CN208190653U - 信号收发系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种信号收发系统，属于通信技术领域。该信号收发系统包括信号源设备和天线设备，天线设备包括射频耦合器、射频开关、检波器、第一单片机和天线，其中：信号源设备与射频耦合器的合波端电性连接；射频耦合器的第一分波端与射频开关的第一连接端电性连接，射频耦合器的第二分波端与检波器电性连接；天线分别与射频开关的第二连接端、射频开关的第三连接端电性连接；第一单片机分别与信号源设备、检波器、射频开关的控制端电性连接。采用本实用新型，天线设备端无需再经过射频衰减器对信号的功率进行调整，这样信号源设备就无需因为射频衰减器而产生较多的功率损耗，进而，可以降低信号源设备的功耗。

Description

信号收发系统

技术领域

本实用新型是关于通信技术领域，尤其是关于一种信号收发系统。

背景技术

在无人机领域中，操作人员通常通过遥控器操控无人机，但是遥控器上的天线由于尺寸较小，性能较差，导致信号传输范围较小，那么为了扩大信号传输范围，可以给遥控器外加一个天线设备，这样，遥控器和天线设备可以组成一个信号收发系统。在信号收发系统中，遥控器用于产生信号可以称为信号源设备，信号源设备与天线设备通过馈线连接，进而，信号源设备将产生的信号通过馈线传输到天线设备，天线设备再发送给无人机。

在实际应用中，由于信号源设备产生的信号在馈线上传输的过程中会出现损耗，造成天线设备向外发出的信号的功率与信号源设备产生的信号的功率不一致，尤其是当馈线比较长的情况下，损耗越大，使天线设备发出的信号较弱。为了使天线设备以一个设定的功率向外发射信号，需要对信号的功率进行调整，调整到设定的功率之后再向外发送。

相关技术中通常在天线设备中对信号的功率进行调整，例如，天线设备通常主要包括射频衰减器和单片机，这样，信号源设备将产生的信号输入到射频衰减器中，射频衰减器将信号衰减之后，发送给单片机，单片机判断衰减后的信号的功率值与目标功率值的关系，如果二者的差值不在预设范围内，则单片机调整射频衰减器的衰减量，最终使天线设备向外发送对应目标功率的信号。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现至少存在以下问题：

由上述可知，由于信号在天线设备传输时需要经过射频衰减器衰减，所以信号源设备需要产生功率比较大的信号，造成信号源设备的功耗较大。

实用新型内容

本实用新型提供了一种信号收发系统，以克服相关技术中存在的问题。所述技术方案如下：

根据本实用新型实施例，提供一种信号收发系统，所述信号收发系统包括信号源设备和天线设备，所述天线设备包括射频耦合器、射频开关、检波器、第一单片机和天线，其中：

所述信号源设备与所述射频耦合器的合波端电性连接；

所述射频耦合器的第一分波端与所述射频开关的第一连接端电性连接，所述射频耦合器的第二分波端与所述检波器电性连接；

所述天线分别与所述射频开关的第二连接端、所述射频开关的第三连接端电性连接；

所述第一单片机分别与所述信号源设备、所述检波器、所述射频开关的控制端电性连接。

可选的，所述第一单片机，用于将所述检波器输出的功率值与预设的目标功率值的功率差值发送给所述信号源设备，或者向所述射频开关的控制端输出控制第一连接端和第二连接端导通的控制信号；

所述信号源设备，用于从所述第一单片机接收所述功率差值并调整发射功率。

可选的，所述信号源设备包括信号收发器和第二单片机；

所述信号收发器分别与所述第二单片机、所述射频耦合器的合波端电性连接；

所述第二单片机与所述第一单片机电性连接；

所述信号源设备，用于通过所述第二单片机从所述第一单片机接收所述功率差值并调整发射功率。

可选的，所述信号收发器为捷变收发器。

可选的，所述天线设备还包括第一放大器，所述射频开关的第二连接端通过所述第一放大器与所述天线电性连接。

可选的，所述天线设备还包括射频限幅器；

所述射频开关的第二端依次通过所述射频限幅器、所述第一放大器与所述天线电性连接。

可选的，所述天线设备还包括第二放大器，所述射频开关的第三连接端通过所述第二放大器与所述天线电性连接。

可选的，所述第二放大器为低噪声放大器。

可选的，所述天线设备还包括比较器；

所述检波器通过所述比较器与所述第一单片机电性连接。

可选的，所述射频耦合器为射频功分器。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型实施例中，该信号收发系统在调整信号的功率时，从信号产生的源头对信号的功率值进行调整，也即是，调整信号源设备向外发射的信号的功率值，信号源设备将调整后的信号发送给天线设备，这样，天线设备端无需再经过射频衰减器对信号的功率进行调整，这样信号源设备就无需因为射频衰减器而产生较多的功率损耗，进而，可以降低信号源设备的功耗。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。在附图中：

