CN117220696A - 一种btm系统射频接口电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BTM系统射频接口电路，包括接收支路和发射支路；接收支路和发射支路的两端分别电连接于BTM车载天线和BTM主机，接收支路包括仅容许第一频率的上行信号通过的第一滤波模块；发射支路用于发射第二频率的下行信号，发射支路包括带阻滤波模块，带阻滤波模块用于过滤第一频率的信号；发射支路和接收支路具有一个用于连接BTM车载天线的公共端。本发明的BTM系统射频接口电路，通过在接收支路中设置第一滤波模块，在发射支路中设置带阻滤波模块，使得接收支路和发射支路通过一个公共端即可与BTM车载天线连接，无需为接收支路和发射支路单独设置与BTM车载天线的连接端口，降低BTM系统射频接口电路安装的复杂度以及安装错误发生的概率。

Description

一种BTM系统射频接口电路

技术领域

本发明涉及一种BTM系统射频接口电路。

背景技术

在铁路通信信号领域，BTM(BaliseTransmissionModule，应答器传输模块)系统用以承担下行链路射频能量的发送和上行链路FSK(Frequency-shiftkeying，移频键控)信号的接收，完成地面应答器设备和应答器车载主机单元之间的信息传递以及轨道车辆的定位。如图1和图2所示，BTM系统包括BTM主机30和BTM车载天线20，其中BTM主机30中的发射模块通过第一射频接口与BTM车载天线20互连，在下行链路中，BTM主机30的发射模块通过BTM车载天线20发送27.095MHz功率载波用以激活地面应答器；BTM主机30中的接收模块通过第二射频接口与BTM车载天线20互连，在上行链路中接收地面应答器发出的4.234MHz的FSK信号，随后BTM主机30将滤波、放大、解码后的FSK信号传送给车载主机单元。

基于高安全性和高可靠性角度考虑，BTM主机30中的解码模块和通信模块的信号通道采取“二取二”的电路架构，其中“二取二”是指对两个相同的运算单元取两个运算结果，结果一样则输出，不一样则不输出，为了配合“二取二”电路架构，BTM主机30中的接收模块会采用FSK信号双通道冗余设计，因此接收模块的第二射频接口电路需要将接收到的FSK信号做“一分二”的硬件电路处理。现有的BTM系统的射频接口电路存在以下两个缺点。第一，现有的BTM系统中发射模块和接收模块的第一射频接口和第二射频接口为两个独立的射频接口，BTM主机30内的发射模块通过N型的第一视频接口以及对应的同轴线缆与BTM车载天线20实现互联，BTM主机30的接收模块通过TNC型的第二射频接以及对应的同轴线缆与BTM车载天线20实现互联，分立设置的第一射频接口和第二射频接口以及同轴线缆需要分别设置射频接口以及对应的同轴线缆，导致硬件成本高昂，增加现场工程师在安装设备时的难度以及安装时发生错误的概率，并且复杂的结构还会提高现场安装的防水措施的施工难度。第二，在对FSK信号做“一分二”的电路处理时，通常采用的方法有：方法A.通过印制电路板微带线直接将接收端射频信号一分二；方法B.通过Y型电阻网络调节电阻阻值，聚合电路匹配的方式将接收端FSK信号做“一分二”的信号处理。方法A构建的硬件电路较为简单，但由于没有在射频信号“一分二”布线拓扑处做阻抗匹配，根据传输线理论，阻抗发生变化信号就在变化处产生反射，并在通过互连线的剩余部分时继续失真，这会导致接收模块双通道FSK信号幅值不均衡，最终可能影响“二取二”电路架构的解码板解码输出结果；方法B构建的Y型电阻网络，理论起点还是通过电阻的终端匹配使得信号源端的阻抗等于传输线的特性阻抗，而输出端的阻抗等于传输线的特性阻抗，匹配抑制来自负载端的反射信号的再反射。方法B可以使接收模块双通道FSK信号幅值保持均衡，但源端信号只能以50％的幅度传播到负载端，由于接收天线接收到的FSK信号为mV(毫伏)级别，信号强度仅为10dBm～15dBm，方法B容易造成FSK信号的能量损失。此外，方法B在构建Y型电阻匹配网络时需要调节具体电阻值，容易受到负载阻抗变化的影响，在电路板大规模量产时可能会出现产品性能不一致等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种BTM系统射频接口电路，具有结构简单且稳定可靠的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种BTM系统射频接口电路，连接在BTM车载天线和BTM主机之间，所述接口电路包括：

