CN114844517A - 多频多星gnss射频前端及其高低频信号的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载定位系统技术领域，解决了目前射频前端架构越来越复杂、功耗大、模组体积大以及成本高的技术问题，尤其涉及一种多频多星GNSS射频前端，包括：包括：天线单元用于从自由空间获取不同频段的多星多频射频信号；高频合路器将天线单元多馈点获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；高频前置滤波器对高频合路器合路后高频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号。本发明所提供的射频前端架构简化，使用较少的射频器件，能够在满足高、低不同频段射频信号前处理的前提下减少接收链路处理模块，并使整个射频前端构架简化，同时降低功耗以及成本。

Description

多频多星GNSS射频前端及其高低频信号的处理方法

技术领域

本发明涉及车载定位系统技术领域，尤其涉及一种多频多星GNSS射频前端及其高低频信号的处理方法。

背景技术

GNSS作为最具竞争力的定位与导航技术，全天时、全天候为全球用户提供高效可靠的定位导航服务。尤其对于车载定位来说，更需要在不断快速变化的环境下保持连续、稳定的高精度位置信息。同一GNSS接收机需要同时接收不同卫星导航系统的报文，经过融合算法，实现实时高精度定位和导航。

如附图1所示，为目前射频前端的结构框图，整个射频前端系统由多路信号接收链路构成，每一路信号链路包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)、带通滤波器(Band PASS Filter，BPF)、混频器(MIXER)、锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)、自动增益控制器(Automatic Gain Control，AGC)、中频放大器(Intermediate frequency amplifier，AMP)，由此导致接收链路较多。

不同导航系统使用不同的RF频率，接收机为了接收更多导航系统报文，射频前端需要使用多路接收链路，导致射频前端架构变得越来越复杂，功耗越来越大，模块面积越来越大，成本越来越高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多频多星GNSS射频前端及其高低频信号的处理方法，解决了目前射频前端架构越来越复杂、功耗大、模组体积大以及成本高的技术问题，本发明所提供的射频前端架构简化，使用较少的射频器件，能够在满足高、低不同频段射频信号前处理的前提下减少接收链路处理模块，并使整个射频前端构架简化，同时降低功耗以及成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种多频多星GNSS射频前端，包括：

天线单元，所述天线单元用于从自由空间获取不同频段的多星多频射频信号；

高频合路器，所述高频合路器将多馈点天线单元获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；

高频前置滤波器，所述高频前置滤波器对高频合路器合路后高频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号；

高频低噪声放大器，所述高频低噪声放大器对高频合路器和高频前置滤波器合路和滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大；

低频合路器，所述低频合路器将多馈点天线单元获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；

低频前置滤波器，所述低频前置滤波器对低频合路器合路后低频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号；

低频低噪声放大器，所述低频低噪声放大器对低频前置滤波器合路、滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大；

高低频双工器，所述高低频双工器将高频低噪声放大器和低频低噪声放大器分别输出的高、低频段的多星多频射频信号进行滤波和合路，并输出一路射频信号；

增益放大器，所述增益放大器用于将高低频双工器输出的一路射频信号放大到合适信号电平，为后级处理模块输出射频信号。

进一步地，所述高频低噪声放大器包括用于和高频前置滤波器之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第一匹配网络；

所述高低频双工器包括用于和高频低噪声放大器之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第二匹配网络；

所述低频低噪声放大器包括用于和低频前置滤波器之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第三匹配网络；

所述高低频双工器包括用于和低频低噪声放大器之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第四匹配网络；

所述增益放大器包括用于和高低频双工器之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第五匹配网络。

进一步地，所述第一匹配网络、第二匹配网络、第三匹配网络、第四匹配网络和第五匹配网络为射频匹配网络，所述射频匹配网络为微带线、带状线、电容或电感中的任意一种或其组合。

