CN117118477B - LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及信号处理方法和应用 - Google Patents

LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及信号处理方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在野外水利监测设备中得以应用的LTE、NB‑IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及其信号处理方法。本发明多射频融合电路包括射频开关加介质双工器复合分路电路、防失真二级功放电路和选频增益电路；防失真二级功放电路包括NB‑IoT频段防失真二级功放电路、LoRa频段防失真二级功放电路和北斗频段防失真二级功放电路；选频增益电路包括NB‑IoT频段选频增益电路、LoRa频段选频增益电路和北斗频段选频增益电路。本发明实现了只用一根天线将LTE、NB‑IoT、LoRa和北斗四种无线通信方式融合，且NB‑IoT、LoRa和北斗三种通信方式同时收发互不影响，极大地缩短了无线通信时间，降低了水利监测设备的通信功耗，延长了设备使用寿命。

Description

LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及信号处理方法和 应用
技术领域
本发明属于物联网通信技术领域，更具体地说涉及一种LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路，本发明还涉及这种LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的处理方法和应用，本发明适用于野外水利监测设备。
背景技术
野外水利监测设备是我国河流湖泊、浅滩沼泽、地下水资源监管和治理的重要信息来源，其布设位置大多在偏远地区，人迹罕至，安装、维护、通信困难。
野外水利监测设备面临的主要问题是无线通信、供电问题以及维护问题。目前在野外水利监测设备应用中，主流的无线通信方式有：LTE，即4G蜂窝网络通信，特点是铺设广、频率高、数据吞吐量大；NB-IoT，是针对物联网开发的一种低速率通信模式，其频率低、穿透性好，借用现有基站布设，涵盖范围广，且具有低功耗模式，节约电量；LoRa，是一种基于FSK的私有协议，频率更低、穿透性更强、功耗低，轮询、组网模式更灵活，缺点是需要自行组网；北斗，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的重要时空基础设施，尤其是短报文服务，可以为所有区域提供通信覆盖。为了产品的通用性，监测设备往往需要兼容两种及以上无线通信方式，当兼容多通信方式时，就需要射频合路或者多天线设计。射频合路是使用射频开关切换射频链路，采用轮询机制，不能同时工作，通信效率低，通信功耗高；多天线设计是将每个射频链路分别使用一个收发天线进行通信，配件增多，增加损坏概率，增加维护成本。
综上，为解决野外水利监测设备的无线通信问题，实现单天线射频融合，并保证多种制式的无线信号可以同时通信以节约电能，有必要提供一种适用于野外水利监测设备的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及信号处理方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于野外水利监测设备的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路及信号处理方法和应用，即只用一根射频天线将主流的四种无线通信方式全部融合，解决多根射频天线造成的干扰、折损、进水等维护问题，实现NB-IoT、LoRa和北斗三种通信方式同时收发互不影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路，包括射频开关加介质六工器复合分路电路、防失真二级功放电路和选频增益电路；所述射频开关加介质六工器复合分路电路的一端与天线连接，另一端分别与所述防失真二级功放电路、所述选频增益电路和LTE模块连接；所述防失真二级功放电路包括NB-IoT频段防失真二级功放电路、LoRa频段防失真二级功放电路和北斗频段防失真二级功放电路；所述选频增益电路包括NB-IoT频段选频增益电路、LoRa频段选频增益电路和北斗频段选频增益电路；所述射频开关加介质六工器复合分路电路包括射频开关和介质六工器，所述射频开关为双向开关；所述防失真二级功放电路包括放大电路和防失真调节电路；所述选频增益电路包括无源双端口滤波放大电路。