图1是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图2是根据实施例示出的一种射频开关的结构示意图；

图3是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图4是根据实施例示出的一种第一单片机判断信号类型的示意图；

图5是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图6是根据实施例示出的一种第一单片机判断信号类型的示意图；

图7是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图8是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图9是根据实施例示出的一种信号收发系统的结构示意图；

图10是根据实施例示出的一种信号收发系统的应用流程图。

图例说明

1、信号源设备 2、天线设备

11、信号收发器 12、第二单片机

21、射频耦合器 22、射频开关

23、检波器 24、第一单片机

25、天线 26、比较器

27、第一放大器 28、射频限幅器

29、第二放大器

通过上述附图，已示出本实用新型明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本实用新型构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本实用新型提供了一种信号收发系统，信号收发系统也即是用于接收信号和发送信号的系统。该信号收发系统可以应用在无人机领域中。操作人员通常通过遥控器操控无人机，但是由于遥控器上的天线比较简单，操控范围比较近，例如，可能只能在5公里左右的范围内操控无人机，那么为了扩大无人机的操控范围，相应的，可以为遥控器外接一个天线设备，这样遥控器加上天线设备可以组成信号收发系统，使用该信号收发系统，无人机的操控范围可以提高到10公里左右。在上述信号收发系统中，遥控器用于产生信号可以称为信号源设备，信号源设备与天线设备通过馈线连接，进而，信号源设备将产生的信号通过馈线传输到天线设备，天线设备再发送给无人机。

在应用中，信号源设备产生的信号在馈线上传输的过程中会出现损耗，造成天线设备向外发出的信号的功率与信号源设备产生的信号的功率不一致，尤其是当馈线比较长的情况下，损耗越大，使天线设备发出的信号较弱。为了使天线设备以一个设定的功率向外发射信号，需要对信号的功率进行调整，调整到设定的功率之后再向外发送。需要指出的是，当馈线的长度固定时，信号传输过程中的损耗也是固定的，那么将信号的功率调整到合适值(预先设定的目标功率值)之后，天线设备便向无人机发送目标功率值大小的信号。但是由于应用场景的不同，由操控者携带的信号源设备与天线设备的距离也会发生变化，相应的，信号源设备与天线设备之间的馈线的长度也随着发生改变，那么信号源设备向天线设备发送的信号的功率也得进行调整。也即是，每当信号源设备与天线设备之间的馈线长度发生改变时，信号源设备向天线设备发送的信号的功率都需要相应调整。

为了调整信号的功率，本实施例提供了一种信号收发系统，如图1所示，信号收发系统包括信号源设备1和天线设备2，天线设备2包括射频耦合器21、射频开关22、检波器23、第一单片机24和天线25，其中：信号源设备1与射频耦合器21的合波端电性连接；射频耦合器21的第一分波端与射频开关22的第一连接端电性连接，射频耦合器21的第二分波端与检波器23电性连接；天线25分别与射频开关22的第二连接端、第三连接端电性连接；第一单片机24分别与信号源设备1、检波器23、射频开关22的控制端电性连接。

其中，该信号收发系统的属于移动通信系统，通常用在信号源设备与天线设备相分开并通过馈线连接的场景，其工作模式是TDD(Time Division Duplexing，时分双工)，TDD模式的移动通信系统中，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证时间来分离接收和传送信道。

在实施中，天线设备2的射频耦合器21是一种功率分配元器件，用于将一路微波功率按比例分成几路，本实施例中是将一路信号分成两路信号，可以是射频功分器，其中一路信号用于检测功率大小，另一路信号用于向外发射。基于射频耦合器21的特点，其连接端口可以包括合波端和多个分波端，例如，可以包括一个合波端和两个分波端，其中，合波端与信号源设备1电性连接，用于接收信号源设备1发送的信号，两个分波端中第一分波端与射频开关22电性连接，用于向外发射信号，第二分波端与检波器23电性连接，用于检测信号的功率值与目标功率值的关系。