进一步地，所述高频段的多星多频射频信号的频段为1.55GHz～1.63GHz，所述低频段的多星多频射频信号的频段为1.15GHz～1.30GHz。

进一步地，所述后级处理模块为基带数字信号处理模块，所述增益放大器输出单路的信号电平至基带数字信号处理模块。

进一步地，所述天线单元为双馈、四馈或多馈天线中的一种。

本发明还提供了一种应用于多频多星GNSS射频前端的高低频信号处理方法，包括以下步骤：

S101、双馈、四馈或多馈天线从自由空间获取不同频段的射频信号；

S102、高、低频合路器分别接收双馈、四馈或多馈天线在相同或相近频率获取的不同频段的射频信号，将不同频段的多星多频射频信号合路并进行相应相位延时、幅度正向叠加，随后向高、低频前值滤波器输入相应频段的射频信号；

S103、高、低频前值滤波器接收合路后的射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，随后输入至高、低频低噪声放大器；

S104、高、低频低噪声放大器分别对高、低两个频段的射频信号进行低噪声信号放大；

S105、高、低频双工器接收高、低频低噪声放大器放大后的信号并进行滤波和合路，抑制带外干扰信号，同时把高、低频段射频信号进行合成，输出只有一路的射频信号；

S106、一路的射频信号输入至增益放大器进行信号电平放大后输出给GNSS基带。

借由上述技术方案，本发明提供了一种多频多星GNSS射频前端及其高低频信号的处理方法，至少具备以下有益效果：

1、本发明所提供的射频前端架构简化，使用较少的射频器件，如前置滤波器、合路器、LNA、匹配网络和增益放大器等，实现高性能GNSS射频信号接收、放大、滤波和合路，能够在满足高、低不同频段射频信号前处理的前提下减少接收链路处理模块，并使整个射频前端构架简化，同时降低功耗以及成本。

2、本发明所提供的射频前端模组体积小，PCB面积大幅度减少，利于集成和组装，并且有源元器件减少为三个，功耗显著降低，所用射频器件少，成本得以显著降低。

3、本发明通过高、低频低噪声放大器设置合理的偏置电路和匹配网络，对合路输出信号进行低噪声放大，降低整个系统的噪声系数(NF)和提供线性高增益。

4、本发明通过高、低频双工器对高、低频低噪声放大器放大后的信号进行滤波和合路，一个合路器实现了滤波和合路功能；同时抑制带外干扰信号增益和幅度，并把高低频信号进行合成，使输出只有一路信号，简化后续电路的复杂度。

5、本发明通过增益放大器组成对滤波合路后的射频信号进行放大，提高整机的噪声系数和提供适当的信号电平。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明现有技术中所采用射频前端的结构框图；

图2为本发明所提供的射频前端的结构框图；

图3为本发明多频多星GNSS射频前端的高低频信号处理方法的流程图。

图中：100、天线单元；200、高频合路器；201、高频前置滤波器；202、高频低噪声放大器；203、第一匹配网络；204、第二匹配网络；300、低频合路器；301、低频前置滤波器；302、低频低噪声放大器；303、第三匹配网络；304、第四匹配网络；400、高低频双工器；500、增益放大器；600、第五匹配网络。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

如附图1所示，为目前射频前端的结构框图，整个射频前端系统由多路信号接收链路构成，每一路信号链路包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)、带通滤波器(Band PASS Filter，BPF)、混频器(MIXER)、锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)、自动增益控制器(Automatic Gain Control，AGC)、中频放大器(Intermediate frequency amplifier，AMP)，由此导致接收链路较多。

请参照图2，示出了根据本发明实施例的一种多频多星GNSS射频前端，该射频前端包括：天线单元100用于从自由空间获取不同频段的多星多频射频信号，天线单元100为双馈、四馈或多馈天线中的一种；高频合路器200将多馈点天线单元100获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；高频前置滤波器201对高频合路器200合路后高频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，能够滤除卫星导航信号频带外的噪声；高频低噪声放大器202对高频合路器200和高频前置滤波器201合路和滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大，以降低整个系统的噪声系数NF和提供线性高增益；低频合路器300将多馈点天线单元100获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；低频前置滤波器301对低频合路器300合路后低频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，能够滤除卫星导航信号频带外的噪声和干扰；低频低噪声放大器302对低频合路器300和低频前置滤波器301合路和滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大，以降低整个系统的噪声系数NF和提供线性高增益。

