CN207098070U - 一种具有直通功能的小型化抗干扰天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有直通功能的小型化抗干扰天线，由卫星导航天线和抗干扰处理器两部分组成，卫星导航天线包括四个BDS天线阵子、一个GPS天线阵子和五个低噪放芯片，抗干扰处理器包括四个功分器芯片、五个混频器芯片、两个合路器芯片、一个射频开关芯片、频综电路、数字抗干扰电路、信号功率检测电路、短路断路检测电路和检测电路；本设计对BD2信号具备抗单频、窄带、宽带压制干扰的能力；可同时对抗三个不同方向的BDS干扰源，对一个方向干扰源，干信比不小于65dB，对三个不同方向干扰源，干信比不小于60dB。具有自检功能，可对外输出设备工作状态和外部干扰状况，大大提高了维修性。

Description

一种具有直通功能的小型化抗干扰天线

技术领域

本实用新型涉及抗干扰天线，具体涉及一种具有直通功能的小型化抗干扰天线。

背景技术

行业内同类型的抗干扰天线只有抗干扰工作模式，当外部电源或抗干扰电路发生故障时，设备无法对外输出射频信号，无法为飞机提供准确的定位信息。

发明内容

鉴于现有技术的现状及发展需要，本设计提供一种具有直通功能的小型化抗干扰天线。本设计可接收BDS和GPS卫星信号，同时具备BDS抗三干扰的能力，为惯性组合导航系统提供射频信号，用于提高飞机定位的准确性。本设计在BDS抗干扰能力的同时，增加了直通工作模式，在外部电源发生故障或抗干扰电路发生故障时，设备会自动切换到直通模式，对BDS信号进行放大后与GPS合路输出，起到普通天线的作用，仍然可以为后续电路提供卫星射频信号。同时本设计卫星导航天线尺寸小，且与普通天线外形尺寸、安装尺寸相同，可原位替换普通天线。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种具有直通功能的小型化抗干扰天线，其特征在于：该抗干扰天线采用分体式，由卫星导航天线和抗干扰处理器两部分组成，其中卫星导航天线包括四个BDS天线阵子、一个GPS天线阵子和五个低噪放芯片，五个低噪放芯片分别为第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片、第五低噪放芯片；抗干扰处理器包括四个功分器芯片，分别为第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片；五个混频器芯片分别为第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片；两个合路器芯片分别为第一合路器芯片、第二合路器芯片；一个射频开关芯片；频综电路；数字抗干扰电路；信号功率检测电路；短路断路检测电路；检测电路；其中四个BDS天线阵子分别与第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片连接；一个GPS天线阵子与第五低噪放芯片连接；第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片分别与第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片连接；第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；频综电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与信号功率检测电路、电源电路、检测电路连接；检测电路通过短路断路检测电路与第四低噪放芯片连接；检测电路、第四功分器芯片、第五混频器芯片分别与射频开关芯片连接；第五低噪放芯片、射频开关芯片分别与第一合路器芯片连接；第一合路器芯片与第二合路器芯片连接；第二合路器芯片分别通过两个电容作为射频输出接口X5、X6；两个电容分别与两个电感连接；两个电感分别与第一二极管、第二二极管的输入端连接；第一二极管和第二二极管的输出端相连后与第三二极管的输入端连接；电源电路分别与检测电路、第四二极管的输入端连接；第三二极管和第四二极管输出端相连后与检测电路、第五低噪放芯片、射频开关芯片、短路断路检测电路连接。

本实用新型的特点是：

a）体积小，与普通天线尺寸相同，可原位替换普通天线；

b）与其他同类产品相比较具有低功耗的特点；

c）具有电源故障直通和抗干扰故障直通功能，当工作在直通工作模式时，不具备BDS抗干扰功能，可等效为普通天线使用；

d）具有自检功能，可对外输出设备工作状态和外部干扰情况；

e）采用分体式结构设计，更灵活；

f）环境适应性强，可工作在-55℃～+70℃温度范围内。

本实用新型所产生的有益效果是：对BD2信号具备抗单频、窄带、宽带压制干扰的能力；可同时对抗三个不同方向的BDS干扰源，对一个方向干扰源，干信比不小于65dB，对三个不同方向干扰源，干信比不小于60dB。具有自检功能，可对外输出设备工作状态和外部干扰状况，大大提高了维修性。

