CN217508766U - 一种卫星信号收发及射频分发电路和卫星接收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卫星信号收发及射频分发电路和卫星接收系统，包括三路功分器；其中，第一功分器连接射频信号的接收通道和发射通道，通过功率分配与合成将发射通道的射频信号传送至天线，或者将所述天线接收到的射频信号传输至接收通道；第二功分器将所述接收通道一分为二，一路形成本机接收通道，传输接收到的射频信号，另外一路形成射频分发通道；第三功分器将所述射频分发通道传输的射频信号一分为二，形成两路射频分发信号。本实用新型采用三级功分器进行频率分配，可以形成一路短报文发射通道和三路射频接收通道，在满足卫星接收系统正常工作的同时，可以额外配置两个卫星接收机与系统一同使用，满足北斗三号卫星导航系统的使用需求。

Description

一种卫星信号收发及射频分发电路和卫星接收系统

技术领域

本实用新型属于通信卫星导航技术领域，具体地说，是涉及一种可以对卫星信号实现接收、发射与射频分发的电路。

背景技术

北斗三号卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，可以为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航、测速和授时服务。

北斗三号卫星导航系统在使用过程中，通常需要配合多个卫星接收设备一同使用，这就要求北斗三号卫星导航系统必须具有射频信号的分发功能，并且需要保证被分发的卫星信号具有足够高的功率，以确保并联使用的多个卫星接收设备能够正常工作。因此，具有高增益、高线性度的射频分发电路的设计尤为重要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种卫星信号收发及射频分发电路，通过对射频信号接收通道进行功率分配，可以在保证本机卫星信号正常接收和发射的同时，额外提供两路射频分发通道，以满足其他卫星接收设备对卫星信号的正常接收需求。

为了实现上述设计目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种卫星信号收发及射频分发电路，包括三路功分器；其中，第一功分器连接射频信号的接收通道和发射通道，通过功率分配与合成将发射通道的射频信号传送至天线，或者将所述天线接收到的射频信号传输至接收通道；在所述发射通道中设置有第一低噪声放大器，用于对待发射的射频信号进行功率放大处理后，发送至所述第一功分器；第二功分器将所述接收通道一分为二，一路形成本机接收通道，传输接收到的射频信号，另外一路形成射频分发通道；第三功分器将所述射频分发通道传输的射频信号一分为二，形成两路射频分发信号。

在本申请的一些实施例中，可以在所述发射通道中配置声表面滤波器，用于接收待发射的短报文信号，并对所述短报文信号进行滤波处理后，发送至所述第一低噪声放大器的输入端。

在本申请的一些实施例中，可以选择中心频率为1618MHz、带通范围在1610MHz~1626MHz之间的带通滤波器作为所述声表面滤波器，这样不仅可以保证L波段全球短报文及区域短报文信号正常通过，而且可以对接收到的相应频点信号具有较强的抑制作用，确保通道之间相互影响达到最低，提高了通道间的隔离度。

在本申请的一些实施例中，优选在所述发射通道中进一步配置第一衰减器和第二衰减器；将第一衰减器连接在所述声表面滤波器与第一低噪声放大器的输入端之间，不仅可以调节通道的增益，还可以确保低噪的线性度，防止第一低噪声放大器信号饱和；将第二衰减器连接在所述第一功分器与第一低噪声放大器的输出端之间，不仅可以调节通道增益，还可以调节第一功分器和第一低噪声放大器之间的阻抗匹配，避免自激。

在本申请的一些实施例中，可以在所述第一功分器与第二功分器之间连接阻抗匹配电路，以用于对两级驻波比进行调节。

在本申请的一些实施例中，可以在所述本机接收通道中配置第二低噪声放大器和第三衰减器；其中，第二低噪声放大器用于对本机接收通道传输的射频信号进行功率放大处理；第三衰减器连接在所述第二功分器与第二低噪声放大器的输入端之间，不仅可以调节通道的增益，还可以调整所述第二功分器和第二低噪声放大器之间的阻抗达到匹配状态，以避免出现自激。

