CN210405314U - 一种机载跳频射频前端电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机载跳频射频前端电路，包括第一射频开关和第二射频开关组成的闭环链路，闭环链路包括以第一射频开关为接收端，第二射频开关为发送端的用于向天线传输放大处理好的射频信号的发送支路，以及以第二射频开关为接收端，第一射频开关为发送端的用于传输射频信号的接收支路。本实用新型通过控制两个射频开关进行射频信号发送和接收链路的选择，实现了收发链路的合二为一，电路集成度高，体积小，隔离度良好，电路不容易出现自激等不稳定现象，保障了电路工作的稳定性。

Description

一种机载跳频射频前端电路

技术领域

本实用新型涉及通信设备电路设计和无人机航空领域，具体地说涉及一种机载跳频射频前端电路。

背景技术

跳频通信因其具有抗干扰能力强的特点而成为通信系统研究的热点，在跳频电台中，收发信机射频前端是关键部件，它的优劣直接影响到整个通信系统的质量。

无人机内部空间紧凑；振动冲击温度等条件恶劣，电磁环境面临较大挑战，设备可靠性、安全性和维修性要求高，这就要求机载设备电路低耗、高效、小体积、高线性度。

电台射频前端的实现往往采用收发链路分开的模式，这种设计方式比较简单直接，但导致电路系统的体积较大且重，如提高集成度则面临电器元件之间隔离性不足的问题。

发明内容

发明目的：本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、稳定高效的基于复式收发链路复用的机载跳频射频前端电路。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种机载跳频射频前端电路，连接天线和中频处理电路，包括第一射频开关和第二射频开关组成的闭环链路，所述第一射频开关与中频处理电路连接，所述第二射频开关与天线连接；所述闭环链路包括以第一射频开关为接收端，第二射频开关为发送端的用于传输射频信号的发送支路，以及以第二射频开关为接收端，第一射频开关为发送端的用于传输射频信号的接收支路；所述发送支路和接收支路设有若干功率放大器和相应的滤波电路，所述接收支路还设有限幅器。

对于发送支路，所述的接收端是指中频信号的接收端，在发送支路应当理解为该支路的信号传输起点，所述的发送端是指射频信号的发送端，在发送支路应当理解为该支路的信号传输终点。对于接收支路，所述的接收端是指射频信号的接收端，在该支路应当理解为信号传输起点，所述的发送端是指中频信号的发送端，在该支路应当理解为信号的传输终点。

本实用新型在默认情况下处于接收状态，第一射频开关和第二射频开关切换到接收支路，天线接收到的信号通过第二射频开关，经限幅器、功率放大器和相应的滤波电路，经第一射频开关传输到下级处理电路（中频处理电路）。当无人机需要通过天线发送射频信号时，第一射频开关和第二射频开关选择切换到发送支路，对来自中频处理电路的中频信号进行放大、滤波等处理，经第二射频开关再通过天线发射出去。

所述第一射频开关和第二射频开关优选PE42821芯片。该芯片是适合100~2700MHz的单刀双掷射频开关，具有高功率处理能力、高线性度、低插入损耗、4us的快速开关时间等特点。

收发信号切换是基于两个射频开关的同时切换实现的，有效保证了收发间的隔离度。优选地，所述发送支路采用三级功率放大器设计，从接收端依次设有前置放大器、第一声表滤波器、第一衰减电路、二级功率放大器和三级功率放大器。三级放大增益和滤波设计，使功率放大器尽量工作在线性区域，在具有高增益的前提下，有效降低了自激风险。所述第一衰减电路用于减小自激风险，至少包括连接第一声表滤波器的电容组件、若干电阻组件和一个电感组件。

优选地，前置放大器选用MAV-11BSM+芯片，该功率放大器具有卓越的电压驻波比（其典型值1.2:1）、中等增益、输出功率18dBm，工作温度可达85℃，频带可覆盖50Hz~1000MHz。

二级功率放大器优选用PHA-13HLN+芯片，该功率放大器是一款宽频带、低噪声、高P1dB的放大器，频带可覆盖1M~1GHz（包含了UHF频段），0.5GHz时噪声1.1dB，P1dB是28.7dBm。