附图说明

图1是本实用新型连接原理框图；

图2是本实用新型工作流程图；

图3为本实用新型内部电源原理框图；

图4为本实用新型频综电路连接框图；

图5为图4中锁相环电路连接原理图；

图6为本实用新型数字抗干扰电路连接框图；

图7为本实用新型检测电路连接框图；

图8为图7中数据检测和处理单元电路原理图；

图9为本实用新型信号功率检测电路连接框图；

图10为本实用新型短路断路检测电路连接框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1，具有直通功能的小型化抗干扰天线采用分体式，由卫星导航天线和抗干扰处理器两部分组成，卫星导航天线和抗干扰处理器之间通过6m射频电缆连接；其中卫星导航天线包括四个BDS天线阵子、一个GPS天线阵子和五个低噪放芯片，五个低噪放芯片分别为第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片、第五低噪放芯片；抗干扰处理器包括四个功分器芯片，分别为第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片；五个混频器芯片分别为第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片；两个合路器芯片分别为第一合路器芯片、第二合路器芯片；一个射频开关芯片；频综电路；数字抗干扰电路；信号功率检测电路；短路断路检测电路；检测电路；其中四个BDS天线阵子分别与第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片连接；一个GPS天线阵子与第五低噪放芯片连接；第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片分别与第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片连接；第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；频综电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与信号功率检测电路、电源电路、检测电路连接；检测电路通过短路断路检测电路与第四低噪放芯片连接；检测电路、第四功分器芯片、第五混频器芯片分别与射频开关芯片连接；第五低噪放芯片、射频开关芯片分别与第一合路器芯片连接；第一合路器芯片与第二合路器芯片连接；第二合路器芯片分别通过两个电容作为射频输出接口X5、X6；两个电容分别与两个电感连接；两个电感分别与第一二极管、第二二极管的输入端连接；第一二极管和第二二极管的输出端相连后与第三二极管的输入端连接；电源电路分别与检测电路、第四二极管的输入端连接；第三二极管和第四二极管输出端相连后与检测电路、第五低噪放芯片、射频开关芯片、短路断路检测电路连接。

卫星导航天线包括四个BDS天线阵子、一个GPS天线阵子和五个低噪放芯片，四个BDS-B3频点的天线阵子和一个GPS天线阵子主要用于接收空间北斗和GPS卫星信号，通过射频电缆将接收到的信号分别送入第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片、第五低噪放芯片；五个低噪放芯片由四个BDS-B3低噪放芯片和一个GPS低噪放芯片组成，分别对四个BDS-B3天线阵子和一个GPS天线阵子接收到的卫星信号进行功率放大，并通过6m长的射频电缆送入抗干扰处理器，同时五个低噪放芯片由射频接口馈电提供工作电压。

第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片、第五低噪放芯片输出的射频信号通过6m电缆分别与第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片的输入端连接，功分器型号为GP2S+；第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片的一路输出接50Ω电阻，50Ω电阻另一端接地；第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片的另一个输出口分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片的输入端连接，混频器芯片的型号为CMY210；第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片的1222MHz频率输入由频综电路提供；第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片的输出口接到数字抗干扰电路的中频输入端；频综电路的62MHz时钟输出与数字抗干扰电路的时钟输入端连接；数字抗干扰电路的DA转换器输出的中频信号与信号功率检测电路连接；频综电路的另一路1222MHz频率输出与第五混频器芯片CMY210的输入端连接；第五混频器芯片的其中一个输入端与数字抗干扰电路的中频输出端连接；第五混频器芯片的输出端与射频开关芯片的输入端连接，射频开关芯片的型号为HMC349MS8G；射频开关芯片的另一路输入端与第四功分器芯片的一路输出相连；射频开关芯片的开关控制信号与检测电路的BD_EN使能信号连接；射频开关芯片的输出与第一合路器芯片的输入端连接，合路器芯片的型号为GPS2+；射频开关芯片的电源与+5VK连接；第五低噪放芯片的输出与第一合路器芯片的输入端连接；第一合路器芯片的输出端与第二合路器芯片相连；第二合路器芯片的两路输出同时接电容和电感后通过射频接口X5、X6输出；射频接口X5、X6的馈电经过电感后分别与第二二极管、第一二极管相连，二极管型号为LRB411DLT1G；第一二极管和第二二极管的输出端连接后与第三二极管输入端连接；电源电路输出的+5VA分别与检测电路和第四二极管输入端连接，第四二极管输出和第三二极管输出连接后作为电压+5VK与检测电路、射频开关芯片、第五低噪放芯片以及短路断路检测电路连接，为其提供工作电压；短路断路检测电路的检测电平信号A_AB1、SHORT_BD1与检测电路连接；检测电路的FLAG_DAOUT信号与信号功率检测电路连接；检测电路的RS232串口与数字抗干扰电路的RS232串口连接；检测电路的RS422串口对外输出；检测电路的JTAG口对外输出，用于设备维护；设备的电源输入+28V与电源电路连接，电源电路输出+5VA电源与检测电路、数字抗干扰电路连接。

参照图2，在系统上电后，检测电路对外部电源供电情况和数字抗干扰电路工作情况进行判断，根据判断结果生成相应的工作模式标志，并将工作模式信号发送给射频开关芯片，射频开关芯片根据工作模式选择对应的射频信号，同时检测电路对外发送工作状态。

