CN206497985U - 一种实现罗兰c与短波通信共用鞭天线的应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，包括微带功分、高阻滤波器、低噪声运放、合路器，高通滤波器，所述微带功分将天线信号分离为罗兰通路、短波通路；所述罗兰通路依次经过第一电阻、高阻滤波器、低噪声运放、第二电阻，然后接至合路器输出；所述短波通路依次经过电容、运算放大器、第三电阻、高通滤波器，然后接至合路器输出。本实用新型结构简单、适应性强，实现了短波、罗兰C两种匹配电路的共用天线系统，保证了并接时不相互影响。

Description

一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路

技术领域

本实用新型属于通信领域，涉及导航领域，特别涉及一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路。

背景技术

罗兰远程无线电导航系统是早期的无线定位技术，除卫星外的主要定位系统，在可靠性、准确度、造价及有效作用范围等方面存在很多优势，短波通信是历史悠久的无线通信方和最重要的远程通信方式之一，因此罗兰C导航系统与短波通信在现代船舶中占有非常重要地位。罗兰C导航系统是一种以地面导航台为基准的，使用100kHz长波无线电信号，按照时差测量、双曲线相交原理实现定位的远程无线电导航系统，主要用于舰船导航。采用脉冲体制可消除天波对地波的混淆，但99％辐射能量必须限制在90kHz～110kHz频段内。它的工作频率范围为100kHz±10kHz，属于长波波段；短波通信的工作频率范围为3～30MHz，中波的高频段1.5～3MHz也可以归于短波波段。由于罗兰C与短波通信频段不属于同一波段内，罗兰C共用通信系统天线时，天线和罗兰C接收机严重失调，加上电缆衰减，到达罗兰C接收机前端的信号微弱，信噪比低，甚至不能满足罗兰C接收机导航定位。

鞭天线即垂直接地单极子天线，是一种应用相当广泛的水平平面全向天线。这类天线结构简单，便于安装使用，但是存在效率低，阻抗变宽受环境影响变化大等缺点。鞭天线的阻抗特性：在频率低端，由于天线的电长度很小，其输入电阻很小，而输入容抗很大，等效一个电容；随着频率的增高，天线的阻抗特性逐渐变好。

目前船舶的应用中，主要有以下三种方式把罗兰C与短波通信结合使用。

一、罗兰C与短波通信系统分别单独采用鞭天线进行信号接收。

使用独立天线既可以提升罗兰C接收机的定位成功率，又可以保障短波系统的接收灵敏度；但这种需要加装鞭天线和铺设电缆的方式会导致船上的有限空间更为拥挤、成本提高及加大了管理难度等问题，提高了受干扰的风险。

二、鞭天线输出口连接的射频输入端加载匹配网络(高阻变低阻)的方式提高输入回路阻抗，使输入端获取更大的有用功率。

由于鞭天线在物理尺寸上仍是小天线，尤其是中长波段和HF频段低端，电阻小、电抗大，匹配困难，因此大多鞭天线应用在窄带工作状态，带宽大约在5％～10％左右。目前的主要应用手段是在射频输入端加载匹配网络，拓宽频带，提高输入阻抗，从鞭天线中获得更多的有用功率，接收性能提升。这个应用在短波通信比较成熟，但与罗兰C共用的通信系统时测量结果并不理想，短波接收机灵敏度有所提升，但罗兰的定位成功率不高，容易出现错周现象。因为罗兰C是特殊的导航系统，采用脉冲体制可消除天波对地波的混淆，但99％辐射能量必须限制在90kHz～110kHz频段内，所以宽带式及分段式的阻抗匹配可拓宽频带却导致能量分散，罗兰C信号体制很难识别出90kHz～110kHz频段的脉冲信号，导致定位成功率低的现象。

三、利用鞭天线的阻抗特性，采用分路的方式把能量集中在罗兰C频段。

实用新型内容

本实用新型提供了一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，以解决罗兰C导航系统与短波难以共用的问题。具体的技术方案如下：

