CN217037178U

CN217037178U - 一种v2x有源天线电路

Info

Publication number: CN217037178U
Application number: CN202220068221.2U
Authority: CN
Inventors: 隋榕华; 游龙星; 林伟; 黄盖
Original assignee: Flaircomm Microelectronics Inc
Current assignee: Flaircomm Microelectronics Inc
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2022-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-12

Abstract

本实用新型公开一种V2X有源天线电路，包括T‑BOX电路和天线电路；所述T‑BOX电路包括应用处理器、V2X模块、第一电源管理模块、第一射频收发器、第二射频收发器、低通滤波器、第一高通滤波器和第一功分器，所述天线电路包括微控制器、第二电源管理模块、第三射频收发器、第四射频收发器、步进衰减器、带通滤波器、单刀双掷开关、V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC、低通滤波器、第二高通滤波器和第二功分器。此种技术方案能够对V2X信号可调放大增益，可实现在天线端对V2X上行、下行信号进行同步与放大，补偿射频线束的损耗，增强V2X信号覆盖范围。同时，由于方案实现了单同轴线控制方案，降低了V2X天线的布线成本与布线难度。

Description

一种V2X有源天线电路

技术领域

本实用新型属于车联网技术领域，具体涉及一种V2X有源天线电路。

背景技术

所谓V2X，意为vehicle to everything，即车对外界的信息交换。车联网通过整合全球定位系统(GPS)导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向，实现手动驾驶和自动驾驶的兼容。

简单来说，搭配了该系统的车型，在自动驾驶模式下，能够通过对实时交通信息的分析，自动选择路况最佳的行驶路线，从而大大缓解交通堵塞。除此之外，通过使用车载传感器和摄像系统，还可以感知周围环境，做出迅速调整，从而实现“零交通事故”。例如，如果行人突然出现，可以自动减速至安全速度或停车。

然而，由于V2X使用了5.9GHz频点，在空间、线束上的损耗极大，并且受限于车体，影响了V2X的覆盖范围。在以往的三跨四跨测试中，车辆V2X实际的覆盖范围往往只有200～300m。V2X目前最常见的天线设计方案为双发双收方案。若V2X天线为无源天线，要求天线装配在车顶，射频线束为较短的超低损耗线材，以保持对车辆四周的覆盖，这对于汽车外形设计、成本都有很高的要求。另有设计方案，由于布置方案所限，必须使用较长射频线材连接，使用超低损耗线材成本太高，且效果不好，因此增加了类似GNSS天线方案类似的LNA放大器，单向放大V2X方案。但这样牺牲了V2X的上行信号，会产生覆盖死角，覆盖范围并不理想。因此，业界希望，能有对V2X上下行都进行放大的有源天线方案。

由于V2X是TDD方案，对V2X上下行信号都进行放大，需要令V2X天线与模块上行、下行同步切换，并且对上下行分别进行增益控制。如使用单独的控制信号线，由于其寄生电感电容，以及接口器件延迟，无法达到TDD发射与接收切换的同步时间要求。此外，由于车辆上所需的通讯距离，远远大于串口的可靠通讯距离。串口等通讯方案，也不能满足车载EMC的测试标准。因此，V2X双向有源天线，必须要有高可靠、低延迟、低成本的控制方案，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种V2X有源天线电路，能够对V2X信号可调放大增益，可实现在天线端对V2X上行、下行信号进行同步与放大，补偿射频线束损耗，增强V2X信号的覆盖范围。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种V2X有源天线电路，包括T-BOX电路和天线电路；

所述T-BOX电路包括应用处理器、V2X模块、第一电源管理模块、第一射频收发器、第二射频收发器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一高通滤波器和第一功分器，其中，第一电源管理模块为T-BOX电路中的各模块提供电源；应用处理器有3个端口，一个端口连接V2X模块，一个端口依次经过第一射频收发器、第一低通滤波器连接至第一功分器，一个端口依次经过第二射频收发器、第二低通滤波器连接至第一功分器；V2X模块还通过第一高通滤波器连接至第一功分器；第一功分器耦合至射频线缆；

所述天线电路包括微控制器、第二电源管理模块、第三射频收发器、第四射频收发器、步进衰减器、单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二带通滤波器、V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第二高通滤波器和第二功分器，其中，第二电源管理模块为天线电路中的各模块提供电源；微控制器有3个端口，一个端口依次经过第四射频收发器、第四低通滤波器连接至第二功分器，一个端口依次经过第三射频收发器、第三低通滤波器连接至第二功分器，一个端口连接步进衰减器；单刀双掷开关的切换端分别通过第一、第二带通滤波器连接V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC的PA端和LNA端，单刀双掷开关的另一端依次经由步进衰减器、第二高通滤波器连接至第二功分器；第二功分器通过天线射频端口连接射频线缆。