接收支路，所述接收支路的两端分别电连接于所述BTM车载天线和所述BTM主机，所述接收支路用于将第一频率的上行信号由BTM车载天线传递至BTM主机；所述接收支路包括仅容许第一频率的上行信号通过的第一滤波模块；

发射支路，所述发射支路的两端分别电连接于所述BTM车载天线和所述BTM主机，所述发射支路用于将第二频率的下行信号由所述BTM主机传递至所述BTM车载天线；所述发射支路包括用于过滤所述第一频率的上行信号的带阻滤波模块；

所述发射支路和所述接收支路具有一个用于连接所述BTM车载天线的公共端；

所述第一频率和所述第二频率不相同。

较佳地，所述第一滤波模块包括仅容许所述第一频率的上行信号通过的带通滤波器。

较佳地，所述第一滤波模块还包括陷波器网络，所述陷波器网络用于隔离所述第二频率的下行信号。

较佳地，所述陷波器网络设置于所述带通滤波器和所述BTM车载天线之间。

较佳地，所述带通滤波器包括LC带通滤波器，所述LC带通滤波器的谐振频率与所述第一频率相同。

较佳地，所述第一频率低于所述第二频率。

较佳地，所述接收支路还包括阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络的输入端连接所述第一滤波模块，所述BTM主机内设有第一接收通道和第二接收通道，所述阻抗匹配网络的输出端分别连接于所述第一接收通道和所述第二接收通道，所述阻抗匹配网络将所述上行信号向所述第一接收通道和所述第二接收通道输出。

较佳地，所述带阻滤波模块包括LC带阻滤波器，所述LC带阻滤波器的谐振频率与所述第一频率相同。

较佳地，所述带阻滤波模块还包括耦合电容，所述耦合电容设置于所述LC带阻滤波器和所述BTM主机之间，所述耦合电容用于隔离直流信号。

较佳地，所述BTM主机包括发射通道，所述发射通道通过所述耦合电容电连接于所述LC带阻滤波器。

较佳地，所述接口电路还包括电连接器，所述电连接器的一端用于电连接于所述BTM车载天线，所述电连接器的另一端电连接于所述接收支路和所述发射支路，所述公共端位于所述电连接器连接所述接收支路和所述发射支路的一端。

较佳地，所述电连接器为N型射频连接器。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的BTM系统射频接口电路，具有如下有益效果：

本发明的BTM系统射频接口电路，通过在接收支路中设置第一滤波模块，在发射支路中设置带阻滤波模块，使得接收支路和发射支路通过一个公共端即可与BTM车载天线连接，无需为接收支路和发射支路单独设置与BTM车载天线的连接端口，降低BTM系统射频接口电路安装的复杂度以及安装错误发生的概率。

附图说明

图1为现有技术的BTM系统的示意图。

图2为现有技术的BTM系统以及周围系统的示意图。

图3为本实施例中BTM系统射频接口电路的示意图。

图4为本实施例中BTM系统射频接口电路发射支路的示意图。

图5为本实施例中BTM系统射频接口电路接收支路的示意图。

图6为本实施例中BTM系统射频接口电路阻抗匹配网络的示意图。

附图标记说明：

BTM系统射频接口电路10

接收支路100

第一滤波模块110

带通滤波器111

陷波器网络112

阻抗匹配网络113

输入端114

发射支路200

带阻滤波模块210

LC带阻滤波器211

耦合电容212

电连接器300

BTM车载天线20

BTM主机30

第一接收通道310

第二接收通道320

发射通道330

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图3～附图6，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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明确列出的要素，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。

如图3至图5所示，本发明提供了一种BTM系统射频接口电路10，接口电路的两端分别连接BTM车载天线20和BTM主机30，BTM系统射频接口电路10包括并列的接收支路100和发射支路200。接收支路100的两端分别电连接于BTM车载天线20和BTM主机30，接收支路100包括仅容许第一频率的上行信号通过的第一滤波模块110。在本实施例中，上行信号为4.234MHz的FSK(Frequency-shiftkeying，移频键控)信号，FSK信号为地面应答器通过BTM车载天线20、BTM主机30发送给车载应答器的上行信号。第一滤波模块110包括仅容许第一频率的上行信号通过的带通滤波器111。在本实施例中，带通滤波器111包括LC带通滤波器，LC带通滤波器的谐振频率与第一频率相同。LC带通滤波器为LC串联谐振电路，根据LC串联谐振电路的特性，LC串联谐振电路对谐振点附近的信号呈低阻态，从而第一频率的上行信号能够通过LC带通滤波器，而第一频率与第二频率不相同且第一频率低于第二频率，第二频率的下行信号无法通过LC带通滤波器。第二频率的下行信号为BTM主机30通过BTM车载天线20将下发给地面应答器的信号，第二频率为27.095MHz。根据LC谐振电路的特性，LC谐振电路的谐振点频率为：