在本申请的一些实施例中，可以在所述射频分发通道中配置第三低噪声放大器和第四衰减器；其中，第三低噪声放大器用于对射频分发通道传输的射频信号进行功率放大处理；第四衰减器连接在所述第二功分器与第三低噪声放大器的输入端之间，不仅可以调节通道的增益，还可以对所述第二功分器和第三低噪声放大器进行阻抗匹配，避免自激。

在本申请的一些实施例中，优选配置所述第一功分器和第二功分器的工作频率范围在0.6GHz~2.9GHz之间，以确保S频点的射频信号（中心频率为2.491GHz的射频信号）通过，完成北斗导航卫星系统RDSS的接收功能。

在本申请的一些实施例中，由于射频分发通道不需要接收RDSS的S频点卫星信号，只需要接收区域导航卫星系统RNSS的频点卫星信号，完成定位功能即可，因此，可以配置第三功分器的工作频率范围在1GHz~2GHz之间。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种卫星接收系统，配置有卫星信号收发及射频分发电路；所述卫星信号收发及射频分发电路包括三路功分器；其中，第一功分器连接射频信号的接收通道和发射通道，通过功率分配与合成将发射通道的射频信号传送至天线，或者将所述天线接收到的射频信号传输至接收通道；第二功分器将所述接收通道一分为二，一路形成本机接收通道，传输接收到的射频信号，另外一路形成射频分发通道；第三功分器将所述射频分发通道传输的射频信号一分为二，形成两路射频分发信号。

在本申请的一些实施例中，所述卫星接收系统为北斗三号卫星导航系统，配置有三个卫星接收机，其中一个为本地接收机，连接所述发射通道和本机接收通道，另外两个卫星接收机分别接收通过所述第三功分器输出的两路射频分发信号，以满足北斗三号卫星导航系统在使用过程中需要多个卫星接收机配合一同使用的需求。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型采用三级功分器进行频率分配，形成一路短报文发射通道和三路射频接收通道，且三路接收通道可以同时完成卫星信号的正常接收，继而在满足卫星接收系统正常工作的同时，可以额外配置两个卫星接收机与系统一同使用，这对于北斗三号卫星导航系统而言，完全可以满足其使用需求。此外，本实用新型利用第一功分器将发射通道与接收通道完全分离，并在短报文发射通道配置具有高增益、高线性度的第一低噪声放大器，这样可以保证短报文发射通道具有高线性度的特点，最大输出功率可达10dBm，适用于天线功放通道增益较低的使用环境。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的卫星信号收发及射频分发电路的一种实施例的电路原理框图；

图2是本实用新型所提出的卫星信号收发及射频分发电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本实施例针对北斗三号卫星导航系统，设计卫星信号收发及射频分发电路，通过配置三级功分器（分别为第一功分器U1、第二功分器U5和第三功分器U4），形成一路短报文发射通道和三路射频接收通道，以满足北斗三号卫星导航系统在运行过程中需要额外配置两个卫星接收机与其一同使用的工作需求。

在本实施例中，第一功分器U1用于射频信号的功率分配及合成，主要作用是将射频信号的接收通道与发射通道合为一个通道，连接天线，通过天线实现射频信号的无线发射与接收。

第二功分器U5的作用是将射频信号的接收通道一分为二，分别用于本机射频信号的接收以及射频分发。即，利用第二功分器U5对接收通道中的射频信号进行功率分配，形成两路射频信号，一路通过本机接收通道向北斗三号卫星导航系统的本地接收机传输接收到的射频信号，另外一路通过射频分发通道传输至第三功分器U4，以用于对接收到的射频信号作进一步分配。