优选地，所述射频开关加介质六工器复合分路电路由第一隔直电容、第一π形衰减电路、射频开关、第二π形衰减电路和介质六工器依次连接组成。
优选地，所述放大电路包括第一级放大电路和第二级带负反馈的功率放大电路；所述防失真二级功放电路由第一级放大电路、防失真调节电路以及第二级带负反馈的功率放大电路依次连接组成；所述第一级放大电路包括第一级放大MOS管，防失真调节电路包括栅极电压可调的限幅MOS管，第二级带负反馈的功率放大电路包括第二级放大MOS管。
优选地，所述选频增益电路由单-双端转换电路、介质滤波电路、无源双端口滤波放大电路以及双-单端转换电路依次连接组成。
优选地，所述无源双端口滤波放大电路将无线信号进行带通滤波并放大20dB以上。
优选地，所述天线为一根全频段天线。
本发明还提供了上述LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的信号处理方法，包括以下步骤：
射频开关加介质六工器复合分路电路将天线信号分为LTE信号和全双工上下行信号；
LTE信号送入LTE模块进行处理，全双工上下行信号分隔为三组频分的上行信号和下行信号；
上行信号由对应的调制模块产生，送入防失真二级功放电路进行放大，然后送入射频开关加介质六工器复合分路电路进行合路，最后由天线发射到空间中；
下行信号经过选频增益电路进行放大，并送入对应的解调模块进行后续处理。
本发明提供的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路可用于野外水利监测设备。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明使用LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合方案，将四种无线通信方式融合，只需要一根射频天线，极大地避免了多根射频天线造成的干扰、折损、进水等维护问题；
本发明使用介质六工器可使得NB-IoT、LoRa和北斗三种通信方式同时收发互不影响，解决了目前多路射频开关分路方案，无法同时通信，只能轮询的问题；
本发明使用栅极电压可调的MOS管限幅电路，可根据第一级放大MOS管的不同频段响应，调节合适的栅极电压，使其第一级放大后的信号不会超过第二级放大栅极输入范围，避免了使用限幅二极管而破坏射频信号的线性度；
本发明将射频单端信号转为双端进行滤波，再转回单端送入解调模块，可降低共模干扰，具有过滤共模干扰能力好的优点；
本发明使用无源双端口滤波放大电路，经过精密的参数调试可以将无线信号进行带通滤波并放大20dB以上。
本发明实现了只用一根天线将LTE、NB-IoT、LoRa和北斗四种无线通信方式融合，实现了四种无线通信信号的分路和合路，且NB-IoT、LoRa和北斗三种通信方式同时收发互不影响，极大地缩短了无线通信时间，降低了水利监测设备的通信功耗，延长了设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的总体框架图；
图2为本发明实施例的射频开关加介质六工器复合分路电路的示意图；
图3为本发明实施例的LoRa频段防失真二级功放电路的示意图；
图4为本发明实施例的LoRa频段选频增益电路的示意图；
图5为本发明实施例的史密斯圆图示意图。
实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参见图1-4可知，LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路，包括射频开关加介质六工器复合分路电路、防失真二级功放电路和选频增益电路；射频开关加介质六工器复合分路电路的一端与天线连接，另一端分别与防失真二级功放电路、选频增益电路和LTE模块连接；防失真二级功放电路包括NB-IoT频段防失真二级功放电路、LoRa频段防失真二级功放电路和北斗频段防失真二级功放电路；选频增益电路包括NB-IoT频段选频增益电路、LoRa频段选频增益电路和北斗频段选频增益电路；所述射频开关加介质六工器复合分路电路包括射频开关和介质六工器，所述射频开关为双向开关；所述防失真二级功放电路包括放大电路和防失真调节电路；所述选频增益电路包括无源双端口滤波放大电路。
