CN206650667U - 一种低成本、高收发隔离、高速切换的tr前端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其包括发射前端、功放电源控制电路、带有天线的环形器、接收前端及低噪放电源控制电路；所述发射前端的输入端接射频输入信号，所述发射前端的输出端接环形器的发射通道端口，所述环形器的天线端口连接天线，所述环形器的接收通道端口接接收前端的输入端，所述接收前端的输出端接至接收机后续电路；所述功放电源控制电路的输出端接发射前端的电源端，所述低噪放电源控制电路的输出端接接收前端的电源端；所述功放电源控制电路和低噪放电源控制电路的输入端接收发开关控制信号；本实用新型的优点是以低器件成本实现了收发隔离度的提高和收发切换的提速。

Description

一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端

技术领域

本实用新型涉及一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，属于射频通信、微波通信、卫星通信领域。

背景技术

在微波通信中，当发射信号频段与接收信号频段相同时，收发通道需要分时工作，即发射时不接收，接收时不发射，以避免接收功率过高而损坏接收机。通常是在TR前端与天线之前加单刀双掷开关来实现分时工作，但这样器件成本较高、收发隔离度较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种用低器件成本实现TR前端的收发高速切换和较高的收发隔离度的TR前端。

本实用新型采用如下技术方案：

一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其包括发射前端、功放电源控制电路、带有天线的环形器、接收前端及低噪放电源控制电路；所述发射前端的输入端接射频输入信号，所述发射前端的输出端接环形器的发射通道端口，所述环形器的天线端口连接天线，所述环形器的接收通道端口接接收前端的输入端，所述接收前端的输出端接至接收机后续电路；所述功放电源控制电路的输出端接发射前端的电源端，所述低噪放电源控制电路的输出端接接收前端的电源端；所述功放电源控制电路和低噪放电源控制电路的输入端接收发开关控制信号。

进一步的，所述发射前端包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、推动级功率放大器、输出级功率放大器和滤波匹配电路；所述第一隔离器的输入端接射频输入信号，所述第一隔离器的输出端接推动级功率放大器的输入端，所述推动级功率放大器的输出端依次经第二隔离器、输出级功率放大器接第三隔离器的输入端，所述第三隔离器的输出端输出发射信号；所述滤波匹配电路的输出端分别接推动级功率放大器和输出级功率放大器的电源端，所述滤波匹配电路的输入端接功放电源控制电路的输出端。

进一步的，所述接收前端包括限幅器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、滤波器和滤波匹配电路；所述限幅器的输入端接环形器的接收通道端口，所述限幅器的输出端依次经第一低噪声放大器、第二低噪声放大器接滤波器的输入端，所述滤波器的输出端输出接收信号；所述滤波匹配电路的输出端分别接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的电源端，所述滤波匹配电路的输入端接低噪放电源控制电路的输出端。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过选择环形器、功率放大器、低噪声放大器、MOSFET驱动器及场效应晶体管等器件，可以把TR前端的收发频率覆盖到更宽的频率范围，本实用新型能够应用于射频通信、微波通信及卫星通信等领域。

本实用新型中除了环形器可以增加收发隔离外，通过收发开关控制信号来控制发射前端和接收前端的供电，这样就可以大大提高收发隔离，收发隔离度能够控制在100dB以上，从而实现高收发隔离。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理框图；

图2是本实用新型中发射前端的结构原理框图；

图3是本实用新型中带有天线的环形器的结构原理框图；

图4是本实用新型中接收前端的结构原理框图；

图5是本实用新型中功放电源控制电路的结构原理示意图；

图6是本实用新型中低噪放电源控制电路的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-图6和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例涉及一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其包括发射前端、功放电源控制电路、带有天线的环形器、接收前端及低噪放电源控制电路；所述发射前端的输入端接射频输入信号，其相应输出端连接环形器的1端口；环形器的2端口与天线相连接，环形器的3端口与接收前端的输入相连接；接收前端的输出连接到接收机后续电路；功放电源控制电路连接发射前端，用于控制发射前端的供电；低噪放电源控制电路连接到接收前端，用于控制接收前端的供电，如图1所示，所述功放电源控制电路和低噪放电源控制电路的输入端接收发开关控制信号。

进一步的，如图2所示，所述发射前端包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、推动级功率放大器、输出级功率放大器和滤波匹配电路；所述第一隔离器用于改善发射前端输入口的驻波；第二隔离器用于改善两级功率放大器之前的驻波；第三隔离器用于改善发射前端输出口的驻波，并增加发射前端输出口的反向隔离；推动级功率放大器用于将输入的射频信号放大到足够功率，以满足输出级功率放大器的输入要求；输出级功率放大器用于将放大后的射频信号再次放大，达到所需的发射功率；滤波匹配电路用于对两级功率放大器的供电电源进行滤波和阻抗匹配。

如图3所示，所述带天线的环形器由环形器和天线组成，其中天线用于将发射信号辐射出去并接收来自空间的回波信号；环形器是一种铁氧体器件，成本低，主要是增加收发隔离，环形器的1端口连发射通道， 2端口连接天线，3端口连接收通道。发射时，发射信号从环形器的1端口输入，2端口输出，3端口为隔离端；接收时，接收的回波信号从环形器的2端口输入，3端口输出，1端口为隔离端。

进一步的，如图4所示，所述接收前端包括限幅器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、滤波器和滤波匹配电路；其中限幅器的作用是在大信号输入时保护接收通道不会被损环；第一低噪声放大器和第二低噪声放大器用于对接收到的微弱回波信号进行低噪声放大，改善回波信号的信噪比；滤波器用于滤除工作频带以外的杂波信号和镜频信号；滤波匹配电路用于对两级低噪声放大器的供电电源进行滤波和阻抗匹配。

