CN202676918U - 一种双频放大器和一种双频接收机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双频放大器，包括第一级放大器、威尔金森功率合成器、威尔金森功率分配器、L1滤波器、L2滤波器和两个第二级放大器；第一级放大器用于接收输入信号并对输入信号进行第一级放大，威尔金森功分器将放大后的信号分成两路信号，一路信号经过L1滤波器，滤除L1波段外的其他信号，滤波后的信号通过一个第二级放大器进行放大，另一路信号经过L2滤波器，滤除L2波段外的其他信号，滤波后的信号经另一个第二级放大器进行放大，两路放大后的信号经过威尔金森功合器合成一路信号后输出。由于采用了威尔金森功分器和功合器进行信号的分路和合路，本实用新型实现的双频放大器隔离度很好。本实用新型还提供了一种双频接收机系统。

Description

一种双频放大器和一种双频接收机系统

技术领域

本实用新型涉及卫星导航接收机的技术领域，特别是实现一种双频放大器和一种双频接收机系统。

背景技术

水汽在天气分析和预报、人工影响天气、气候及全球变化等方面起着极为重要的作用。导航卫星发射的载波信号在穿越大气层时会受到大气的影响而产生延迟，因此可以通过对这种延迟信号的测量来反演大气折射率，进而遥感大气水汽参数。

地基全球导航卫星系统(GNSS)遥感水汽探测系统是通过对导航卫星发射的微波信号的测量，从而得到高时空分辨率的水汽资料，实现了更好地监测灾害性天气的发生和发展，对中尺度天气预报、气候研究和人工影响天气等有着重要的应用价值，也是气象综合观测系统的重要组成部分。

地基GNSS遥感水汽探测系统需要采用双频接收机，需要同时接收到4颗以上的导航卫星的L1、L2波段的载波相位数据、C/A码、P码伪距。

请参阅图1，双频接收机由GNSS天线101、双频放大器102、GNSS数字接收机103、和电源104组成。其中双频放大器102的作用是对导航卫星的L1波段信号和L2波段信号分别进行低噪声放大，并且对带外信号进行抑制滤波。

双频放大器有两种常见的结构。图2为是一种常见的双频放大器的结构示意图，由连接微带201、L1滤波器202、第一级放大器203、L2滤波器204、第一级放大器205、连接微带206以及第二级放大器207构成。其中由来自GNSS天线的信号，通过连接微带201分成两路，一路经过L1滤波器202和第一级放大器203，另一路经过L2滤波器204和第一级放大器205，之后两路信号再经过连接微带206合成一路，经过第二级放大器207后输出，数字接收机对输出信号进行处理。

采用这种结构的双频放大器，信号分别通过连接微带201和连接微带206进行分路和合路，导致L1波段和L2波段的两路信号隔离度较差，影响了系统的可靠性。其次根据系统级联噪声系数计算公式：

$F_{\mathrm{total}}=F_1+\frac{F_2-1}{G_1}+\frac{F_3-1}{G_1\·G_2}+...+\frac{F_n-1}{G_1\·G_2...G_{n-1}}$

其中F_n为第n级系统的噪声因子，G_n为第n级系统的功率增益，可看出总噪声系数主要由第一级系统的噪声性能决定。而由于这种双频放大器的第一级是连接微带201，噪声系数较大，因此导致整个系统的噪声系数偏大，约为2db。

请参阅图3，第二种双频放大器常用的结构是由L1滤波器、第一级放大器302、L1滤波器303、第二级放大器304、L2滤波器305、第一级放大器306、L2滤波器307、第二级放大器308以及合路器309构成。采用这种结构的放大器，天线要具有L1信号和L2信号两个输出，结构复杂，再加上两路放大器的输入端均为滤波器，因此整个系统的噪声系数很大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种双频放大器，使其能够对双频信号实现隔离度较高的放大。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供了一种双频放大器，所述放大器包括第一级放大器501、威尔金森功分器502、L1滤波器503、L2滤波器505、两个第二级放大器504、506以及威尔金森功合器507。

