CN206629056U - 无人机通信收发模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无人机通信收发模块，包括接收机、发射机、频综单元、控制单元和射频开关。应用于无人机遥控遥测数据无线传输系统，其特点在于采用TDD时分双工模式，具有设备结构简单的特点；接收机采用80dB大动态范围设计，可保证无人机在近距离和远距离情况下都能可靠的工作；接收机AGC电压进行AD转换后进行量化输出，可以实时检测接收信号的强度；发射机功率采用大、中、小三档可调设计，使无人机在近距离飞行时采用小功率工作，以降低功耗；工作频道可调，共设计96个收发工作频道，在通信受到干扰时可进行频道切换，避免通信中断；结构小型化，运用小封装器件，单PCB设计，使其体积达到63mm*63mm*12mm，重量小于45克，可适用于对载荷要求更高的无人机系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机领域，是一种遥控、遥测数据链收发模块。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。
无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机的行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。无人机通信收发模块为该系统的无线信号收发设备，它的工作原理为：接收空间的无线信号进行放大、变频和滤波，为接收终端提供中频信号；将已调制好信息的中频信号进行变频、滤波放大后向空间发射出去，从而实现无人机的遥控、遥测功能。
由于传统无人机通信收发模块多为FDD频分双工模式，此模式收发需要预留较宽的保护频带进行收发隔离，所以占用频带较宽，多任务工作时兼容性较差。而且收发需要独立的信道，结构复杂，设备体积较大，不适应于对载荷要求更高的无人机系统。
传统无人机通信收发模块接收链路动态范围典型值为60dB。与本设计比较，在同等工作条件下，当无人机与地面站距离较近时，60dB的动态范围就会出现接收链路饱和现象，影响无人机近距离工作效果，会造成遥控、遥测链路中断现象。
当无人机在有效作用半径内飞行时，若遥控、遥测链路受到干扰或信号遇到阻挡，会出现通信控制异常。若地面操控人员无法得知无线信号的通信质量，这样有可能会造成设备失控，出现危险。
无人机通信收发模块发射通道需要对要发射的信号进行功率放大，而功率放大器属于高能耗单元，当无人机近距离工作时大功率工作无疑是对能源的浪费，尤其对于超小型无人机来说，低功耗时其长航时的最大前提。
在当今信息时代，无线电频段划分已经饱和，无线设备受到干扰已是无法避免。传统无人机通信收发模块多为单频道工作，在受到无线电干扰时无法进行规避，容易出现设备失控情况。
为了延长无人机的续航时间，搭载更多的任务载荷。对于无人机的自重就要有很高的要求。所以小型化、小体积、轻重量对于无人机通信收发模块设计显得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种设备结构简单、大动态范围接收、链路信号质量直观监控、低功耗、抗干扰能力强、设备体积小重量轻。
为解决上述问题，本实用新型采取的技术方案为：
无人机通信收发模块，包括接收机、发射机、频综单元、控制单元和射频开关；
所述的控制单元的接收控制出入端口与接收机的控制信号出入端口相连；控制单元的发射控制出入端口与发射机的控制信号出入端口相连；控制单元的频道切换控制出入端口与频综单元的控制信号出入端口相连；控制单元的收发切换控制输出端口与射频开关的控制信号输入端口相连；
频综单元的接收本振输出端口与接收机的本振输入端口相连；发射本振输出端口与和发射机的本振信号输入端口相连；
接收机的射频信号输入端口与射频开关的射频信号输出端口相连；接收机的中频信号输出端口与外部设备相连；
发射机的中频信号输入端口与外部设备相连；发射机的射频信号输出端口与射频开关的射频信号输入端口相连；
射频开关的射频信号出入端口与外部设备相连。
其中，接收机包括：预选射频滤波器、低噪声放大器、后选射频滤波器、模拟衰减器、第一混频器、第一中频滤波器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器和A/D转换器；
所述的预选射频滤波器的输入端口与射频开关射频信号的输出端口相连；预选射频滤波器的输出端口与低噪声放大器的输入端口相连；低噪声放大器的输出端口与后选射频滤波器的输入端口相连；后选射频滤波器的输出端口与模拟衰减器的输入端口相连；模拟衰减器的输出端口与第一混频器的射频输入端口相连；第一混频器的本振输入端口与频综单元的接收本振输出端口相连；第一混频器的中频输出端口与第一中频滤波器的输入端口相连；第一中频滤波器输出端口与第一可调增益放大器的输入端口相连；第一可调增益放大器的输出端口与第二可调增益放大器的输入端口相连；第二可调增益放大器的输出端口与外部设备相连；A/D转换器的AGC电压控制出入端口分别与模拟衰减器、第一可调增益放大器和第二可调增益放大器的AGC电压控制出入端口相连；A/D转换器的控制信号出入端口与控制单元的接收控制通信出入端口相连。
其中，发射机包括：第二中频滤波器、第二混频器、射频滤波器、第三可调增益放大器和功率放大器；