以下具体实施方式中的北斗频段选用北斗三频段进行说明。
如图2所示，射频开关加介质六工器复合分路电路由第一隔直电容、第一π形衰减电路、射频开关、第二π形衰减电路和介质六工器依次连接组成。第一隔直电容包括第一电容C1，第一π形衰减电路由第三电容C3、第一电阻R1和第四电容C4依次连接组成，射频开关包括射频开关U1，第二π形衰减电路由第六电容C6、第二电容C2和第五电容C5依次连接组成。
射频信号从天线ANT引脚输入后，经由隔直电容、第一π形衰减电路和射频开关分成两路，一路送入LTE模块处理，另一路送入下一级介质六工器，射频开关受信号SW控制，LTE信号频段多，频带宽，存在若干种多次谐波和交调谐波，极易对其他射频信号造成干扰，所以通过射频开关隔离开；介质六工器是通过陶瓷材料的谐振频率实现分路的，其将射频信号按照上下行频段的不同输入输出分为北斗三通信上下行(BeiDou3_TX、BeiDou3_RX)、NB-IoT上下行(NB-IoT_TX、NB-IoT_RX)，以及LoRa组网(LoRa_TX、LoRa_RX)上下行六路射频信号，分别输入下级发射电路或接收电路，此结构可使得北斗3短报文、LoRa和NB-IoT无线通信模块同时工作，同时发射和接收。
本发明中射频开关和介质六工器的使用实现了LTE、NB-IoT、LoRa和北斗三多射频融合。
如图3所示，放大电路包括第一级放大电路和第二级带负反馈的功率放大电路；所述防失真二级功放电路由第一级放大电路、防失真调节电路以及第二级带负反馈的功率放大电路依次连接组成；第一级放大电路包括第一级放大MOS管M1；防失真调节电路包括限幅MOS管M2；第二级带负反馈的功率放大电路包括第二级放大MOS管M3；第一级放大MOS管M1、限幅MOS管M2和第二级放大MOS管M3均为栅极电压可调的MOS管。
第一级放大电路包括第一级放大MOS管M1、第六电阻R6和第七电阻R7，第六电阻R6和第七电阻R7相连，第一级放大MOS管M1的栅极与第六电阻R6和第七电阻R7的连接点相连，第一级放大MOS管M1的源极接地；防失真调节电路包括第三电阻R3、第五电阻R5、第二电感L2、第四电感L4和限幅MOS管M2，其中，第三电阻R3与第五电阻R5相连组成分压电路，限幅MOS管M2的栅极与第三电阻R3和第五电阻R5的连接点相连、漏极与第二电感L2连接、源极与第四电感L4连接；第二级带负反馈的功率放大电路包括第二级放大MOS管M3、第一电感L1、第三电感L3、第二电阻R2和第四电阻R4，第二电阻R2和第四电阻R4相连，第二级放大MOS管M3的栅极与第二电阻R2和第四电阻R4的连接点相连、漏极与第一电感L1连接、源极与第三电感L3连接；第一级放大MOS管M1的漏极分别与第三电感L3和第四电感L4连接；限幅MOS管M2的漏极通过第八电容C8与第二电阻R2和第四电阻R4的连接点相连；其中，第三电感L3对第二级放大MOS管M3起负反馈作用；第六电阻R6和第七电阻R7可以对第一级放大MOS管M1的静态工作点进行微调，第三电阻R3和第五电阻R5可以对限幅MOS管M2的静态工作点进行微调，第二电阻R2和第四电阻R4可以对第二级放大MOS管M3的静态工作点进行微调，使MOS管工作在对应频段的最佳线性工作区。
第一电感L1与第二级放大MOS管M3的连接处连接有隔直电容第七电容C7。
调制模块生成的射频发射信号(BeiDou3_TXD、NB-IoT_TXD、LoRa_TXD)通过隔直电容第九电容C9送入第一级放大MOS管M1，第六电阻R6和第七电阻R7可以调节第一级放大MOS管M1的静态工作点，结合输入信号的幅值和频率调节第一级放大MOS管M1工作在线性放大区；射频信号经过第一级放大后进入防失真调节电路，射频信号的峰均比(峰值和平均值的比值)很高，尤其是没有数字预失真算法的射频信号，所以在第一级放大电路进行了栅极电压的调节使其工作在最佳线性区之后，在输出端加入一级限幅电路，即防失真调节电路，防止射频信号在进入第二级放大后失真，防失真调节电路由第三电阻R3、第五电阻R5、第二电感L2、第四电感L4和限幅MOS管M2组成，通过调节第三电阻R3和第五电阻R5的比值，调整限幅MOS管M2的栅极电压，使限幅MOS管M2成为一个可调负载，达到对第一级放大MOS管M1漏极限幅的作用，避免信号失真；限幅后的信号通过第八电容C8隔直进入第二级放大电路，第二电阻R2和第四电阻R4可以调节第二级放大MOS管M3的栅极电压，使其工作在最佳线性放大区，第三电感L3起负反馈作用，通过小信号模型分析可知，当第二级放大MOS管M3放大后的信号增加时，提高了第三电感L3上端电压，降低了第二级放大MOS管M3的VGS，降低第二级放大MOS管M3增益，起到调节作用，避免信号失真造成通信误码率过高及多次谐波问题。