一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，包括微带功分、高阻滤波器、低噪声运放、合路器，高通滤波器，所述微带功分将天线信号分离为罗兰通路、短波通路；

所述罗兰通路依次经过第一电阻、高阻滤波器、低噪声运放、第二电阻，然后接至合路器输出；所述第一电阻的阻抗为2.2kΩ，所述第二电阻的阻值为50Ω；

所述短波通路依次经过电容、运算放大器、第三电阻、高通滤波器，然后接至合路器输出；所述电容的容抗为10pF，所述第三电阻的阻抗为50Ω。

作为优选的方案，所述第一电阻串联一个9.1mH的可调电感，并联一个33pF的电容形成RC低通滤波器。

进一步的，所述RC低通滤波器对大于1MHz的频点抑制＞16dB。

作为优选的方案，所述高阻滤波器的带宽为80kHz～120kHz。

在本实用新型的一个实施例中，将所述电容可替换为第四电阻和高阻滤波器，所述第四电阻与鞭天线的输出阻抗匹配。所述鞭天线的输出阻抗根据短波通信频段的中心频点计算得出。

进一步的，所述高阻滤波器的阻抗与第四电阻匹配。

进一步的，所述高通滤波器可替换为低通滤波器。

作为优选的方案，所述合路器的工作频率为80kHz～30MHz。

本实用新型的有益效果是：

1.在鞭天线连接的射频前端先用微带线做功分处理，一路接罗兰C的高阻滤波器并通过低噪声放大器对接收信号进行放大，另外一路接短波射频链路。为了防止有用功率流向短波通路，在短波的输入通路上串联一个10pF电容，将100kHz的频率衰减60dB以上。由于鞭天线是高阻，配合短波通路上使用运算放大器搭建的电压跟随器，10pF电容对短波通路只衰减3dB，实现通信、罗兰C两种匹配电路并接时不相互影响。

2.微带线功分后连接两个高阻滤波器，形成双工器结构；如果隔离度足够大，功分的衰减量不会叠加到滤波器上，两通路放大前的衰减量仅为高阻滤波器的插损，从而达到了罗兰C与短波信号相互分离的目的。鞭天线接入双工器，相当于每个通路都独享鞭天线的接收信号，实现了大部分能量落在罗兰C频段目的，满足了罗兰C系统的需求。短波通信链路在输入端有阻抗匹配的高阻带通滤波器和低噪声放大器，滤除带外干扰也保障了系统的接受灵敏度。

3.对于使用50Ω阻抗匹配的全向天线也可通过微带功分和双带通滤波器的结构，实现罗兰C与短波通信共用天线的目的。

4.本实用新型的主要应用于鞭天线的底端，避免传输线带来的损耗影响信噪比，实现远距离的传输。

附图说明

图1是本实用新型实施例1电路结构图；

图2是本实用新型实施例2电路结构图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型所提出的技术方案，下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1：

如图1所示，在输入端利用微带功分分为两个路径，保持罗兰C的链路不变，对短波通信的射频链路进行优化。为了描述的方便，一路罗兰C射频链路称为罗兰通路，另外一路短波射频链路称为短波通路。鞭天线为了获得较大的有用功率就需提高输入端阻抗，为了匹配鞭天线的高阻抗在罗兰通路的输入端串联一个2.2kΩ的电阻。为了增强滤波效果，利用电阻前对地并联一个33pF电容，后面串联一个9.1mH的可调电感，形成RC低通滤波器，对1MHz以上的频点抑制＞16dB。可调电感后接20kΩ的高阻LC带通滤波器(五阶)，带宽为80kHz～120kHz，将鞭天线接收的辐射能量集中在80kHz～120kHz频带内通过；高阻滤波器的电感在mH级，灵敏度高、对精度敏感，可使用可调电感将滤波器的矩形系数调至最优。高阻滤波器后接低噪声运放，对小信号进行放大，提高信噪比，以便将信号传输到更远的距离。为了与高阻滤波器匹配，通过并联电阻把低噪声运放的输入阻抗提高至20kΩ。低噪声运放后串联50Ω电阻，通过低噪声运放和50Ω电阻完成高阻到50Ω阻抗变换。最后接合路器，与短波信号合路输出；由于低噪声运放后输出阻抗已匹配成50Ω，合路器需选用50Ω阻抗，最低要满足80kHz～30MHz频率范围。

