段滤波单元组和检波单元；分段滤波单元组包括n个相互并联的滤波单元，其中n≥2且n为整数；n个滤波单元分别对n个频率区间的耦合信号进行带通滤波。
两个带通滤波处理电路的电路拓扑结构相同，可对双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二耦合所得的两路耦合信号进行相同处理。将A1～A2MHz的频率范围划分为n个频率区间，n个滤波单元分别对n个频率区间的耦合信号进行带通滤波，分段滤波单元组可对A1～A2MHz各个频率区间的信号进行精细化带通滤波，从而提高检测定耦电路检测的精确度。
在分段滤波单元组中，第i个滤波单元包括依次连接的二极管VDi1、电容Ci6、电感Li1、电感Li2、电容Ci8和二极管VDi2；其中，i＝1,2，...，n；二极管VDi1和二极管VDi2方向相反；电感Li1并联有电容Ci1，电感Li2并联有电容Ci2；电容Ci6和电感Li1连接处通过电容Ci3接地；电感Li1和电感Li2连接处通过电感Li4和电容Ci4接地；电感Li2和电容Ci8连接处通过电容Ci5接地；二极管VDi2和电容Ci6连接处通过串联的电感Li3和电容Ci7接地；电容Ci8和二极管VDi2连接处通过串联的电感Li5和电容Ci9接地；电感Li3和电容Ci7连接处、以及电感Li5和电容Ci9连接处分别与滤波驱动电路的V1、V2、V3端口连接。
本实施例中分段滤波单元组包括三个滤波单元，i＝3，将耦合信号分为三个频段进行带通滤波；实际应用中，分段滤波单元组包括的滤波单元可以是两个以上，例如两个、三个、四个、五个、六个，甚至更多。
该设计的分段滤波单元组，可有效滤除耦合信号中掺杂的大量谐波，耦合信号的谐波由原来的-10dbc改善到-40dbc，低谐波分量送到检波单元中，检测准确度提高30％。滤波驱动电路可采用现有技术，只需要分别驱动各个滤波单元，实现不同频段信号带通滤波即可。本实施例中，V1、V2、V3轮流输出信号，以使各个滤波单元轮流工作。
各个滤波单元靠近双芯线定耦的一端共同通过串联的电感L1和电容C1接地；电容C1并联有电阻R1；各个滤波单元靠近检波单元的一端共同通过串联的电感L2和电容C4接地；电容C4并联有电阻R2。
检波单元包括二极管VD1、电阻R3、电阻R4、电容C5和电容C6；二极管VD1的阳极通过电容C3与分段滤波单元组连接，二极管VD1的阴极通过串联的电阻R3和电阻R4接地；二极管VD1和电阻R3连接处通过电容C5接地；电阻R4与电容C6并联；电阻R3和电阻R4连接处与控制电路连接。
本实施例通过对通信设备的工作原理进行改进，使通信设备体积进一步缩小，满足安装空间特别小的应用场所。本实施例通信设备可作对抗通信设备用途。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种VHF信号模块式通信设备，其特征在于：包括箱体、散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块；所述箱体设有容纳腔；所述散热装置、功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置在容纳腔中；
所述散热装置包括形成散热风道的散热器和用于向散热风道吹风以加速散热的风机器件；箱体在与风机器件和散热器相对应的位置上开设有通风孔；功率放大模块一、功率放大模块二和开关滤波模块分别设置散热器上；所述箱体设有电源接口、天线接口、接收口和激励口；
所述功率放大模块一包括功率放大前级电路和控制电路；功率放大模块二包括功率放大末级电路；开关滤波模块包括低通滤波电路、收发开关电路和定耦电路；
激励口、功率放大前级电路、功率放大末级电路、低通滤波电路、定耦电路、收发开关电路和天线接口依次连接；所述接收口与收发开关电路连接；
所述定耦电路包括双芯线定耦；所述双芯线定耦包括双芯电缆WT1和双芯电缆WT2；双芯电缆WT1和双芯电缆WT2均是由电缆一和电缆二组成；低通滤波电路通过依次连接的双芯电缆WT1的电缆一和双芯电缆WT2的电缆一与收发开关电路连接，以使双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二分别得到耦合信号；双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端分别接地；双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的另一端分别通过两个用于对耦合信号进行分频段带通滤波的带通滤波处理电路与控制电路连接；带通滤波处理电路与滤波驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：所述功率放大模块二设置在散热器靠近风机器件的区域，开关滤波模块位于功率放大模块二远离风机器件的区域。
3.根据权利要求1所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：所述开关滤波模块中，定耦电路、收发开关电路和低通滤波电路依次排布，并通过隔板实现信号隔离。
4.根据权利要求1所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：所述散热器包括若干并排设置的插片；相邻插片之间形成所述散热风道。
5.根据权利要求1所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：两个带通滤波处理电路的电路拓扑结构相同；两个带通滤波处理电路均包括分段滤波单元组和检波单元；所述分段滤波单元组包括n个相互并联的滤波单元，其中n≥2且n为整数；n个滤波单元分别对n个频率区间的耦合信号进行带通滤波。
6.根据权利要求5所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：在分段滤波单元组中，第i个滤波单元包括依次连接的二极管VDi1、电容Ci6、电感Li1、电感Li2、电容Ci8和二极管VDi2；其中，i＝1,2，...，n；二极管VDi1和二极管VDi2方向相反；电感Li1并联有电容Ci1，电感Li2并联有电容Ci2；电容Ci6和电感Li1连接处通过电容Ci3接地；电感Li1和电感Li2连接处通过电感Li4和电容Ci4接地；电感Li2和电容Ci8连接处通过电容Ci5接地；二极管VDi2和电容Ci6连接处通过串联的电感Li3和电容Ci7接地；电容Ci8和二极管VDi2连接处通过串联的电感Li5和电容Ci9接地；电感Li3和电容Ci7连接处、以及电感Li5和电容Ci9连接处分别与滤波驱动电路连接。
7.根据权利要求5所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：各个滤波单元靠近双芯线定耦的一端共同通过串联的电感L1和电容C1接地；电容C1并联有电阻R1；各个滤波单元靠近检波单元的一端共同通过串联的电感L2和电容C4接地；电容C4并联有电阻R2。
8.根据权利要求5所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：所述检波单元包括二极管VD1、电阻R3、电阻R4、电容C5和电容C6；所述二极管VD1的阳极通过电容C3与分段滤波单元组连接，二极管VD1的阴极通过串联的电阻R3和电阻R4接地；二极管VD1和电阻R3连接处通过电容C5接地；电阻R4与电容C6并联；电阻R3和电阻R4连接处与控制电路连接。
9.根据权利要求5所述的VHF信号模块式通信设备，其特征在于：所述双芯电缆WT1的电缆二和双芯电缆WT2的电缆二的一端分别通过电阻R6接地。
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