如图4所示，选频增益电路由单-双端转换电路、介质滤波电路、无源双端口滤波放大电路以及双-单端转换电路依次连接组成；单-双端转换电路包括第二变压器T2、第十一电容C11、第十三电容C13和第七电感L7，第二变压器T2的输出端分别与第十一电容C11和第十三电容C13的一端连接，第十一电容C11和第十三电容C13的另一端分别与第七电感L7连接；介质滤波电路包括带通声表面滤波器F1和第八电感L8，所述第八电感L8为适配电感；无源双端口滤波放大电路包括第十二电容C12、第十电容C10、第十四电容C14、第五电感L5和第六电感L6，第十电容C10、第十四电容C14和第五电感L5组成串联谐振电路，第十电容C10和第十四电容C14的一端分别与第五电感L5的两端相连，第十电容C10和第十四电容C14的另一端分别连接第六电感L6，第六电感L6与第十二电容C12通过并联连接；双-单端转换电路包括第一变压器T1；第五电感L5的感值低于双-单端转换电路中第一变压器T1的源边线圈感值；无源双端口滤波放大电路将无线信号进行带通滤波并放大20dB以上。
单-双端转换电路将介质六工器输出的射频信号(BeiDou3_RX、NB-IoT_RX、LoRa_RX)转为差分射频信号，降低共模干扰；带通声表面滤波器F1是根据使用频段选型的，第八电感L8是适配电感，根据不同频段选择；无源双端口滤波放大电路可以将特定频段的射频信号放大，过滤带外噪声，由第十二电容C12、第十电容C10、第十四电容C14、第五电感L5和第六电感L6组成，其中第十二电容C12和第六电感L6起适配作用，微调电路谐振参数及带宽，第十电容C10、第十四电容C14以及第五电感L5组成串联谐振电路，起到放大特定频段射频信号作用；双-单端转换电路由变压器T1组成，将射频信号由双端变为单端，送入后级各解调模块的低噪声放大电路；第五电感L5的感值要远低于双-单端转换电路中第一变压器T1的源边线圈感值。
所述天线为一根全频段天线；全频段天线用于接收和发射射频信号。
本发明的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的信号处理方法，包括以下步骤：
射频开关加介质六工器复合分路电路将天线信号分为LTE信号和全双工上下行信号；
LTE信号送入LTE模块进行处理，全双工上下行信号分隔为三组频分的上行信号和下行信号；
上行信号由对应的调制模块产生，送入防失真二级功放电路进行放大，然后送入射频开关加介质六工器复合分路电路进行合路，最后由天线发射到空间中；
下行信号经过选频增益电路进行放大，并送入对应的解调模块进行后续处理。
具体包括以下步骤：
射频开关加介质六工器复合分路电路将天线信号通过射频开关U1分为LTE信号和全双工上下行信号；
LTE信号送入LTE模块处理，全双工上下行信号送入介质六工器分隔为三组频分的上行信号(BeiDou3_TX、NB-IoT_TX、LoRa_TX)和下行信号(BeiDou3_RX、NB-IoT_RX、LoRa_RX)；
上行信号由对应的调制模块产生(BeiDou3_TXD、NB-IoT_TXD、LoRa_TXD)，送入栅极电压可调的第一级放大MOS管M1；经由第一级放大MOS管M1放大的信号通过限幅MOS管M2栅极电压的调节进行限幅；限幅后的射频信号送入栅极电压可调的第二级放大MOS管M3，通过负反馈第三电感L3动态降低第二级放大MOS管M3的VGS，从而降低增益，避免失真和多次谐波；
下行信号经过第二变压器T2由单端变为双端射频信号；双端射频信号送入对应的带通声表面滤波器F1进行滤波；滤波后的信号送入无源双端口滤波放大电路，根据串联谐振原理将对应频段的无线信号过滤出来并放大；过滤放大后的双端射频信号经由第一变压器T1转为单端射频信号(BeiDou3_RXD、NB-IoT_RXD、LoRa_RXD)，并送入对应的解调模块。
本发明的提供的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的可行性验证说明如下：