三级功率放大器优选用RA13H8891MB芯片，该功率放大器为一个13瓦的射频MOSFET放大器模块，频率范围880~915MHz，具有低功耗的控制电流，在VGG=5V时，IGG=1mA。

第一声表滤波器选用包括但不限于HDF896E SMD-4芯片，该芯片中心频率为896MHz，输入输出电阻50Ω，通带插损最大3.5dB，通带纹波最大1.3 dB，工作温度最高可达85℃。

优选地，所述第一声表滤波器的输入端设有第一滤波电路。

优选地，所述二级功率放大器的输出端设有一个偏置电路。偏置电路的去耦设计为放大器的稳定工作提供了有力保障，使得系统稳定，不易出现自激等不稳定现象，偏置电路至少设有一个电感、一个电阻、若干电容并外接电源。

进一步地，所述二级功率放大器输出端设有匹配电路，所述匹配电路的输出端与三级功率放大器连接。匹配电路设有多个阻抗匹配电容和电感元器件，配合微带电路设计，对各个元器件的输入输出阻抗在工作频率范围内进行良好匹配。

所述接收支路从接收端依次设有限幅器、低噪放大器、第二声表滤波器、第二衰减电路。该设计通过限幅器、第二衰减电路与放大器的结合的方式来调整信号强度，有效地增加了信号接收动态范围。

所述限幅器优选用Mini Circuits的RLM-43-5W+芯片，用于对大的接收信号进行限幅，防止功放信号泄露烧毁后端的低噪放芯片，其频率范围为20-4000MHz,插入损耗为0.36dB，工作温度为-40~85℃。

所述低噪放大器优选用SPF5043Z芯片，其工作频率范围：50MHz~4000MHz，具有超低噪声（900MHz时0.8dB）、高增益（900MHz时18.2dB）、高线性度（1900MHz时OIP3=35dBm）的特点，最高工作温度可达85℃。

优选地，所述第二声表滤波器的输入端设有第二滤波电路。

本实用新型所述的第二声表滤波器优选用SF8009射频声表滤波器，其标准频率范围为823~2655MHz，中心频率842.5MHz，插入损耗：1.8~3.4dB。

有益效果：本实用新型的电路通过控制两个射频开关进行射频信号发送和接收链路的选择，实现了收发链路的合二为一，电路集成度高，体积小，隔离度良好。接收支路和发送支路通过选择合适的放大器芯片、使用合适的衰减电路和偏置电路等，使得放大器尽量工作在线性区域，电路不容易出现自激等不稳定现象，保障了电路工作的稳定性。

附图说明

图1是实施例1的电路设计示意图；

图2为实施例1中第一射频开关的局部电路图；

图3是实施例1中发送支路的第一射频开关输出端至二级功率放大器输入端的局部电路图；

图4是实施例1中二级功率放大器输入端至第二射频开关输入端的局部电路图；

图5为实施例1中第二射频开关的局部电路图；

图6是实施例1中接收支路的第二射频开关输出端至第一射频开关输入端的局部电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种机载跳频射频前端电路，包括第一射频开关U1和第二射频开关U2组成的闭环链路，第一射频开关U1与中频处理电路连接，第二射频开关U2与天线连接。闭环链路根据发送端的不同，包括用于传输射频信号的发送支路，以及用于传输射频信号的接收支路。

请结合图1至图4所示，发送支路以第一射频开关U1为接收端，向右依次连接有前置放大器U7、第一滤波电路1、第一声表滤波器U8、第一衰减电路2、二级功率放大器U9、偏置电路3、匹配电路4、三级功率放大器U10，至第二射频开关U2的发送端，然后由天线7发射出去。

请结合图1、图5、图6所示，接收支路以第二射频开关U2为接收端，向左依次连接有限幅器U6、低噪放大器U5、第二滤波电路5、第二声表滤波器U4、第二衰减电路6，至第一射频开关U1的发送端，然后传递到中频处理电路8。

第一射频开关U1和第二射频开关U2都是PE42821芯片，是适合100~2700MHz的单刀双掷射频开关，具有高功率处理能力、高线性度、低插入损耗、4us的快速开关时间等特点。