天线设备2的射频开关22类似单刀双掷开关，一端连接在接收信号的电路中，另一端连接在发送信号的电路中，相应的，如图2所示，射频开关22的连接端可以包括第一连接端a、第二连接端b、第三连接端c和控制端d，其中，射频开关22的第一连接端a与射频耦合器21的第一分波端电性连接，射频开关22的第二连接端b位于信号发送电路上，与天线25电性连接，射频开关22的第三连接端c位于信号接收电路上，也与天线25电性连接，射频开关22的控制端d与第一单片机24电性连接，第一单片机24用于控制射频开关22切换所处的电路。需要说明的是，默认状态下，射频开关22的第一连接端a与第三连接端c处于连接状态，也即是，默认状态下射频开关22位于信号接收电路，当第一单片机24通过检波器23发送的电压值检测到当前信号为发送信号且当前发送的信号的功率值与目标功率值之间的差值在预设范围内时，控制射频开关22的第一连接端a与第二连接端b接通，也即是控制射频开关22切换至信号发送电路上，天线设备2向外发送完信号之后，射频开关22又恢复至默认状态。

天线设备2的检波器23可以将输入的功率值转换为对应的电压值并向外输出，其中，功率值与电压值之间通常按照线性关系进行转换，如转换关系可以是V＝kP+b，其中，V表示电压值，P表示功率值，k表示斜率，b表示截距，k和b的值与所使用的检波器相关，如V＝0.052P+1.172。第一单片机24用于当接收到检波器发23送的当前传输的信号的功率值时，确定功率值与预设的目标功率值的功率差值，如果功率差值在预设范围内，则控制射频开关22的第一连接端和第二连接端接通，如果功率差值不在预设范围内，则将功率差值发送给信号源设备1。具体的，可以如下：

第一单片机24中预先储存有目标功率值对应的目标电压值，第一单片机24接收到检波器23发送的电压值之后，首先，基于当前电压值、目标电压值以及电压值与功率值的对应关系，确定功率值与预设的目标功率值的功率差值；然后判断该功率差值是否在预设范围内，其中，确定功率差值的公式可以如下：

式中：△P表示功率差，V_目标表示目标电压值，V_当前表示当前电压值，α表示线性度，也即是功率值与电压值的对应关系，如1dbm的功率值等于α的电压值，α属于检波器的参数，例如，可以是0.052伏特，即1dbm的功率值等于0.052伏特的电压值。

如果功率差值在预设范围内，则第一单片机24向射频开关22的控制端输出控制第一连接端和第二连接端导通的控制信号，射频开关22的控制端接收到上述控制信号之后，控制第一连接端和第二连接端导通，则射频耦合器21的第一分波端的信号通过射频开关22向天线25发送信号。而如果第一单片机24判断出功率差值不在预设范围内，则将上述功率差值发送给信号源设备1。

信号收发系统的信号源设备1，用于向天线设备2发送信号，当从第一单片机24接收到功率差值时，根据预设的功率差值与发射功率调整值的对应关系，确定接收到的功率差值对应的目标发射功率调整值，并基于目标发射功率调整值，对信号的发射功率进行调整，之后再调整后的功率。其中，预设的功率差值与发射功率调整值的对应关系的公式可以如下：

式中：P_调整值表示发射功率调整值，β表示功率线性度，即每提高1个单位数值，功率下降β，β属于信号源设备的属性，如可以是0.25dbm。

为方便理解，下面以举例的方式对上述过程进行描述：

天线设备2发送的信号的目标功率可以是26.5dbm，根据电压值与功率值之间的对应关系，对应的目标电压值为2.55伏特，功率差值对应的预设范围为-0.5dbm至+0.5dbm，α为0.052伏特，β为0.25dbm。

如果第一单片机24检测到当前电压值为1.5伏特，那么基于上述公式(1)确定功率差值为+20.19dbm，+20.19dbm显然不在上述预设范围内，则第一单片机24将对应+20.19dbm的信号发送给信号源设备1。信号源设备1接收到上述信号之后，基于上述公式(2)确定目标发射功率调整值为+81，并基于+81对信号的发射功率进行调整。

基于上述所述，该信号收发系统在调整信号的功率时，调整信号源设备向外发射的信号的功率值，将调整后的信号发送给天线设备，这样，天线设备端无需再经过射频衰减器对信号的功率进行调整，这样信号源设备就无需因为射频衰减器而产生较多的功率损耗，进而，可以降低信号源设备的功耗。

可选的，如图3所示，信号源设备1中可以包括信号收发器11和第二单片机12，其中，信号收发器11分别与第二单片机12、射频耦合器21的合波端电性连接；第二单片机12与第一单片机24电性连接。