射频信号从天线口ANT的1脚输入经过第一电容C1隔直后，进入第一π型衰减电路，第一π型衰减电路的主要作用是调节射频链路中前后级的S11和S22参数，即驻波和反射，调节目的是使S11和S22尽可能在史密斯圆图中表现为阻性，如图5所示，即为S11史密斯圆图的调试效果，图中的mark点4(M4)在2.5GHz时阻抗虚部仅0.061，接近阻性，这个频段是LTE通信中移动Band38 TDD-LTE的通信频段。π型衰减电路的缺点是会造成射频信号的衰减，一般0.5~3dB不等。射频信号进入射频开关U1后，受SW控制分为LTE_RF信号和另一路送入第二π型衰减电路的信号。LTE_RF信号直接送入LTE模块；另一路信号经过第二π型衰减电路后进入介质六工器。
介质六工器是通过定制化的陶瓷介质实现对信号的带通过滤。主要用来对频分复用的通信(即上行频段和下行频段不同)进行上下行隔离，本发明涉及的NB-IoT、LoRa和北斗三都是频分复用模式，所以使用六工器将其分为三组上下行信号可实现同时双工通信。缺点是插损比较大(一般3~5dB)，一般只能定制，周期略长，国内厂家如灿勤在介质滤波器领域性能比较优异。以NB-IoT为例，NB-IoT的实际使用带宽为1.4MHz左右，目前有国内电信运营商布设，复用Band5频段即原CDMA频段作为通信频段，以灿勤830MHz频段的CMF45C830C10A滤波器为例，插损约3dB，通带10MHz，带外抑制达到45dB，可以满足过滤和隔离需求。
通过上述射频开关和介质六工器的复合分路，将一根天线的混合射频信号有序的分为LTE信号、NB-IoT上下行信号、LoRa上下行信号以及北斗三上下行信号共七路，且NB-IoT上下行信号、LoRa上下行信号以及北斗上下行信号可同时通信互不影响。
被分离出来的上行信号是由各制式的调制模块调制出的含有信息的载波信号。以LoRa通信为例，调制模块发射射频信号(约0dB)，经过第一级放大、防失真调节电路限幅(无衰减，仅在信号峰值过高时压制输出)、第二级放大之后，经过介质六工器合路(造成3~6dB衰减)，第二π型衰减电路(3dB插损)，通过射频开关(0.5dB衰减)，第一π型衰减电路(3dB插损)，最终由天线(0.5dB插损，12dB增益)发射到空间中，在空间传输过程中会存在信号衰减，根据射频信号空间衰减公式：
最终化简得：
式中，d为传播距离，单位km；f为载波频率，单位GHz；l为载波波长，单位m。LoRa组网通信应满足500m半径覆盖范围，带入d=500m，载波频率315MHz可以得到最终空间衰减值Ls约为76.4dB。空间衰减后，信号由接收天线(0.5dB插损，12dB增益)接收，经过第一π型衰减电路(3dB插损)，射频开关(0.5dB衰减)，第二π型衰减电路(3dB插损)耦合，介质六工器分路(造成3~6dB衰减)，送入选频增益电路中的介质滤波电路(2~3dB衰减)、无源双端口滤波放大电路(较大增益)，进入解调模块(接收灵敏度-30dB)。
把整个射频链路的所有衰减累加得到总衰减值为：
6+3+0.5+3+0.5+76.4+0.5+3+0.5+3+6=102.4dB
整个射频链路的增益累加为：
Gain=PA1+PA2+12+12+LNA
其中，PA1、PA2和LNA分别为第一级放大电路、第二级带负反馈的功率放大电路和无源双端口滤波放大电路的增益。
调制解调模块输出一般在0dB左右，接收灵敏度不小于-30dB，所以：
0-102.4+Gain>-30
得到两级放大电路与无源双端口滤波放大电路的总增益(PA1+PA2+LNA)不得低于48.4dB。在增益分配上，由于射频信号在空间传输时为保证信号质量，需要尽量提高信噪比，即射频信号与空间高斯白噪声的比值，所以增益量应向发射端倾斜；同时考虑到单级放大管的1dB压缩点功率(一般用来表征线性放大输出的极限值)普遍都在25dB以下，为保证射频信号的峰均比(射频信号峰值和均值的比值，前文提到的所有强度均以均值为考量)为8(标准GSM调制下的峰均比，较为典型)时仍能正常输出，每级放大电路的增益控制在18dB(PA1=PA2=18dB)左右，即总发射增益36dB，则发射到空间中的信号强度为：
PTX=0+18+18-6-3-0.5-3-0.5+12=35dB
由前文计算得到接收部分增益不低于12.4dB(48.4dB-PA1-PA2)，为留有余量本发明的LoRa通信电路接收增益设计为20dB以上。
无源双端口滤波放大电路增益计算公式为：
