CN210111991U - 一种零中频射频收发系统 - Google Patents

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武维静
苏强
杨强华
颜世桃
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Abstract

本实用新型属于微波通信技术领域，尤其涉及一种零中频射频收发系统。零中频射频收发系统包括天线模块、基带调制解调器、接收模块、差分放大模块、数控衰减模块以及发送模块。天线模块用于接收第一微波信号或发送第二微波信号；基带调制解调器用于接收第一基带差分信号或生成第二基带差分信号；接收模块用于根据接收的所述第一微波信号生成所述第一基带差分信号；差分放大模块用于对所述第一基带差分信号进行放大处理；数控衰减模块用于对所述第二基带差分信号进行功率调节；发送模块用于根据功率调节后的所述第二基带差分信号生成所述第二微波信号。形成零中频结构，结构链路较为简单，所需空间较小，集成度高。

Description

一种零中频射频收发系统
技术领域
本实用新型属于微波通信技术领域，尤其涉及一种零中频射频收发系统。
背景技术
微波通信使用的波长为1m-1mm，其工作频段在300MHz-300GHz。二十世纪九十年代初到如今，微波通信主要运用于低频段，从300MHz-4.8GHz。近些年由于工艺的提升与通信网络大容量，高速率的需求的进一步发展，微波通信使用的频段已迁移至20GHz-40GHz。考虑到目前微波通信在虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)、人工智能(ArtificialIntelligence，AI)、物联网、大数据、自动驾驶等领域的应用，对于通信网络的高稳定，易建设，宽频谱，高速率等要求越发突出。结合微波通信波长频段传输速率等特点，通信频段已出现向更高频段移动的趋势。
现有的微波通信设备多为20GHz-40GHz频段范围，频段较低，带宽窄且通信速率慢。而且现有的射频收发机多为超外差结构，原理是将天线接收到的高频信号经过放大、滤波和下变频转换到固定的中频，然后进行中频处理和解调。该接收机存在着镜像信号干扰和相邻信道干扰的问题，为了解决这些问题往往需要片外器件来实现滤波器，不利于提高集成度，对于整体结构来说通常更为复杂与笨重，使整机的便携性与易安装性大打折扣。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种零中频射频收发系统，旨在解决传统的微波通信设备中存在的频段较低、整机的便携性与易安装性差的问题。
一种零中频射频收发系统，所述零中频射频收发系统包括：
用于接收第一微波信号或发送第二微波信号的天线模块；
用于接收第一基带差分信号或生成第二基带差分信号的基带调制解调器；
与所述天线模块连接，用于根据接收的所述第一微波信号生成所述第一基带差分信号的接收模块；
与所述接收模块以及所述基带调制解调器连接，用于对所述第一基带差分信号进行放大处理的差分放大模块；
与所述基带调制解调器连接，用于对所述第二基带差分信号进行功率调节的数控衰减模块；
与所述数控衰减电路以及所述天线模块连接，用于根据功率调节后的所述第二基带差分信号生成所述第二微波信号的发送模块。
在其中一个实施例中，所述接收模块包括：
用于对接收的所述第一微波信号进行放大处理的低噪放大单元；
用于生成第一本振信号的第一锁相环；
与所述第一锁相环连接，用于对所述第一本振信号进行倍频处理的第一倍频单元；
与所述第一倍频单元以及所述差分放大模块连接，用于根据倍频处理后的所述第一本振信号和所述第一微波信号生成所述第一基带差分信号的混频分路单元。
在其中一个实施例中，还包括：
与所述第一锁相环连接，用于转发第一USB信号的第一USB接口；
与所述第一USB接口连接，用于根据所述第一USB信号生成第一参数信号的第一控制器；
所述第一锁相环具体用于根据所述第一参数信号生成预设频率的所述第一本振信号。
在其中一个实施例中，所述发送模块包括：
用于生成第二本振信号的第二锁相环；
与所述第二锁相环连接，用于对所述第二本振信号进行倍频处理的第二倍频单元；
与所述数控衰减模块以及所述第二倍频单元连接，用于根据倍频处理后的所述第二本振信号和功率调节后的第二基带差分信号生成所述第二微波信号的混频合路单元；
与所述混频合路单元以及所述天线模块连接，用于对所述第二微波信号进行放大处理的放大单元。
在其中一个实施例中，还包括：
与所述第二锁相环连接，用于转发第二USB信号的第二USB接口；
与所述第二USB接口连接，用于根据所述第二USB信号生成第二参数信号的第二控制器；