第二中频滤波器的输入端口与外部设备相连；第二中频滤波器的输出端口与第二混频器的中频输入端口相连；第二混频器的本振输入端口与频综单元的发射本振输出端口相连；第二混频器的射频输出端口与射频滤波器的输入端口相连；射频滤波器的输出端口与第三可调增益放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的输出端口与功率放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的控制信号输入端口与控制单元的发射控制通信输出端口相连；功率放大器的输出端口与射频开关的发射射频信号输入端口相连。
本实用新型与现有技术相比的优点为：
(1)采用TDD时分双工模式，具有设备结构简单的特点；
(2)接收机采用80dB大动态范围设计，可保证无人机在近距离和远距离情况下都能可靠的工作；接收机AGC电压进行AD转换后进行量化输出，可以实时检测接收信号的强度；
(3)发射机功率采用大、中、小三档可调设计，使无人机在近距离飞行时采用小功率工作，以降低功耗；
(4)工作频道可调，共设计96个收发工作频道，在通信受到干扰时可以进行频道切换，避免通信中断；
(5)结构小型化，采用单PCB设计，运用小封装器件，单PCB设计，使其体积达到63mm*63mm*12mm，重量小于45克，可适用于对载荷要求更高的无人机系统。
附图说明
图1本实用新型无人机通信收发模块原理框图。
图2本实用新型接收机原理框图。
图3本实用新型发射机原理框图。
图4本实用新型无人机通信收发模块外形图。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本实用新型作进一步的描述：
见图1为本实用新型无人机通信收发模块原理框图，包括接收机、发射机、频综单元、控制单元和射频开关；
所述的控制单元的接收控制出入端口与接收机的控制信号出入端口相连；控制单元的发射控制输出端口与发射机的控制信号输入端口相连；控制单元的频道切换控制出入端口与频综单元的控制信号出入端口相连；控制单元的收发切换控制输出端口与射频开关的控制信号输入端口相连；
频综单元的接收本振输出端口与接收机的本振输入端口相连；发射本振输出端口与和发射机的本振信号输入端口相连；
接收机的射频信号输入端口与射频开关的接收射频信号输出端口相连；接收机的中频信号输出端口与外部设备相连；
发射机的中频信号输入端口与外部设备相连；发射机的射频信号输出端口与射频开关的发射射频信号输入端口相连；
射频开关的射频信号出入端口与外部设备相连。
其中，控制单元采用C51型单片机C8051F330实现通信、控制功能。
如图2本实用新型接收机原理框图，接收机AGC电压进行AD转换后进行量化输出，可以实时检测接收信号的强度，包括：预选射频滤波器、低噪声放大器、后选射频滤波器、模拟衰减器、第一混频器、第一中频滤波器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器和A/D转换器；
所述的预选射频滤波器的输入端口与射频开关射频信号的输出端口相连；预选射频滤波器的输出端口与低噪声放大器的输入端口相连；低噪声放大器的输出端口与后选射频滤波器的输入端口相连；后选射频滤波器的输出端口与模拟衰减器的输入端口相连；模拟衰减器的输出端口与第一混频器的射频输入端口相连；第一混频器的本振输入端口与频综单元的接收本振输出端口相连；第一混频器的中频输出端口与第一中频滤波器的输入端口相连；第一中频滤波器输出端口与第一可调增益放大器的输入端口相连；第一可调增益放大器的输出端口与第二可调增益放大器的输入端口相连；第二可调增益放大器的输出端口与外部设备相连；A/D转换器的AGC电压控制出入端口分别与模拟衰减器、第一可调增益放大器和第二可调增益放大器的AGC电压控制出入端口相连；A/D转换器的控制信号出入端口与控制单元的接收控制通信出入端口相连。
工作原理为：接收来自射频开关接收射频信号输出端口的接收射频信号，由预选射频滤波器进行接收频率选择；再由低噪声放大器进行接收信号电平放大，然后由后选射频滤波器进行镜像频率抑制；通过模拟衰减器进行功率调整后进入第一混频器混频；第一混频器输出的中频信号由第一中频滤波器进行滤波处理；再经过第一可调增益放大器和第二可调增益放大器进行功率放大和AGC控制后将中频信号输出至外部设备，由第一可调增益放大器、第二可调增益放大器和模拟衰减器共同实现80dB的AGC大动态范围；A/D转换器将AGC电压进行A/D转换后输出给控制单元进行数字量化处理。
如图3本实用新型发射机原理框图，发射机功率采用大、中、小三档可调设计，使无人机在近距离飞行时采用小功率工作，以降低功耗。由具有30dB增益调整范围的第三可调增益放大器实现，通过单片机按一定的SPI控制协议进行控制；包括：第二中频滤波器、第二混频器、射频滤波器、第三可调增益放大器和功率放大器。
第二中频滤波器的输入端口与外部设备相连；第二中频滤波器的输出端口与第二混频器的中频输入端口相连；第二混频器的本振输入端口与频综单元的发射本振输出端口相连；第二混频器的射频输出端口与射频滤波器的输入端口相连；射频滤波器的输出端口与第三可调增益放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的输出端口与功率放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的控制信号输入端口与控制单元的发射控制通信输出端口相连；功率放大器的输出端口与射频开关的发射射频信号输入端口相连。