上述应用处理器采用高通M515系列处理器。

上述第二电源管理模块的输入为射频线缆上的12V电压，输出为5V、3.3V及1.8V电压。

上述V2X模块连接应用处理器的USB端口。

上述第二射频收发器连接应用处理器的SPI接口。

上述第四射频收发器连接微控制器的SPI接口，步进衰减器连接微控制器的I²C接口。

采用上述方案后，本实用新型可实现在天线端对V2X上行、下行信号进行同步与放大，补偿射频线束的损耗，增强V2X信号覆盖范围。同时，由于方案实现了单同轴线控制方案，降低了V2X天线的布线成本与布线难度。

附图说明

图1是本实用新型中T-BOX电路的架构图；

图2是本实用新型中天线电路的架构图；

图3是本实用新型中T-BOX电路的原理图；

图4是本实用新型中天线电路的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案及有益效果进行详细说明。

本实用新型提供一种V2X有源天线电路，包括T-BOX电路和天线电路，下面分别介绍。

如图1所示，是本实用新型中T-BOX电路的系统架构图，主要包括应用处理器AP、V2X模块、电源管理模块、射频收发器A，射频收发器B、低通滤波器(LPF)、功分器和高通滤波器(HPF)，各部分功能及特点介绍如下：

应用处理器AP，可采用高通M515系列处理器，用于V2X收发同步信号控制，发射与接收补偿使能，补偿值计算与发送，并控制电源的使能。

V2X模块，将AP通过USB接口传来的V2X消息包，调制与上变频成为V2X射频信号，并将接收到的V2X射频信号解调为V2X消息包，传给AP进行处理。

电源管理模块，用于为有源天线提供电源，通过扼流圈耦合至射频线缆。

射频收发器A，将V2X收发同步信号控制信号调制、变频至125MHz信号，并通过功分器耦合至射频线缆。

射频收发器B，将通过SPI接收到的发射与接收补偿使能、补偿值等信息，调制、变频至433MHz，并通过功分器耦合至射频线缆。

V2X的射频信号通过高通滤波器滤波后，通过功分器耦合至射频线缆。

如图2所示，是本实用新型中天线电路的系统架构图，主要包括：微控制器MCU，电源管理模块，射频收发器A，射频收发器B，可编程步进衰减器，单刀双掷开关(SPDT)，V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC，低通滤波器(LPF)，功分器，带通滤波器(BPF)和高通滤波器(HPF)，各部分功能及特点介绍如下：

微控制器MCU，选择能够支持SPI接口、I²C接口的型号，用于将接收到的发射接收补偿使能信号以及补偿值，通过I²C接口配置步进衰减器；

电源管理模块，将射频线缆上的12V电压，转化为5V、3.3V及1.8V提供至各个单元。

射频收发器A，将接收到的125MHz信号下变频与解调，得到V2X收发同步信号，提供至单刀双掷开关、V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC、MCU等单元。

射频收发器B，将接收到的433MHz信号下变频与解调，得到发射、接收补偿使能信号以及补偿值。

可编程步进衰减器，用于提供合适的衰减值，避免天线端PA输入饱和，控制V2X设备的输出功率；同时，根据接收机接收信号电平调整接收通路衰减，避免接收机饱和。

V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC，可将上行信号进行功率放大，并将接收到的小信号进行低噪声放大。

本实用新型能够实现V2X上行/下行的传输信号、内部同步信号处理，以及衰减补偿控制等功能，具体流程说明如下：

1)V2X上行/下行信号处理流程

V2X的本地报文，经过调制与上变频，由V2X模块产生5.9GHz射频信号。经过高通滤波器滤波后，通过功分器耦合至同轴射频线缆上；到达天线射频端口，通过功分器、高通滤波器，进入单刀双掷开关，经过带通滤波器、功率放大器放大后，通过天线单元辐射出去。

V2X的下行射频信号，通过V2X天线接收，低噪声放大器放大，带通滤波器滤除干扰，再依次经单刀双掷开关、步进衰减器、高通滤波器、功分器，耦合至射频线缆。到达T-BOX射频端口，依次经过功分器、高频滤波器，回到V2X模块，再经下变频、解调，生成V2X远端报文数据。

2)V2X上行/下行同步信号处理流程

V2X为TDD时分双工，上下行信号需严格按照时序进行切换。在T-BOX端处于发射状态时，天线端必须切换到发射通路，并使用PA将上行信号放大。在T-BOX端处于接收状态时，天线端必须切换到接收通路，并使用LNA将下行信号放大。

同步信号由AP产生，同时控制V2X模块，当其电平为高时，T-BOX端处于发射状态，由射频收发器A进行调制，得到125MHz射频信号，经过低通滤波器后耦合至同轴射频线缆。传输至天线射频端口后，通过功分器、低通滤波器、射频收发器A进行解调。

同步信号分别发送给单刀双掷开关、V2X功率放大器与低噪声放大器二合一IC、MCU，用于发送接收通路切换同步。

3)V2X上行/下行衰减补偿控制流程

用于V2X上行/下行信号动态衰减补偿，当处于V2X发射状态时，AP根据车载同轴线线损以及天线端PA输入信号大小要求，进行上行衰减补偿计算，而后AP将补偿值通过SPI、发射补偿使能信号，通过射频收发器B进行调制与上变频，得到433MHz射频信号，经过低通滤波器后耦合至同轴射频线缆。传输至天线射频端口后，通过功分器、低通滤波器、射频收发器B进行解调。