所述第二锁相环具体用于根据所述第二参数信号生成预设频率的所述第二本振信号。
在其中一个实施例中，所述天线模块包括：
与所述接收模块连接，用于接收所述第一微波信号的第一天线；
与所述发送模块连接，用于发送所述第二微波信号的第二天线。
在其中一个实施例中，所述第一天线的发送频段为71-76GHz，所述第二天线的接收频段为81-86GHz。
在其中一个实施例中，所述天线模块包括：
与所述接收模块以及所述发送模块连接，用于转发所述第一微波信号或所述第二微波信号的双工器；
与所述双工器连接，用于接收所述第一微波信号和发送所述第二微波信号的第三天线。
在其中一个实施例中，所述第三天线的收发频段为71-86GHz。
在其中一个实施例中，所述第三天线为微带贴片阵列天线。
上述的零中频射频收发系统，通过天线模块接收第一微波信号或发送第二微波信号，接收模块根据接收的第一微波信号生成第一基带差分信号，经过差分放大模块进行放大处理后，输出至基带调制解调器，同时，基带调制解调器还用于生成第二基带差分信号，经过数控衰减模块进行功率调节后，由发送模块根据功率调节后的第二基带差分信号生成第二微波信号，再由天线模块发出，实现对射频信号的收发，形成零中频结构，结构链路较为简单，所需空间较小，集成度高。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分电路原理示意图；
图3为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分电路原理示意图；
图4为图1所示的零中频射频收发系统中接收模块的结构示意图；
图5为图1所示的零中频射频收发系统中发送模块的结构示意图；
图6为图1所示的零中频射频收发系统中天线模块的结构示意图；
图7为图1所示的零中频射频收发系统中天线模块的结构示意图；
图8为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分结构示意图；
图9为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分电路原理示意图；
图10为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分结构示意图；
图11为本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的部分电路原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型实施例提供的零中频射频收发系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供了一种零中频射频收发系统，零中频射频收发系统包括天线模块10、基带调制解调器20、接收模块30、差分放大模块40、数控衰减模块50以及发送模块60。天线模块10用于接收第一微波信号或发送第二微波信号；基带调制解调器20用于接收第一基带差分信号或生成第二基带差分信号；接收模块30与天线模块10连接，用于根据接收的第一微波信号生成第一基带差分信号；差分放大模块40与接收模块30以及基带调制解调器20连接，用于对第一基带差分信号进行放大处理；数控衰减模块50与基带调制解调器20连接，用于对第二基带差分信号进行功率调节；发送模块60与数控衰减电路以及天线模块10连接，用于根据功率调节后的第二基带差分信号生成第二微波信号。
在本实施例中，通过天线模块10接收第一微波信号或发送第二微波信号，接收模块30根据接收的第一微波信号生成第一基带差分信号，经过差分放大模块40进行放大处理后，输出至基带调制解调器20，同时，基带调制解调器20还用于生成第二基带差分信号，经过数控衰减模块50进行功率调节后，由发送模块60根据功率调节后的第二基带差分信号生成第二微波信号，再由天线模块10发出，实现对射频信号的收发，形成零中频结构，结构链路较为简单，所需空间较小，集成度高。
如图2和图3所示，第一基带差分信号和第二差分信号均包括两对差分信号，接收模块30根据第一微波信号生成的第一基带差分信号通过接收同相差分信号端RX_I+、RX_I-以及接收正交差分信号端RX_Q+、RX_Q-四个端口输出，差分放大模块40的第一输入端VON、第二输入端VON2、第三输入端VOP以及第四输入端VOP2四个输入端口接收该第一基带差分信号，对该第一基带差分信号进行差分放大处理，并通过第一输出端VIN、第二输出端VIN2、第三输出端VIP以及第四输出端VIP2四个输出端口输出至基带调制解调器20。另一方面，数控衰减模块50包括四个数控衰减单元，具体来说，基带调制解调器输出的第二基带差分信号通过四个数控衰减单元进行功率调节，发送模块60通过发送同相差分信号端TX_I+、TX_I-以及发送正交差分信号端TX_Q+以及TX_Q-四个端口接收功率调节后的第二基带差分信号，生成第二微波信号，最终通过天线模块10发出。