发送支路请具体参见图2至图4所示，中频信号接入到第一射频开关U1的28号引脚，然后通过其23号引脚，连接到前置放大器U7（MAV-11BSM+芯片）的1 号引脚，被放大后的信号通过前置放大器U7的3号引脚连接到第一声表滤波器U8（HDF896E SMD-4）的2号引脚，再通过第一声表滤波器U8的5号引脚输出到第一衰减电路2。第一衰减电路2通过电容C33连接到电阻R13、R14的一脚，电阻R13的另一脚直接接地，电阻R14的另一脚连接到电感L5和电阻R15的一脚，电阻R15的另一脚直接接地，该衰减电路通过选用合适的电阻值来进行分压。图3还可看到前置放大器U7的输出端还设有由电感L4、若干电阻和电容组成的第一滤波电路1。

图4进一步展示了发送支路二级放大器U9输入端到第二射频开关U2输入端之间的电路。二级功率放大器U9的输出端同时连有偏置电路3和匹配电路4。偏置电路3由电容C36、C37、C39和电感L6组成，电感L6的一脚连接到二级功率放大器U9的输出脚，一脚连接到+8V电源以及电容C36、C37、C39的正极，电容C36、C37、C39的负极接地。匹配电路由电容C41~C49，电感L7和电阻R17组成，电容C41、C43、C44、C45、C48、C49的正极连接到电容C40的一脚（来自二级功率放大器U9的输出脚），同时连接到电阻R17和三级功率放大器U10的1号引脚，其负极接地；电阻R17的另一脚连接到电容C42和电感L7的一脚，电容C42的另一脚接地，电感L7的另一脚连接到VGS（栅极电源）以及电容C46、C47的正极，电容C46、C47的负极接地。

三级功率放大器U10的4号引脚连接至第二射频开关U2的13号引脚，进而通过其28号引脚将放大处理后的射频信号从天线7发射出去。

接收支路具体参见图5、图6所示，第二射频开关U2的28号引脚接收到来自天线的射频信号，再由23号引脚传递给限幅器U6的1号引脚，限幅器U6（RLM-43-5W+芯片）的4号引脚连接到低噪放大器U5（SPF5043Z芯片）的3号引脚，信号被放大后经由低噪放大器U5的1号引脚输出到第二声表滤波器U4（SF8009）的2号引脚，第二声表滤波器U4的5号引脚再将信号连接到第二衰减电路6。其中，低噪放大器U5的输出端还连接有第二滤波电路5，其由电感L8和若干电阻、电容组成。第二衰减电路6设于下级处理电路（即中频处理电路8的输入端），可减小自激风险，其具体配置是：第二声表滤波器U4的输出端通过电容C4连接到电阻R5、R6的一脚，电阻R5的另一脚直接接地，电阻R6的另一脚连接到电容C3和电阻R4的一脚，电阻R4的另一脚直接接地，电容C3的另一脚连接到第一射频开关U1的2号引脚，至此，接收到的射频信号转化成中频信号由第一射频开关U1的28脚输送给中频处理电路。

Claims (8)

1.一种机载跳频射频前端电路，连接天线和中频处理电路，其特征在于：包括第一射频开关和第二射频开关组成的闭环链路，所述第一射频开关与中频处理电路连接，所述第二射频开关与天线连接；所述闭环链路包括以第一射频开关为接收端，第二射频开关为发送端的用于传输中频信号的发送支路，以及以第二射频开关为接收端，第一射频开关为发送端的用于传输射频信号的接收支路；所述发送支路和接收支路设有若干功率放大器和滤波电路，所述接收支路还设有限幅器。

2.根据权利要求1所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述发送支路从接收端依次设有前置放大器、第一声表滤波器、第一衰减电路、二级功率放大器和三级功率放大器。

3.根据权利要求2所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述接收支路从接收端依次设有限幅器、低噪放大器、第二声表滤波器、第二衰减电路。

4.根据权利要求3所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述第一声表滤波器的输入端设有第一滤波电路。

5.根据权利要求4所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所示二级功率放大器的输出端设有一个偏置电路。

6.根据权利要求5所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述二级功率放大器输出端设有匹配电路，所述匹配电路的输出端与三级功率放大器连接。

7.根据权利要求6所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述第二声表滤波器的输入端设有第二滤波电路。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种机载跳频射频前端电路，其特征在于：所述第一射频开关和第二射频开关为PE42821芯片。

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