参照图3，本设计的内部电源为创新设计，设计分为抗干扰模式和直通模式，当设备工作在抗干扰模式时，设备供电由外部电源+28V提供，BDS信号经过数字抗干扰电路进行干扰抑制，当设备工作在直通模式时，设备供电由射频接口X5、X6馈电+5VH提供，BDS信号只经过低噪放芯片放大后与经过低噪放芯片放大后的GPS信号经过合路器芯片合路后输出至合路器芯片，合路器芯片把一路射频信号分成两路分别通过射频接口X5、X6输出。

两种工作模式下，设备都要通过数据接口向外发送设备工作状况，因此，电路的电源优先选择由外部电源+28V输入产生的主电源+5VA，当无+5VA时，选择馈电+5VH。 两种工作模式下电源输出方式见表1。

表1

注释：

(1) “5VA”表示由主电源5VA供电；

(2) “5VK”表示优先5VA供电，无5VA，则由射频接口X5、X6馈电5VH供电；

(3) “×”表示不输出。

本设计中涉及的频综电路、数字抗干扰电路、检测电路、信号功率检测电路、短路断路检测电路在抗干扰天线设计中均为较为熟知的技术，以下简单描述其电路组成。

参照图4，频综电路包括电源电路、晶振电路、锁相环电路、中频信号放大电路、正弦波转方波电路和射频信号放大电路。

参照图5，锁相环电路中的锁相环芯片N1的型号为：SI4133-BT；单片机芯片N2的型号为：ATTINY13A-SSU；复位芯片N3的型号为：ADM809SAKSZ。

参照图6，数字抗干扰电路包括四路AD前端匹配电路、AD转换器及外围配置电路、FPGA、FLASH存储器、RS232电平转换电路、DA转换器和时钟电路。该电路采用型号为XC7K160T-2FFG676I的FPGA芯片。

参照图7、图8，检测电路包括数据转换单元、数据检测和处理单元、电源检测单元，数据转换单元分为输入232信号数据转换电路和输出422信号数据转换电路，数据检测和处理单元输入232信号数据转换电路的RXD3、TXD3输出端分别连接数据检测和处理单元的PJ0、PJ1输入端，数据检测和处理单元的PH0、PH1输出端分别连接输出422信号数据转换电路的RXD2、TXD2输入端，电源检测单元RESET端通过数据线与数据检测和处理单元的PL6口连接。

参照图9，信号功率检测电路包括功分器、放大器、滤波器、检波器和比较器。功分器的型号为SBTC-2-10L+；滤波器的型号为LBP46M20E；检波器的型号为LT5538；比较器的型号为MAX999EUK-T；放大器的型号为MAR-6SM+。

参照图10，短路断路检测电路包括放大器N1、比较器N2、限流开关芯片N3和稳压芯片N4。放大器N1的型号为：MAX4071AUA；比较器N2的型号为：MAX999XEUK-T；限流开关芯片N3的型号为：MAX4917AEUK+T；稳压芯片N4的型号为：ADP150AUJZ-3.3-R7。

Claims (1)

1.一种具有直通功能的小型化抗干扰天线，其特征在于：该抗干扰天线采用分体式，由卫星导航天线和抗干扰处理器两部分组成，其中卫星导航天线包括四个BDS天线阵子、一个GPS天线阵子和五个低噪放芯片，五个低噪放芯片分别为第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片、第五低噪放芯片；抗干扰处理器包括四个功分器芯片，分别为第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片；五个混频器芯片分别为第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片；两个合路器芯片分别为第一合路器芯片、第二合路器芯片；一个射频开关芯片；频综电路；数字抗干扰电路；信号功率检测电路；短路断路检测电路；检测电路；

其中四个BDS天线阵子分别与第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片连接；一个GPS天线阵子与第五低噪放芯片连接；第一低噪放芯片、第二低噪放芯片、第三低噪放芯片、第四低噪放芯片分别与第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片连接；第一功分器芯片、第二功分器芯片、第三功分器芯片、第四功分器芯片分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；频综电路分别与第一混频器芯片、第二混频器芯片、第三混频器芯片、第四混频器芯片、第五混频器芯片连接；数字抗干扰电路分别与信号功率检测电路、电源电路、检测电路连接；检测电路通过短路断路检测电路与第四低噪放芯片连接；检测电路、第四功分器芯片、第五混频器芯片分别与射频开关芯片连接；第五低噪放芯片、射频开关芯片分别与第一合路器芯片连接；第一合路器芯片与第二合路器芯片连接；第二合路器芯片分别通过两个电容作为射频输出接口X5、X6；两个电容分别与两个电感连接；两个电感分别与第一二极管、第二二极管的输入端连接；第一二极管和第二二极管的输出端相连后与第三二极管的输入端连接；电源电路分别与检测电路、第四二极管的输入端连接；第三二极管和第四二极管输出端相连后与检测电路、第五低噪放芯片、射频开关芯片、短路断路检测电路连接。