如图2所示，在其中一个实施例中，接收模块30包括低噪放大单元31、第一锁相环32、第一倍频单元33以及混频分路单元34；低噪放大单元31用于对接收的第一微波信号进行放大处理；第一锁相环32用于生成第一本振信号；第一倍频单元33与第一锁相环32连接，用于对第一本振信号进行倍频处理；混频分路单元34与第一倍频单元以及差分放大模块40连接，用于根据倍频处理后的第一本振信号和第一微波信号生成第一基带差分信号。具体来说，接收模块30包括一个片上系统(System on Chip，SOC)和第一锁相环32，该SOC集成了低噪放大单元31、第一倍频单元33以及混频分路单元34三个功能模块，第一微波信号经由天线模块10传输到低噪放大单元31，经过低噪放大单元31进行放大处理后，再经过混频分路单元34进行分路处理，得到四路差分IQ模拟信号，同时，锁相环产生1/6频率的第一本振信号，送入第一倍频单元33进行6倍频处理，倍频处理后的第一本振信号与四路差分IQ信号进行混频，生成第一基带差分信号，第一基带差分信号通过差分放大模块40放大后，最终输出至基带调制解调器20。
如图6和图7所示，在其中一个实施例中，零中频射频收发系统还包括第一USB接口和第一控制器，第一USB接口与第一锁相环32连接，用于转发第一USB信号；第一控制器与第一USB接口连接，用于根据第一USB信号生成第一参数信号；第一锁相环32具体用于根据第一参数信号生成预设频率的第一本振信号。具体的，第一USB接口的第一数据端口D+和第一USB接口的第二数据端口D-连接第一控制器，将外部设备输出的第一USB信号转发至第一控制器，第一控制器根据第一USB信号生成第一参数信号，并通过第一控制器的主设备输出端LD_SDO、时钟信号端SCK、主设备输入端SDI以及选择端SEN四个信号输入输出端输出至第一锁相环32，控制第一锁相环32生成预设频率的第一本振信号，以此实现对第一锁相环32的频率配置与监控。其中，第一控制器采用单片机等可编程控制器件。
如图3所示，在其中一个实施例中，发送模块60包括第二锁相环62、第二倍频单元63、混频合路单元64以及放大单元61；第二锁相环62用于生成第二本振信号；第二倍频单元63与第二锁相环62连接，用于对第二本振信号进行倍频处理；混频合路单元64与数控衰减模块50连接，用于根据倍频处理后的第二本振信号和功率调节后的第二基带差分信号生成第二微波信号；放大单元61与混频合路单元64以及天线模块10连接，用于对第二微波信号进行放大处理。具体来说，接收模块30同样包括一个片上系统(System on Chip，SOC)和第一锁相环32，该SOC集成了第二倍频单元63、混频合路单元64以及放大单元61三个功能模块。基带调制解调器20输出的四路第二基带差分信号通过高速插件输出至数控衰减模块50，经数控衰减进行衰减处理后，进入混频合路单元64，进行合路处理，生成RF信号，同时，第二锁相环62产生1/6频率的第二本振信号，送入第二倍频单元63进行6倍频处理，倍频处理后的第二本振信号与RF信号进行混频，生成第二微波信号，第二微波信号通过放大单元61放大后，最终输出至天线模块10进行发射。
如图8和图9所示，在其中一个实施例中，零中频射频收发系统还包括第二USB接口和第二控制器，第二USB接口与第二锁相环62连接，用于转发第二USB信号；第二控制器与第二USB接口连接，用于根据第二USB信号生成第二参数信号；第二锁相环62具体用于根据第二参数信号生成预设频率的第二本振信号。具体的，第二USB接口的第一数据端口D+和第二USB接口第二数据端口D-连接第二控制器，将外部设备输出的第二USB信号转发至第二控制器，第二控制器根据第二USB信号生成第二参数信号，并通过第二控制器的主设备输出端LD_SDO、时钟信号端SCK、主设备输入端SDI以及选择端SEN四个信号输入输出端输出至第二锁相环62，控制第二锁相环62生成预设频率的第二本振信号，以此实现对第二锁相环62的频率配置与监控。其中，第二控制器采用单片机等可编程控制器件。
如图4所示，在其中一个实施例中，天线模块10包括第一天线11和第二天线12，第一天线11与接收模块30连接，用于接收第一微波信号；第二天线12与发送模块60连接，用于发送第二微波信号。在其中一个实施例中，第一天线11的发送频段为71-76GHz，第二天线12的接收频段为81-86GHz。由于零中频射频收发系统的接收频段和发送频段间隔较宽，收发天线采用独立的71-76GHz与81-86GHz天线，减少收发天线之间的干扰。在其中一个实施例中，第一天线11和第二天线12采用微带贴片阵列天线。