其中Z Li 表达为jωLi，Z Ti 表达为jωTi，Z Ci 表达为1/jωCi，分别代表第i个器件电感和电容的阻抗。j是虚数，ω是角度，L是电感量，T为第一变压器T1原边电感量，C是电容量。将Z Li ，Z Ti 和Z Ci 带入后，得到：
通过计算，此电路在频率为315MHz时增益最高，约为22.4dB。由于电感和电容的取值受限于市面上主流的电感与电容值，所以很难取到想要的电容或电感值，这里增加的第十二电容C12和第六电感L6就是为了进行微调的预留位。
本发明的多射频融合方案将LTE、NB-IoT、LoRa以及北斗通信全部融合在一根天线上，极尽减少了野外水利监测设备的外部配件，降低了外部配件损坏的可能，降低维护成本，具有经济效益；NB-IoT、LoRa和北斗同时收发，减短无线通信时间，节省电量；设计的防失真二级功放电路和选频增益电路既能满足射频通信的功率需要，有较为优异的信噪比表现，又提高了接收灵敏度，其中的无源双端口滤波放大电路通过无源电路实现滤波带宽内的信号增益。整体方案性能达到设计指标，功能效果达到预期。
应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本说明书中采用的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路，其特征在于：包括射频开关加介质六工器复合分路电路、防失真二级功放电路和选频增益电路；所述射频开关加介质六工器复合分路电路的一端与天线连接，另一端分别与所述防失真二级功放电路、所述选频增益电路和LTE模块连接；所述防失真二级功放电路包括NB-IoT频段防失真二级功放电路、LoRa频段防失真二级功放电路和北斗频段防失真二级功放电路；所述选频增益电路包括NB-IoT频段选频增益电路、LoRa频段选频增益电路和北斗频段选频增益电路；所述射频开关加介质六工器复合分路电路包括射频开关和介质六工器，所述射频开关为双向开关；所述防失真二级功放电路包括放大电路和防失真调节电路；所述选频增益电路包括无源双端口滤波放大电路；
所述放大电路包括第一级放大电路和第二级带负反馈的功率放大电路；所述防失真二级功放电路由第一级放大电路、防失真调节电路以及第二级带负反馈的功率放大电路依次连接组成；所述第一级放大电路包括第一级放大MOS管，所述防失真调节电路包括栅极电压可调的限幅MOS管，所述第二级带负反馈的功率放大电路包括第二级放大MOS管；
所述选频增益电路由单-双端转换电路、介质滤波电路、无源双端口滤波放大电路以及双-单端转换电路依次连接组成；
所述无源双端口滤波放大电路包括第十二电容C12、第十电容C10、第十四电容C14、第五电感L5和第六电感L6，第十电容C10、第十四电容C14和第五电感L5组成串联谐振电路，第十电容C10和第十四电容C14的一端分别与第五电感L5的两端相连，第十电容C10和第十四电容C14的另一端分别连接第六电感L6，第六电感L6与第十二电容C12通过并联连接；双-单端转换电路包括第一变压器T1；第五电感L5的感值低于双-单端转换电路中第一变压器T1的源边线圈感值；
所述无源双端口滤波放大电路将无线信号进行带通滤波并放大20dB以上；
所述天线为一根全频段天线；
所述LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路用于野外水利监测设备。
2.根据权利要求1所述的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路，其特征在于：所述射频开关加介质六工器复合分路电路由第一隔直电容、第一π形衰减电路、射频开关、第二π形衰减电路和介质六工器依次连接组成。
3.权利要求1-2任意一项权利要求所述的LTE、NB-IoT、LoRa和北斗多射频融合电路的信号处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
射频开关加介质六工器复合分路电路将天线信号分为LTE信号和全双工上下行信号；
LTE信号送入LTE模块进行处理，全双工上下行信号分隔为三组频分的上行信号和下行信号；
上行信号由对应的调制模块产生，送入防失真二级功放电路进行放大，然后送入射频开关加介质六工器复合分路电路进行合路，最后由天线发射到空间中；
下行信号经过选频增益电路进行放大，并送入对应的解调模块进行后续处理。
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