如图5所示，所述功放电源控制电路包括与门D1、MOSFET驱动器U1、场效应晶体管T1、下接电阻R1、隔离电阻R2、分压电阻R3～R4、限流电阻R5和滤波电容C1～C7。其中下接电阻R1用于在收发开关控制悬空时，把与门D1的输入拉到低电平，这时发射前端是不供电的；隔离电阻R2和滤波电容C1，C2用于对输入的收发开关控制信号进行滤波和隔离外界干扰；分压电阻R3，R4用于对功放电源进行分压，分压得到的电压作为MOSFET驱动器U1的使能管脚输入；限流电阻R5用于连接场效应晶体管T1的源极和栅极，使场效应晶体管T1工作在开关状态；滤波电容C3～C7用于对功放电源进行滤波处理，以去除电源里的干扰信号。当收发开关控制为低电平时，与门D1输出到MOSFET驱动器U1的控制电平为低电平，MOSFET驱动器U1输出电压为功放电源电压，此时场效应晶体管T1处于关断状态，发射前端供电关断；当收发开关控制为高电平时，与门D1输出到MOSFET驱动器U1的控制电平为高电平，MOSFET驱动器U1输出电压为0V，此时场效应晶体管T1处于导通状态，所述发射前端供电导通。

如图6所示，所述低噪放电源控制电路包括与门D2、MOSFET驱动器U2、场效应晶体管T2、下接电阻R6、隔离电阻R7、分压电阻R8～R9、限流电阻R10和滤波电容C8～C14。其中下接电阻R6用于在收发开关控制悬空时，把非门D2的输入拉到低电平，这时接收前端是供电的；隔离电阻R7和滤波电容C8，C9用于对输入的收发开关控制信号进行滤波和隔离外界干扰；分压电阻R8，R9用于对低噪放电源进行分压，分压得到的电压作为MOSFET驱动器U2的使能管脚输入；限流电阻R10用于连接场效应晶体管T2的源极和栅极，使场效应晶体管T2工作在开关状态；滤波电容C10～C14用于对低噪放电源进行滤波处理，以去除电源里的干扰信号。当收发开关控制为低电平时，非门D2输出到MOSFET驱动器U2的控制电平为高电平，MOSFET驱动器U2输出电压为0V，此时场效应晶体管T2处于导通状态，接收前端供电导通；当收发开关控制为高电平时，非门D2输出到MOSFET驱动器U2的控制电平为低电平，MOSFET驱动器U2输出电压为低噪放电源电压，此时场效应晶体管T2处于关断状态，所述接收前端供电关断。

由于MOSFET驱动器的驱动电流较大，一般为几安培到几十安培，用来驱动场效应晶体管导通和关断的时间就会很短，一般在纳秒量级，因此TR前端的收发切换时间就会很快；而用普通三极管的驱动电流只有几十毫安，用来驱动场效应晶体管导通和关断的时间就会比较慢，一般在微秒量级。

本实施例中除了环形器可以增加收发隔离外，通过收发开关控制信号来控制发射前端和接收前端的供电，这样就可以大大提高收发隔离，收发隔离度能够控制在100dB以上，从而实现高收发隔离。

本实施案例中，收发频率范围均为10～10.6GHz，收发开关控制信号为TTL电平，功放电源为+8V，低噪放电源为+3V，MOSFET驱动器采用的型号是UCC27321，其驱动电流为9安培，场效应晶体管采用的型号是AUIRF7416FQ，达到的具体指标如下：发射通道的开关时间为100ns，接收通道的开关时间为40ns，收发隔离度为103dB。

本实施例通过选择环形器、功率放大器、低噪声放大器、MOSFET驱动器及场效应晶体管等器件，可以把TR前端的收发频率覆盖到更宽的频率范围，本实用新型能够应用于射频通信、微波通信及卫星通信等领域。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (3)

1.一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其特征在于：其包括发射前端、功放电源控制电路、带有天线的环形器、接收前端及低噪放电源控制电路；所述发射前端的输入端接射频输入信号，所述发射前端的输出端接环形器的发射通道端口，所述环形器的天线端口连接天线，所述环形器的接收通道端口接接收前端的输入端，所述接收前端的输出端接至接收机后续电路；所述功放电源控制电路的输出端接发射前端的电源端，所述低噪放电源控制电路的输出端接接收前端的电源端；所述功放电源控制电路和低噪放电源控制电路的输入端接收发开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其特征在于：所述发射前端包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、推动级功率放大器、输出级功率放大器和滤波匹配电路；所述第一隔离器的输入端接射频输入信号，所述第一隔离器的输出端接推动级功率放大器的输入端，所述推动级功率放大器的输出端依次经第二隔离器、输出级功率放大器接第三隔离器的输入端，所述第三隔离器的输出端输出发射信号；所述滤波匹配电路的输出端分别接推动级功率放大器和输出级功率放大器的电源端，所述滤波匹配电路的输入端接功放电源控制电路的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的一种低成本、高收发隔离、高速切换的TR前端，其特征在于：所述接收前端包括限幅器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、滤波器和滤波匹配电路；所述限幅器的输入端接环形器的接收通道端口，所述限幅器的输出端依次经第一低噪声放大器、第二低噪声放大器接滤波器的输入端，所述滤波器的输出端输出接收信号；所述滤波匹配电路的输出端分别接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的电源端，所述滤波匹配电路的输入端接低噪放电源控制电路的输出端。