如图5所示，在其中一个实施例中，天线模块10包括双工器13和第三天线14，双工器13与接收模块30以及发送模块60连接，用于转发第一微波信号或第二微波信号；第三天线14与双工器13连接，用于接收第一微波信号和发送第二微波信号。在其中一个实施例中，第三天线14的收发频段为71-86GHz。天线为71-86GHz频段的宽带天线，通过双工器13与接收模块30以及发送模块60连接，提高系统集成度，简化天线结构。在其中一个实施例中，第三天线14采用微带贴片阵列天线。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种零中频射频收发系统，其特征在于，所述零中频射频收发系统包括：
用于接收第一微波信号或发送第二微波信号的天线模块；
用于接收第一基带差分信号或生成第二基带差分信号的基带调制解调器；
与所述天线模块连接，用于根据接收的所述第一微波信号生成所述第一基带差分信号的接收模块；
与所述接收模块以及所述基带调制解调器连接，用于对所述第一基带差分信号进行放大处理的差分放大模块；
与所述基带调制解调器连接，用于对所述第二基带差分信号进行功率调节的数控衰减模块；
与所述数控衰减电路以及所述天线模块连接，用于根据功率调节后的所述第二基带差分信号生成所述第二微波信号的发送模块。
2.如权利要求1所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述接收模块包括：
用于对接收的所述第一微波信号进行放大处理的低噪放大单元；
用于生成第一本振信号的第一锁相环；
与所述第一锁相环连接，用于对所述第一本振信号进行倍频处理的第一倍频单元；
与所述第一倍频单元以及所述差分放大模块连接，用于根据倍频处理后的所述第一本振信号和所述第一微波信号生成所述第一基带差分信号的混频分路单元。
3.如权利要求2所述的零中频射频收发系统，其特征在于，还包括：
与所述第一锁相环连接，用于转发第一USB信号的第一USB接口；
与所述第一USB接口连接，用于根据所述第一USB信号生成第一参数信号的第一控制器；
所述第一锁相环具体用于根据所述第一参数信号生成预设频率的所述第一本振信号。
4.如权利要求1所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述发送模块包括：
用于生成第二本振信号的第二锁相环；
与所述第二锁相环连接，用于对所述第二本振信号进行倍频处理的第二倍频单元；
与所述数控衰减模块以及所述第二倍频单元连接，用于根据倍频处理后的所述第二本振信号和功率调节后的第二基带差分信号生成所述第二微波信号的混频合路单元；
与所述混频合路单元以及所述天线模块连接，用于对所述第二微波信号进行放大处理的放大单元。
5.如权利要求4所述的零中频射频收发系统，其特征在于，还包括：
与所述第二锁相环连接，用于转发第二USB信号的第二USB接口；
与所述第二USB接口连接，用于根据所述第二USB信号生成第二参数信号的第二控制器；
所述第二锁相环具体用于根据所述第二参数信号生成预设频率的所述第二本振信号。
6.如权利要求1所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述天线模块包括：
与所述接收模块连接，用于接收所述第一微波信号的第一天线；
与所述发送模块连接，用于发送所述第二微波信号的第二天线。
7.如权利要求6所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述第一天线的发送频段为71-76GHz，所述第二天线的接收频段为81-86GHz。
8.如权利要求1所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述天线模块包括：
与所述接收模块以及所述发送模块连接，用于转发所述第一微波信号或所述第二微波信号的双工器；
与所述双工器连接，用于接收所述第一微波信号和发送所述第二微波信号的第三天线。
9.如权利要求8所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述第三天线的收发频段为71-86GHz。
10.如权利要求8所述的零中频射频收发系统，其特征在于，所述第三天线为微带贴片阵列天线。
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