工作原理为：接收来自外部设备的发射中频信号，由第二中频滤波器进行滤波处理；再由第二混频器进行混频；将混频输出的射频信号由射频滤波器进行滤波；进入第三可调增益放大器按控制单元设置的功率等级进行功率放大，实现功率三档可调；然后由功率放大器进行功率放大，将满足功率要求的射频信号输出至射频开关。
如图4本实用新型无人机通信收发模块外形图，结构小型化，运用小封装器件，单PCB设计，使其体积达到63mm*63mm*12mm，重量小于45克，可适用于对载荷要求更高的无人机系统。
本实用新型的原理为：
接收机接收来自射频开关接收射频信号输出端口的接收射频信号由预选射频滤波器进行接收频率选择；再由低噪声放大器进行接收信号电平放大，再由后选射频滤波器进行镜像频率抑制；通过模拟衰减器进行功率调整后进入第一混频器混频；第一混频器输出的中频信号由第一中频滤波器进行滤波处理；再经过第一可调增益放大器和第二可调增益放大器进行功率放大和AGC控制后将中频信号输出至外部设备，由第一可调增益放大器、第二可调增益放大器和模拟衰减器共同实现80dB的AGC大动态范围；A/D转换器将AGC电压进行A/D转换后输出给控制单元进行数字量化处理。
发射机接收来自外部设备的发射中频信号由第二中频滤波器进行滤波处理；再由第二混频器进行混频；将混频输出的射频信号由射频滤波器进行滤波；进入第三可调增益放大器按控制单元设置的功率等级进行功率放大，实现功率三档可调；然后由功率放大器进行功率放大；将满足功率要求的射频信号输出至射频开关。
频综单元为接收机和发射机提供本振信号，并通过控制单元实现频道切换功能。
控制单元控制接收机和发射机的收发状态、发射机功率等级、接收机AGC量化处理等；
射频开关用于选通接收机或发射机与外部设备的连接状态。
Claims (3)
1.无人机通信收发模块，其特征在于，包括接收机、发射机、频综单元、控制单元和射频开关；
所述的控制单元的接收控制出入端口与接收机的控制信号出入端口相连；控制单元的发射控制出入端口与发射机的控制信号出入端口相连；控制单元的频道切换控制出入端口与频综单元的控制信号出入端口相连；控制单元的收发切换控制输出端口与射频开关的控制信号输入端口相连；
频综单元的接收本振输出端口与接收机的本振输入端口相连；发射本振输出端口与和发射机的本振信号输入端口相连；
接收机的射频信号输入端口与射频开关的射频信号输出端口相连；接收机的中频信号输出端口与外部设备相连；
发射机的中频信号输入端口与外部设备相连；发射机的射频信号输出端口与射频开关的射频信号输入端口相连；
射频开关的射频信号出入端口与外部设备相连。
2.根据权利要求1所述的无人机通信收发模块，其特征在于，接收机包括：预选射频滤波器、低噪声放大器、后选射频滤波器、模拟衰减器、第一混频器、第一中频滤波器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器和A/D转换器；
所述的预选射频滤波器的输入端口与射频开关射频信号的输出端口相连；预选射频滤波器的输出端口与低噪声放大器的输入端口相连；低噪声放大器的输出端口与后选射频滤波器的输入端口相连；后选射频滤波器的输出端口与模拟衰减器的输入端口相连；模拟衰减器的输出端口与第一混频器的射频输入端口相连；第一混频器的本振输入端口与频综单元的接收本振输出端口相连；第一混频器的中频输出端口与第一中频滤波器的输入端口相连；第一中频滤波器输出端口与第一可调增益放大器的输入端口相连；第一可调增益放大器的输出端口与第二可调增益放大器的输入端口相连；第二可调增益放大器的输出端口与外部设备相连；A/D转换器的AGC电压控制出入端口分别与模拟衰减器、第一可调增益放大器和第二可调增益放大器的AGC电压控制出入端口相连；A/D转换器的控制信号出入端口与控制单元的接收控制通信出入端口相连。
3.根据权利要求1所述的无人机通信收发模块，其特征在于，发射机包括：第二中频滤波器、第二混频器、射频滤波器、第三可调增益放大器和功率放大器；
所述的第二中频滤波器的输入端口与外部设备相连；第二中频滤波器的输出端口与第二混频器的中频输入端口相连；第二混频器的本振输入端口与频综单元的发射本振输出端口相连；第二混频器的射频输出端口与射频滤波器的输入端口相连；射频滤波器的输出端口与第三可调增益放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的输出端口与功率放大器的输入端口相连；第三可调增益放大器的控制信号输入端口与控制单元的发射控制通信输出端口相连；功率放大器的输出端口与射频开关的发射射频信号输入端口相连。
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| CN112278273A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-01-29 | 罗嘉伟 | 一种反无人机系统的多用途靶机及其工作方法 |
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2017
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