其中，信号收发器也称为捷变收发器，用于向天线设备2发射信号以及接收天线设备2发送的信号。

在实施中，第二单片机12是信号源设备1的控制系统，用于控制信号收发器11向天线设备2发射信号，当第二单片机12接收到第一单片24机发送的功率差值时，根据预设的功率差值与发射功率调整值的对应关系，确定接收到功率差值对应的目标发射功率调整值，并基于目标发射功率调整值，对信号收发器11发射信号的发射功率进行调整。

如上述所述，该信号收发系统的工作模式是TDD模式，第一单片机24检测到信号时，需要首先判断一下该信号的类型，如果接收到的信号为接收信号则，不对信号做任何处理，如果接收到的信号为发送信号，则进行上述处理过程。第一单片机24通过信号的时隙判断当前信号属于接收信号还是发送信号，相应的，第一单片机24中预先存储有第一电压阈值，当第一单片机24接收到的当前电压值高于第一电压阈值时，则第一单片机24基于当前电压值高于第一电压阈值的持续时间，判断当前信号的类型。

例如，如图4所示，该信号收发系统处于发送信号的状态时，检波器23向第一单片机24输送的电压值对应的波形数据，如图4所示。第一单片机24根据当前电压值与第一电压阈值的关系，判断出当前电压的时隙，进而，可以确定当前信号为发送信号。

可选的，第一单片机24还可以根据高电平信号的时隙判断当前信号的类型，相应的，如图5所示，天线设备2还可以包括比较器26，检波器23通过比较器26与第一单片机24电性连接。

在实施中，比较器26中预先设置有第二电压阈值，当比较器26接收到的当前电压值高于第二电压阈值时，向第一单片机24输送高电平信号，当比较器26接收到的当前电压值低于第二电压阈值时，向第一单片机24发送低电平信号。当该信号收发系统处于接收信号的状态时，检波器23向比较器26发送的电压值几乎为零，则比较器26向第一单片机24发送低电平信号；当信号收发系统处于发送信号的状态时，检波器23向比较器26发送较大的电压值，则比较器26向第一单片机24发送高电平信号。第一单片机2 4再基于高或低电平信号对应的时隙判断当前信号的类型。

例如，如图6所示，该信号收发系统处于发送信号的状态时，检波器23向比较器26输送如图6所示的电压波形数据，比较器26基于当前电压值与第二电压阈值的关系，向第一单片机24输送高电平信号，第一单片机24基于高电平信号的上升沿对应的时间点与下降沿对应的时间点之间的时隙，可以确定出前信号为发送信号。其中，如图5所示检波器23与第一单片机24也处于电性连接，如图6所示，检波器23也向第一单片机24发送电压值，以使第一单片机24判断当前发送的信号的功率值与目标功率值的关系。

可选的，由于信号源设备1产生的信号比较弱，也即是其发送功率比较小，天线设备需要对该信号的功率进行放大之后，再向外发射，相应的，如图7所示，天线设备2还包括第一放大器27，射频开关22的第二连接端通过第一放大器27与所述天线25电性连接。

在实施中，第一放大器27可以是功率放大倍数较高的功率放大器，虽然功率放大器在放大的过程中，会引入噪声，但是由于第一放大器27位于发送电路的末端，发送电路的前端已经产生噪声了，此处再考虑是否会引入噪声的意义已经不大了，所以，第一放大器27可以选择功率放大倍数较高的功率放大器，其放大倍数最高可达到30倍。

可选的，理论上该天线设备2向外发送的信号由于经过上述的调整，其功率可以维持在预先设定的目标功率，但是为了防止功率调整过程出现错误导致信号的功率较大，对第一放大器27造成损坏，相应的，如图8所示，天线设备2还包括射频限幅器28；射频开关22的第二端依次通过射频限幅器28、第一放大器27与天线25电性连接。

在实施中，射频限幅器28主要用于保护第一放大器27，以防止过大功率的信号进行第一放大器27中对第一放大器27造成损坏。而射频限幅器28中预先储存有门限功率值，发送电路中只有功率值低于门限功率值的信号才可以进行到第一放大器27中，其中，门限功率值稍高于目标功率值。进而，可以避免大功率信号进行第一放大器27，对其造成损坏，从而，可以保护第一放大器27。

可选的，由于其它设备如无人机与天线设备之间的距离较远，所以天线设备接收到的信号的功率较小，那么天线设备可以对接收到的信号进行放大处理，相应的，如图9所示，所述天线设备还包括第二放大器29，射频开关22的第三连接端通过第二放大器29与天线25电性连接。