本发明通过高、低频低噪声放大器设置合理的偏置电路和匹配网络，对合路输出信号进行低噪声放大，降低整个系统的噪声系数(NF)和提供线性高增益。

高低频双工器400将高频低噪声放大器202和低频低噪声放大器302分别输出的高、低频段的多星多频射频信号进行滤波和合路，并输出一路射频信号，本发明通过高、低频双工器对高、低频低噪声放大器放大后的信号进行滤波和合路，一个合路器实现了滤波和合路功能；同时抑制带外干扰信号增益和幅度，并把高低频信号进行合成，使输出只有一路信号，简化后续电路的复杂度；增益放大器500用于将高低频双工器400输出的一路射频信号放大到合适信号电平，为后级处理模块输出射频信号，增益放大器500输出单路的信号电平至基带数字信号处理模块，后级处理模块为基带数字信号处理模块，增益放大器500输出单路的信号电平至基带数字信号处理模块，本发明通过增益放大器组成对滤波合路后的射频信号进行放大，提高整机的噪声系数和提供适当的信号电平。

本发明所提供的射频前端架构简化，使用较少的射频器件，如前置滤波器、合路器、LNA、匹配网络和增益放大器等，实现高性能GNSS射频信号接收、放大、滤波和合路，能够在满足高、低不同频段射频信号前处理的前提下减少接收链路处理模块，并使整个射频前端构架简化，同时降低功耗以及成本。

高频低噪声放大器202包括用于和高频前置滤波器201之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第一匹配网络203；高低频双工器400包括用于和高频低噪声放大器202之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第二匹配网络204；低频低噪声放大器302包括用于和低频前置滤波器301之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第三匹配网络303；高低频双工器400包括用于和低频低噪声放大器302之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第四匹配网络304；

增益放大器500包括用于和高低频双工器400之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第五匹配网络600。第一匹配网络203、第二匹配网络204、第三匹配网络303、第四匹配网络304和第五匹配网络600为射频匹配网络，射频匹配网络为微带线、带状线、电容或电感中的任意一种或其组合。本发明通过高、低频低噪声放大器设置合理的偏置电路和匹配网络，对合路输出信号进行低噪声放大，降低整个系统的噪声系数(NF)和提供线性高增益。

高频段的多星多频射频信号的频段为1.55GHz～1.63GHz，低频段的多星多频射频信号的频段为1.15GHz～1.30GHz，天线单元100为单馈或多馈天线中的一种。本发明所提供的射频前端模组体积小，PCB面积大幅度减少，利于集成和组装，并且有源元器件减少为三个，功耗显著降低，所用射频器件少，成本得以显著降低。

请参照图3，示出了根据本发明实施例的一种多频多星GNSS射频前端的高低频信号处理方法，该高低频信号处理方法包括以下步骤：

S101、双馈、四馈或多馈天线从自由空间获取不同频段的射频信号，不同频段的射频信号包括频段为1.55GHz～1.63GHz的高频段多星多频射频信号，以及频段为1.15GHz～1.30GHz的低频段多星多频射频信号；

S102、高、低频合路器分别接收双馈、四馈或多馈天线在相同或相近频率获取的不同频段的射频信号，将不同频段的多星多频射频信号合路并进行相应相位延时、幅度正向叠加，随后向高、低频前值滤波器输入相应频段的射频信号；

S103、高、低频前值滤波器接收合路后的射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，随后输入至高、低频低噪声放大器；

S104、高、低频低噪声放大器分别对高、低两个频段的射频信号进行低噪声信号放大，以降低整个系统的噪声系数(NF)和提供线性高增益，同时高、低频低噪声放大器前后的匹配网络变换LNA输入输出阻抗，使LNA在NF(噪声系数)和Gain(增益)之间获得最佳性能；

S105、高、低频双工器接收高、低频低噪声放大器放大后的信号并进行滤波和合路，抑制带外干扰信号，为滤除卫星导航信号频带外的噪声，同时把高、低频段射频信号进行合成，输出只有一路的射频信号，简化后续电路的复杂度，并且一个合路器实现了滤波和合路功能；