MCU接收到衰减控制信号后，通过I²C为可编程步进衰减器配置合适的衰减值，衰减值计算方法如下：

上行衰减值＝V2X模块发射功率(通常为23dBm)-同轴线损耗(不同车型需要标定)-天线端PA输入功率要求

下行衰减值＝天线端LNA增益-同轴线损耗(不同车型需要标定)-V2X模块接收通路输入功率要求

作为本实用新型的一个具体实施例，如图3和图4所示，实现各功能的具体处理流程说明如下：

1、V2X上行/下行信号处理

车辆实时信息，包含车速、车辆位置、本地时间等信息，在应用处理器U9按照V2X协议进行打包后，经过USB接口传至V2X模块U4，进行调制和上变频，得到5.9GHz TX射频信号。5.9GHz TX射频信号通过滤波器U3、功分器U2，到达射频连接器U1。U21同为射频连接器，U1与U21之间使用同轴射频线缆相连。射频信号到达U21后，经过U10功分器、U11高通滤波器，到达U12步进衰减器，U12受U20控制被配置成合适的衰减值。射频信号经过衰减后，到达单刀双掷开关U13，单刀双掷开关受V2X上下行同步信号控制，将开关打到发射通道，进入功率放大与低噪声放大器二合一芯片U14，进行放大后，到达陶瓷天线U15向无线空间辐射。

下行的V2X信号，通过天线U15接收信号，在功率放大与低噪声放大器二合一芯片U14，进行低噪声放大，单刀双掷开关U13被配置在接收通路，步进衰减器U12被配置为合适的接收衰减值，射频信号依次通过上述器件后，通过U10、U21耦合至同轴射频线，传输到T-BOX端。T-BOX端U3对下行信号进行滤波后，进入U4进行解调，得到周边车辆以及路测设备的V2X报文，经过处理器U9进行运算处理，触发各类V2X事件。

2、V2X上行/下行同步信号处理

U9将同步信号发送给V2X模块U4，以及射频收发器A U6，U6将同步信号调制为125MHz射频信号，通过低通滤波器U5、功分器U2、接口U1耦合至同轴射频线。天线端将125MHz射频信号滤波后，由射频收发器A U17进行解调，得到同步信号，并分别传输给单刀双掷开关U13、功率放大与低噪声放大器二合一芯片U14、MCU，进行同步控制。

3、V2X上行/下行衰减补偿处理

U9将上行/下行衰减补偿使能信号以及衰减补偿值，通过SPI发送给射频收发器BU8，U8将以上信息调制成为433MHz射频信号，按序通过低通滤波器U7、功分器U2、接口U1耦合至同轴射频线缆。天线端将433MHz射频信号滤波后，由射频收发器B U19进行解调，通过SPI传递给MCU，MCU将补偿信息通过I²C接口控制步进衰减器U12。

4、电源采用扼流圈直流耦合方法，从T-BOX端将12V电源传导至天线端，并在天线端通过DC/DC降压，提供给各个工作单元。

作为本实用新型的一个实施例，在实际应用中，由于车辆造型以及走线装配限制，T-BOX与鲨鱼鳍天线之间通常有较远的距离，此外，如果车辆无鲨鱼鳍，则需要将2个V2X天线分别布置在车身前后，或者车身左右，避免车身遮挡带来的信号盲区，因此，会有较长的传输线距离要求。对无源V2X天线方案，线束报价高，以5m线束为例，6GHz频点下，要求线束总体损耗低于2dB，即损耗低于0.4dB/m，5m线束报价上百元，而且由于低线损线束铜芯粗，造成线束整体重量大。而目前通用的射频线束，虽然便宜，5m长不到10元，然而在6GHz频点下，损耗2.2dB/m，5m将达到11dB损耗，无法用于V2X信号传输。如果改为使用短线束，则给覆盖、布置都带来各种限制和缺陷。

而基于本实用新型使用有源天线后，虽然提高了天线成本，但可以使用较便宜的线束，简化车身布置。更重要的是，由于天线端PA与LNA的存在，线束带来的信号损耗可以忽略不计。经试验，通过好的天线布置，通信距离可以由目前的200～300m提升至800～1000m。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种V2X有源天线电路，其特征在于：包括T-BOX电路和天线电路；

2.如权利要求1所述的一种V2X有源天线电路，其特征在于：所述应用处理器采用高通M515系列处理器。

3.如权利要求1所述的一种V2X有源天线电路，其特征在于：所述第二电源管理模块的输入为射频线缆上的12V电压，输出为5V、3.3V及1.8V电压。

4.如权利要求1所述的一种V2X有源天线电路，其特征在于：所述V2X模块连接应用处理器的USB端口。

5.如权利要求1所述的一种V2X有源天线电路，其特征在于：所述第二射频收发器连接应用处理器的SPI接口。

6.如权利要求1所述的一种V2X有源天线电路，其特征在于：所述第四射频收发器连接微控制器的SPI接口，步进衰减器连接微控制器的I²C接口。