所述第一级放大器501用于接收输入信号并对所述输入信号进行第一级放大，威尔金森功分器502用于接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路信号，一路信号经过L1滤波器503，滤除L1波段外的其他信号，滤波后的信号通过第二级放大器504进行放大，另一路信号经过L2滤波器505，滤除L2波段外的其他信号，滤波后的信号经另一个第二级放大器506进行放大，两路放大后的信号经过威尔金森功合器507合成一路信号后输出。

优选地，所述威尔金森功分器502和威尔金森功合器507均为等功率分配或不等功率分配。

优选地，所述威尔金森功分器502和威尔金森功合器507均由微带电路实现。

本实用新型还提供了一种双频放大器，所述放大器包括第一级放大器601、威尔金森功分器602、L1滤波器603、L2滤波器604、威尔金森功合器605和第二级放大器606。

所述第一级放大器601用于接收输入信号并对所述输入信号进行第一级放大，威尔金森功分器602用于接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路，一路信号经过L1滤波器603，滤除L1波段外的其他信号，另一路信号经过L2滤波器604，滤除L2波段外的其他信号，两路滤波后的信号经威尔金森功合器605合路后，经过第二级放大器606进行放大并输出。

优选地，所述威尔金森功分器602和威尔金森功合器605均为等功率分配或不等功率分配。

优选地，所述威尔金森功分器602和威尔金森功合器605均由微带电路实现。

本实用新型还提供了一种双频接收机系统，所述系统包括：GNSS天线，双频放大器，GNSS数字接收机和供电电源，所述双频放大器为本实用新型提供的所述放大器。

由技术方案可知，本实用新型采用了威尔金森功分器实现了双频信号的合路和分路，威尔金森功分器保证了输出端口之间较高的隔离度，因此本实用新型中采用了威尔金森功分器的双频放大器隔离度较好。其次本实用新型采用了第一级放大器作为双频放大器的第一级，由于第一级放大器的噪声系数较小，而双频放大器的噪声系数主要取决于第一级系统的噪声系数，因此本实用新型实现的双频放大器的噪声系数很小。

附图说明

图1为双频接收机的结构示意图；

图2为第一种常见的双频放大器的结构示意图；

图3为第二种常见的双频放大器的结构示意图；

图4为微带电路构成的威尔金森功分器的结构示意图；

图5为本实用新型实现的一种双频放大器的结构示意图；

图6为本实用新型实现的另一种双频放大器的结构示意图。

具体实施方式

威尔金森功分器是1960年首先由威尔金森发表的，在电磁场领域和微波技术以及电路设计中，是一种功率分配器。目前其原理和器件广泛应用于各种无线系统中，尤其是多信道合成，威尔金森功分器不仅在保证所有端口良好匹配的同时，也能保证输出端口之间的隔离度并且防止了各个信道之间的串扰。由于其通常由无源器件或者微带电路组成的，根据互易性原理，威尔金森功分器不仅能用于功率分配，也可用于功率合成。而用于功率合成的威尔金森功分器则为威尔金森功合器。

请参阅图4，采用微带电路构成的威尔金森功分器是由2路特征阻抗为

电长度为1/4波长的微带线分支构成，Z₀是端口匹配时的特征阻抗，末端加入阻抗为2Z₀的隔离电阻R_o由于威尔金森功分器中两段微带线分支的电长度均为四分之一波长，入射波和反射波相差180°，此时入射波和反射波相互抵消，因此由微带电路构成的威尔金森功分器分成的两路信号隔离度较好。本实用新型采用了威尔金森功分器和与其结构相同的威尔金森功合器实现的双频放大器，隔离度更高。

图5为本实用新型实现的一种双频放大器，应用于卫星导航双频接收机中，包括第一级放大器501、威尔金森功分器502、L1滤波器503、第二级放大器504、L2滤波器505、第二级放大器506以及威尔金森功合器507；

所述第一级放大器501用于接收卫星导航信号并对所述卫星导航信号进行第一级放大，威尔金森功分器502接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路信号，一路信号经过L1滤波器503，滤除L1波段外的其他信号，滤波后的信号通过第二级放大器504进行放大，另一路信号经过L2滤波器505，滤除L2波段外的其他信号，滤波后的信号经第二级放大器506进行放大，进行第二级放大主要是为了克服从双频放大器102到数字接收103之间的电缆所带来的信号衰减，两路放大后的信号经过威尔金森功合器507后合成一路信号输出，输出后的信号将发送给数字接收机。