短波通路的与罗兰通路类似，首选输入端串联一个10pF的电容。然后接运算放大器和50Ω电阻，进行放大和阻抗匹配。在合路之前增加一个三阶以上的低通滤波器，对罗兰C频段进行抑制，防止罗兰C信号干扰短波通路。最后与罗兰C信号通过合路器进行合路输出，通过射频线缆将两路信号传输到舱内分机，再通过滤波、放大实现信号的分离，传给接收机使用，在罗兰C接收机内部实现80％辐射能量必须限制在90kHz～110kHz频段内。

实施例2

如图2所示，本实施例罗兰通路部分实施例1的相同，短波通路先计算出短波通信频段的中心频点，根据该频点测出鞭天线的输出阻抗，进而选择合适通路电阻进行匹配。第二级的高阻带通滤波器根据短波通信的频率范围及阻抗要求进行仿真设计；如果带宽较大，仿真出来的高阻LC滤波器会出现电容值只有零点几pF的情况，且精度要求高，往往调试不出预期的结果；这时可根据需求对低频晶体滤波器的进行定制，以满足晶体滤波器能把带外抑制、插损及波动等较为理想的性能指标。为了实现罗兰C与短波通信两种匹配电路并接时不相互影响，两频段之间的隔离度要大于60dB，否则会使两个高阻滤波器的插损增大，影响接收效果。高阻滤波器后接低噪声运放和50Ω电阻，进行放大和阻抗匹配。在合路之前增加一个三阶以上的低通滤波器，对罗兰C频段进行抑制，防止罗兰C信号干扰短波通路。最后与罗兰C信号通过合路器进行合路输出，通过射频线缆将两路信号传输到舱内分机，再通过滤波、放大实现信号的分离，传给接收机使用，在罗兰C接收机内部实现99％辐射能量必须限制在90kHz～110kHz频段内。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式的相关模块和软件架构做适应性变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (8)

1.一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，包括微带功分、高阻滤波器、低噪声运放、合路器，高通滤波器，其特征在于，所述微带功分将天线信号分离为罗兰通路、短波通路；

所述罗兰通路依次经过第一电阻、高阻滤波器、低噪声运放、第二电阻，然后接至合路器输出；所述第一电阻的阻抗为2.2kΩ，所述第二电阻的阻值为50Ω；

所述短波通路依次经过电容、运算放大器、第三电阻、高通滤波器，然后接至合路器输出；所述电容的容抗为10pF，所述第三电阻的阻抗为50Ω。

2.根据权利要求1所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述第一电阻串联一个9.1mH的可调电感，并联一个33pF的电容形成RC低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述RC低通滤波器对大于1MHz的频点抑制＞16dB。

4.根据权利要求1所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述高阻滤波器的带宽为80kHz～120kHz。

5.根据权利要求1所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述电容可替换为第四电阻和高阻滤波器，所述第四电阻与鞭天线的输出阻抗匹配。

6.根据权利要求5所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述高阻滤波器的阻抗与第四电阻匹配。

7.根据权利要求1所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述罗兰通路与短波通路之间的隔离度大于60dB。

8.根据权利要求1所述的一种实现罗兰C与短波通信共用鞭天线的应用电路，其特征在于，所述合路器的工作频率为80kHz～30MHz。