S106、一路的射频信号输入至增益放大器进行信号电平放大后输出给GNSS基带。

本实施例所提供的射频前端架构简化，使用较少的射频器件，如前置滤波器、合路器、LNA、匹配网络和增益放大器等，实现高性能GNSS射频信号接收、放大、滤波和合路，能够在满足高、低不同频段射频信号前处理的前提下减少接收链路处理模块，并使整个射频前端构架简化，同时降低功耗以及成本。

本实施例所提供的射频前端模组体积小，PCB面积大幅度减少，利于集成和组装，并且有源元器件减少为三个，功耗显著降低，所用射频器件少，成本得以显著降低。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施方式对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多频多星GNSS射频前端，其特征在于，包括：

天线单元(100)，所述天线单元(100)用于从自由空间获取不同频段的多星多频射频信号；

高频合路器(200)，所述高频合路器(200)将多馈点天线单元(100)获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；

高频前置滤波器(201)，所述高频前置滤波器(201)对高频合路器(200)合路后高频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号；

高频低噪声放大器(202)，所述高频低噪声放大器(202)对高频合路器(200)和高频前置滤波器(201)合路和滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大；

低频合路器(300)，所述低频合路器(300)将多馈点天线单元(100)获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；

低频前置滤波器(301)，所述低频前置滤波器(301)对低频合路器(300)合路后低频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号；

低频低噪声放大器(302)，所述低频低噪声放大器(302)对低频前置滤波器(301)合路、滤波后的多星多频射频信号进行低噪声放大；

高低频双工器(400)，所述高低频双工器(400)将高频低噪声放大器(202)和低频低噪声放大器(302)分别输出的高、低频段的多星多频射频信号进行滤波和合路，并输出一路射频信号；

增益放大器(500)，所述增益放大器(500)用于将高低频双工器(400)输出的一路射频信号放大到合适信号电平，为后级处理模块输出射频信号。

2.根据权利要求1所述的多频多星GNSS射频前端，其特征在于：所述高频低噪声放大器(202)包括用于和高频前置滤波器(201)之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第一匹配网络(203)；

所述高低频双工器(400)包括用于和高频低噪声放大器(202)之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第二匹配网络(204)；

所述低频低噪声放大器(302)包括用于和低频前置滤波器(301)之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第三匹配网络(303)；

所述高低频双工器(400)包括用于和低频低噪声放大器(302)之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第四匹配网络(304)；

所述增益放大器(500)包括用于和高低频双工器(400)之间连接以及连接时阻抗转换匹配的第五匹配网络(600)。

3.根据权利要求2所述的多频多星GNSS射频前端，其特征在于：所述第一匹配网络(203)、第二匹配网络(204)、第三匹配网络(303)、第四匹配网络(304)和第五匹配网络(600)为射频匹配网络，所述射频匹配网络为微带线、带状线、电容或电感中的任意一种或其组合。

4.根据权利要求1或2或3所述的多频多星GNSS射频前端，其特征在于：所述高频段的多星多频射频信号的频段为1.55GHz～1.63GHz，所述低频段的多星多频射频信号的频段为1.15GHz～1.30GHz。

5.根据权利要求1所述的多频多星GNSS射频前端，其特征在于：所述后级处理模块为基带数字信号处理模块，所述增益放大器(500)输出单路的信号电平至基带数字信号处理模块。

6.根据权利要求1所述的多频多星GNSS射频前端，其特征在于：所述天线单元(100)为双馈、四馈或多馈天线中的一种。

7.多频多星GNSS射频前端的高低频信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、双馈、四馈或多馈天线从自由空间获取不同频段的射频信号；

S102、高、低频合路器分别接收双馈、四馈或多馈天线在相同或相近频率获取的不同频段的射频信号，将不同频段的多星多频射频信号合路并进行相应相位延时、幅度正向叠加，随后向高、低频前值滤波器输入相应频段的射频信号；

S103、高、低频前值滤波器接收合路后的射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，随后输入至高、低频低噪声放大器；

S104、高、低频低噪声放大器分别对高、低两个频段的射频信号进行低噪声信号放大；

S105、高、低频双工器接收高、低频低噪声放大器放大后的信号并进行滤波和合路，抑制带外干扰信号，同时把高、低频段射频信号进行合成，输出只有一路的射频信号；

S106、一路的射频信号输入至增益放大器进行信号电平放大后输出给GNSS基带。

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