在LC带通滤波器中，根据需要通过的第一频率的上行信号选择电容C和电感L的取值，使得仅能够容许第一频率的上行信号通过而隔绝其他频率的信号。避免其他频率的信号进入接收支路100。

在本实施例中，接收支路100还包括阻抗匹配网络113，阻抗匹配网络113的输入端114连接第一滤波模块110。BTM主机30内设有第一接收通道310和第二接收通道320，阻抗匹配网络113的输出端分别连接于第一接收通道310和第二接收通道320，阻抗匹配网络113将上行信号分别向第一接收通道310和第二接收通道320输出，在本实施例中，如图6所示，本实施例的阻抗匹配网络113，包括输入端114和两个射频变压器，射频变压器的初级侧连接于输入端114和公共端GND，射频变压器的次级侧分别连接第一接收通道310和第二接收通道320，阻抗匹配网络113包括两个匝数比1:1的50欧姆阻抗的射频变压器。射频变压器的PIN2(图6中的初级线圈标有PIN2的点)是射频变压器的secondarydot(二次点)，PIN2位于初级线圈的物理中心点，根据图6所示阻抗匹配网路113的输入和第一接收通道310输出，输入和第二接收通道320的输出之间的阻抗是匹配的，输入和输出之间都是50:50。更进一步的，假设输入电压为Vin，射频变压器T1的初级侧电压均为Vin/2(参考端为T2的PIN1)，射频变压器T2的初级侧电压为Vin/2(参考端为GND)。由于变压器的初级次级电压比等于其初级次级线圈的匝数比，且射频变压器T1和射频变压器T2的次级侧线圈匝数是初级侧线圈匝数的两倍，所以第一接收通道310的输出电压为(Vin/2)*2＝Vin，所以第二接收通道320的输出电压也为(Vin/2)*2＝Vin，实现了第一接收通道310的输出电压与输入电压相同，第二接收通道320的输出电压也与输入电压相同。阻抗匹配网络113经过相应改进后应用于此处，具有电压损耗极小的优点，输出给第一接收通道310和第二接收通道320的两路FSK输出电压非常接近输入电压，两路FSK信号的一致性较好，阻抗匹配网络113容易驱动的优点。阻抗匹配网络113包括射频变压器，射频变压器的初级线圈和次级线圈的匝数比为1∶1，射频变压器具有宽频带、低回波损耗的特点，使得上行信号经过阻抗匹配网络113传递至第一接收通道310和第二接收通道320的两路信号幅值理论上能够接近输入的上行信号源端幅值，满足了第一接收通道310和第二接收通道320后续的解码模块、通信模块“二取二”电路架构的设计需求。

在本实施例中，第一滤波模块110还包括陷波器网络112，陷波器网络112用于隔离第二频率的下行信号。在本实施例中，第二频率为27.095MHz，第二频率的下行信号为BTM主机30通过BTM车载天线20下发给地面应答器的信号。陷波器网络112包括LC并联谐振电路，陷波器网络112的LC并联谐振电路的谐振点为27.095MHz，由于陷波器网络112为并联谐振电路，陷波器网络112仅对27.095MHz的发射功率载波呈现高阻态，而对接收的第一频率的上行信号呈现低阻态。陷波器网络112设置于带通滤波器111和BTM车载天线20之间。通过在接收支路100中设置陷波器网络112，能够避免发射支路200发射的第二频率的下行信号“倒灌”入接收支路100中国。同时设置陷波器网络112和带通滤波器111是考虑到接收支路100中的噪音信号主要为第二频率的下行信号以及其他频率的杂波信号，如此设置，使得第一频率的上行信号被BTM车载天线20接收后，首先通过陷波器网络112滤除主要为27.095MHz的噪音信号，再经过仅容许第一频率的上行信号通过的带通滤波器111以进一步对其他频率的杂波信号以及27.095MHz的干扰信号及其高次谐波干扰信号进行过滤，仅保留4.234MHz的第一频率的上行信号通过，确保经过经过括陷波器网络112和带通滤波器111处理后的信号仅包含第一频率的上行信号。经带通滤波器111过滤后的第一频率的上行信号最后经过阻抗匹配网络113“一分二”处理后分别传递至第一接收通道310和第二接收通道320。