在实施中，第二放大器29可以是引入噪声较少的低噪声放大器，这是由于一方面，第二放大器29位于接收电路的前端，从电路的前端开始就注意噪声的引入，可以有效的减少噪声，另一方面，接收到的信号比较弱，如果再引入噪声，那么很可能会出现解调出来的信息不准确。所以，此处第二放大器29采用低噪声放大器，其放大倍数稍小如可达到10倍，但是放大过程中引入的噪声少。

基于上述所述，该信号收发系统在实际应用中的流程可以如图10所示，天线设备上电之后，技术人员可以首先设定信号的目标功率值，并设定该目标功率值对应的收敛范围，也即是，上述所述的功率值的预设范围，每次对天线设备上电之后，技术人员可以对目标功率值和预设范围进行调整，不调整的情况下，使用上次的调整情况，之后，技术人员再启动该天线设备。检波器将信号的功率值转换为电压值，并分别输送给比较器和第一单片机，第一单片机首先基于从比较器接收到的信号判断信号的类型，如果该信号属于接收信号，则不进行功率调整，如果该信号为发送信号，则进一步基于从检波器接收到的电压值判断当前功率值是否在预设范围内，如果在预设范围内，则不进行功率调整，并控制射频开关的第一连接端与第二连接端接通，如果当前功率不在预设范围内，则将功率差值发送给信号源设备，以使信号源设备基于功率差对信号收发器发出的信号的功率进行调整。信号收发器将调整好的信号发送给天线设备，则循环执行上述过程。

该信号收发系统在调整信号的功率时，与相关技术相比，所使用的元器件较少，例如，天线设备中没有射频衰减器，而且只使用一个检波器，这在硬件资源方面可以降低天线设备的成本。

本实用新型实施例中，该信号收发系统在调整信号的功率时，从信号产生的源头对信号的功率值进行调整，也即是，调整信号源设备向外发射的信号的功率值，信号源设备将调整后的信号发送给天线设备，这样，天线设备端无需再经过射频衰减器对信号的功率进行调整，这样信号源设备就无需因为射频衰减器而产生较多的功率损耗，进而，可以降低信号源设备的功耗。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由上面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种信号收发系统，其特征在于，所述信号收发系统包括信号源设备和天线设备，所述天线设备包括射频耦合器、射频开关、检波器、第一单片机和天线，其中：

所述信号源设备与所述射频耦合器的合波端电性连接；

所述射频耦合器的第一分波端与所述射频开关的第一连接端电性连接，所述射频耦合器的第二分波端与所述检波器电性连接；

所述天线分别与所述射频开关的第二连接端、所述射频开关的第三连接端电性连接；

所述第一单片机分别与所述信号源设备、所述检波器、所述射频开关的控制端电性连接。

2.根据权利要求1所述的信号收发系统，其特征在于，所述第一单片机，用于将所述检波器输出的功率值与预设的目标功率值的功率差值发送给所述信号源设备，或者向所述射频开关的控制端输出控制第一连接端和第二连接端导通的控制信号；

所述信号源设备，用于从所述第一单片机接收所述功率差值并调整发射功率。

3.根据权利要求2所述的信号收发系统，其特征在于，所述信号源设备包括信号收发器和第二单片机；

所述信号收发器分别与所述第二单片机、所述射频耦合器的合波端电性连接；

所述第二单片机与所述第一单片机电性连接；

所述信号源设备，用于通过所述第二单片机从所述第一单片机接收所述功率差值并调整发射功率。

4.根据权利要求3所述的信号收发系统，其特征在于，所述信号收发器为捷变收发器。

5.根据权利要求1所述的信号收发系统，其特征在于，所述天线设备还包括第一放大器，所述射频开关的第二连接端通过所述第一放大器与所述天线电性连接。

6.根据权利要求5所述的信号收发系统，其特征在于，所述天线设备还包括射频限幅器；

所述射频开关的第二端依次通过所述射频限幅器、所述第一放大器与所述天线电性连接。

7.根据权利要求1所述的信号收发系统，其特征在于，所述天线设备还包括第二放大器，所述射频开关的第三连接端通过所述第二放大器与所述天线电性连接。

8.根据权利要求7所述的信号收发系统，其特征在于，所述第二放大器为低噪声放大器。

9.根据权利要求1所述的信号收发系统，其特征在于，所述天线设备还包括比较器；

所述检波器通过所述比较器与所述第一单片机电性连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的信号收发系统，其特征在于，所述射频耦合器为射频功分器。