威尔金森功分器502和威尔金森功合器507均为等功率或者不等功率分配。并且可以为是本专业熟练技术人员所用的任一种威尔金森型的功分器或功合器。

这里采用微带电路构成的威尔金森功分器和功合器。图5所示的结构构成的双频放大器由于其第一级为放大器，因此整个双频放大器的噪声很低，约为1.2dB。

图6为本实用新型另一种实现双频放大器的结构示意图，用于卫星导航双频接收机中，所述放大器包括第一级放大器601、威尔金森功分器602、L1滤波器603、L2滤波器604、威尔金森功合器605和第二级放大器606；

所述第一级放大器601用于接收卫星导航信号并对所示卫星导航信号进行第一级放大，威尔金森功分器602用于接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路，一路信号经过L1滤波器603，滤除L1波段外的其他信号，只允许L1波段的信号通过，另一路信号经过L2滤波器604，滤除L2波段外的其他信号，只允许L2波段的信号通过，两路滤波后的信号经威尔金森功合器605合路后，经过第二级放大器606进行放大，最后将放大后的信号输出。

威尔金森功分器602和威尔金森功合器605均为等功率或者不等功率分配。可以为是本专业熟练技术人员所用的任一种威尔金森型的功分器或功合器。这里采用微带电路构成的威尔金森功分器和功合器。图6所示的结构构成的双频放大器由于其第一级为放大器，降低了整个双频放大器的噪声，由于相比于图5所示的双频放大器多了第二级放大器对噪声的贡献，因此图6所示的双频放大器噪声相对于图5所示的双频放大器噪声较大，约为2.2dB。

所述的卫星导航信号可以是GPS系统的导航信号、GLONASS系统的导航信号、北斗系统的导航信号或者其中至少两种导航信号。

本实用新型还提出了一种双频接收机系统，所述系统包括：GNSS天线，双频放大器，GNSS数字接收机和供电电源，其中双频放大器为以上所述的任意一种双频放大器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种双频放大器，其特征在于，所述放大器包括第一级放大器(501)、威尔金森功分器(502)、L1滤波器(503)、L2滤波器(505)、两个第二级放大器(504、506)以及威尔金森功合器(507)；

所述第一级放大器(501)用于接收输入信号并对所述输入信号进行第一级放大，威尔金森功分器(502)用于接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路信号，一路信号经过L1滤波器(503)，滤除L1波段外的其他信号，滤波后的信号通过第二级放大器(504)进行放大，另一路信号经过L2滤波器(505)，滤除L2波段外的其他信号，滤波后的信号经另一个第二级放大器(506)进行放大，两路放大后的信号经过威尔金森功合器(507)合成一路信号后输出。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述威尔金森功分器(502)和威尔金森功合器(507)均为等功率分配或不等功率分配。

3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述威尔金森功分器(502)和威尔金森功合器(507)均由微带电路实现。

4.一种双频放大器，其特征在于，所述放大器包括第一级放大器(601)、威尔金森功分器(602)、L1滤波器(603)、L2滤波器(604)、威尔金森功合器(605)和第二级放大器(606)；

所述第一级放大器(601)用于接收输入信号并对所述输入信号进行第一级放大，威尔金森功分器(602)用于接收放大后的信号并将所述放大后的信号分成两路，一路信号经过L1滤波器(603)，滤除L1波段外的其他信号，另一路信号经过L2滤波器(604)，滤除L2波段外的其他信号，两路滤波后的信号经威尔金森功合器(605)合路后，经过第二级放大器(606)进行放大并输出。

5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述威尔金森功分器(602)和威尔金森功合器(605)均为等功率分配或不等功率分配。

6.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述威尔金森功分器(602)和威尔金森功合器(605)均由微带电路实现。

7.一种双频接收机系统，所述系统包括：GNSS天线，双频放大器，GNSS数字接收机和供电电源，其特征在于，所述双频放大器为权利要求1至6任意一项所述的放大器。

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