如图3和图4所示，发射支路200的两端分别电连接于BTM车载天线20和BTM主机30，发射支路200用于将第二频率的下行信号传递至BTM车载天线20发送，其中下行信号的频率为27.095MHz。发射支路200包括带阻滤波模块210，带阻滤波模块210用于过滤第一频率的上行信号。带阻滤波模块210包括LC带阻滤波器211，LC带阻滤波器211的谐振频率与第一频率相同。设置LC带阻滤波器211是为了避免第一频率的上行信号进入发射支路200而只能进入接收支路100。LC带阻滤波器211为LC并联谐振电路，LC带阻滤波器211的谐振点4.234MHz，从而阻止4.234MHz的上行信号进入发射支路200。

带阻滤波模块210还包括耦合电容212，耦合电容212设置于LC带阻滤波器211和BTM主机30之间。BTM主机30包括发射通道330，发射通道330通过耦合电容212电连接于LC带阻滤波器211。耦合电容212用于隔离直流分量，耦合电容212用于隔离直流信号，耦合电容212用于将发射通道330中的直流分量隔离，避免发射通道330中的直流分量传递至BTM车载天线20。

发射支路200和接收支路100具有一个用于连接BTM车载天线20的公共端，发射支路200和接收支路100连接于BTM车载天线20的一端共同连接于公共端，从而在连接BTM主机30和BTM车载天线20时，只需将公共端和BTM车载天线20连接即可，无需为发射支路200和接收支路100分别设置射频接口以及分别做防水设施，减少BTM系统射频接口电路10所需的射频接口数量，降低BTM系统射频接口电路10安装时的施工难度以及出现错误的概率。

在本实施例中，BTM系统射频接口电路10还包括电连接器300，电连接器300即为发射支路200和接收支路100的公共端，发射支路200和接收支路100均连接于电连接器300的一端。电连接器300的另一端用于电连接于BTM车载天线20。实现发射支路200和接收支路100通过同一个电连接器300与BTM车载天线20连接。电连接器300为N型射频连接器，N型射频连接器具有机械强度大、防水防尘性能好、抗老化性能强，性能稳定、易于安装和拆卸、接触性能优良的优点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种BTM系统射频接口电路，连接在BTM车载天线和BTM主机之间，其特征在于，所述接口电路包括：

接收支路，所述接收支路的两端分别电连接于所述BTM车载天线和所述BTM主机，所述接收支路用于将第一频率的上行信号由BTM车载天线传递至BTM主机；所述接收支路包括仅容许第一频率的上行信号通过的第一滤波模块；

发射支路，所述发射支路的两端分别电连接于所述BTM车载天线和所述BTM主机，所述发射支路用于将第二频率的下行信号由所述BTM主机传递至BTM车载天线；所述发射支路包括用于过滤所述第一频率的上行信号的带阻滤波模块；

所述发射支路和所述接收支路具有一个用于连接所述BTM车载天线的公共端；

所述第一频率和所述第二频率不相同。

2.如权利要求1所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述第一滤波模块包括仅容许所述第一频率的上行信号通过的带通滤波器。

3.如权利要求2所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述第一滤波模块还包括陷波器网络，所述陷波器网络用于隔离所述第二频率的下行信号。

4.如权利要求3所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述陷波器网络设置于所述带通滤波器和所述BTM车载天线之间。

5.如权利要求2所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述带通滤波器包括LC带通滤波器，所述LC带通滤波器的谐振频率与所述第一频率相同。

6.如权利要求5所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述第一频率低于所述第二频率。

7.如权利要求1所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述接收支路还包括阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络的输入端连接所述第一滤波模块，所述BTM主机内设有第一接收通道和第二接收通道，所述阻抗匹配网络的输出端分别连接于所述第一接收通道和所述第二接收通道，所述阻抗匹配网络将所述上行信号向所述第一接收通道和所述第二接收通道输出。

8.如权利要求1所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述带阻滤波模块包括LC带阻滤波器，所述LC带阻滤波器的谐振频率与所述第一频率相同。

9.如权利要求8所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述带阻滤波模块还包括耦合电容，所述耦合电容设置于所述LC带阻滤波器和所述BTM主机之间，所述耦合电容用于隔离直流信号。

10.如权利要求9所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述BTM主机包括发射通道，所述发射通道通过所述耦合电容电连接于所述LC带阻滤波器。

11.如权利要求1所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述接口电路还包括电连接器，所述电连接器的一端用于电连接于所述BTM车载天线，所述电连接器的另一端电连接于所述接收支路和所述发射支路，所述公共端位于所述电连接器连接所述接收支路和所述发射支路的一端。

12.如权利要求11所述的BTM系统射频接口电路，其特征在于，所述电连接器为N型射频连接器。