第三功分器U4的作用是将通过射频分发通道传输的射频信号一分为二，形成两路射频分发信号，分别传输至额外配置的两个卫星接收机，以配合北斗三号卫星导航系统一起使用。

为了使本实施例的卫星信号收发及射频分发电路中的各射频信号传输通道间具有高隔离度和高线性度，如图1所示，首先，利用第一功分器U1将射频信号的发射通道和接收通道完全分离;然后,针对射频信号的发射通道，配置声表面滤波器U6和第一低噪声放大器U2，并在第一低噪声放大器U2的输入端和输出端分别配置衰减器，以完成对短报文发射信号的滤波以及功率放大处理，同时对通道增益实现控制。针对射频信号的接收通道，首先，利用第二功分器U5将本机接收通道和射频分发通道分离开；然后，针对本机接收通道配置第二低噪声放大器U7和衰减器，对传输至本地接收机的射频信号进行功率放大处理，并完成通道的增益控制；针对射频分发通道，配置第三低噪声放大器U3和衰减器，对第二功分器U5进行功率分配后输出的射频信号进行功率放大处理，并完成射频分发通道的增益控制；然后，利用第三功分器U4对射频分发通道进行一分为二，形成两路射频分发信号。采用这种电路结构设计，可以使发射通道具有极高的线性度。当发射通道发射短报文信号时，可以避免出现因有部分发射信号泄漏到射频分发通道中，造成射频分发通道中的第三低噪声放大器U3饱和，进而影响射频分发通道正常接收射频信号的问题。并且，该电路设计在保证射频分发信号正常接收的同时，可以使短报文发射端具有高达10dBm左右的发射功率，适合应用在天线功放通道增益较低的使用环境中。

下面结合图2，详细阐述本实施例的卫星信号收发及射频分发电路的具体构成。

图2中，第一功分器U1的合成端IN/SUM通过串联的隔直电容C1连接天线，通过天线接收到的射频信号可以经由第一功分器U1的合成端IN/SUM传输至第一功分器U1的其中一个分配端2，将分配端2连接至接收通道，以将天线接收到的射频信号向卫星接收机传送。将第一功分器U1的另外一个分配端1连接至发射通道，接收本地接收机发送的短报文信号TX，并通过第一功分器U1的合成端IN/SUM传送至天线，以向卫星发射短报文数据。

在发射通道中，通过本地接收机发送的短报文信号TX首先传输至声表面滤波器U6进行滤波处理。在本实施例中，声表面滤波器U6可以选用中心频率为1618MHz、通带范围为1610MHz~1626MHz的带通滤波器，以保证L波段的全球短报文信号及区域短报文信号均能通过，同时对接收到的相应频点信号具有较强抑制作用，确保通道之间相互影响达到最低，避免接收通道与射频分发通道中的低噪声放大器U7、U3被推至饱和状态。

短报文信号TX经由声表面滤波器U6进行带通滤波处理后，通过第一衰减器传输至第一低噪声放大器U2的输入端RFIN，利用第一低噪声放大器U2对短报文信号TX进行功率放大处理后，通过第一低噪声放大器U2的输出端RFOUT输出，并经由第二衰减器传输至第一功分器U1的分配端1。

在本实施例中，第一衰减器和第二衰减器均可以设计出π型衰减网络，在对发射通道的增益实现调节的同时，完成第一低噪声放大器U2与声表面滤波器U6以及第一功分器U1之间的阻抗匹配。

作为一种优选实施例，所述π型衰减网络优选采用三个电阻连接而成。如图2所示，例如：电阻R37、R402、R403以π型连接的方式构成第一衰减器，连接在声表面滤波器U6的输出端OUT与第一低噪声放大器U2的输入端RFIN之间，通过调节电阻R37、R402、R403的阻值，不仅可以对通道增益进行调节，而且可以调整声表面滤波器U6与第一低噪声放大器U2的阻抗达到匹配状态，确保第一低噪声放大器U2的线性度，防止第一低噪声放大器U2信号饱和。同理，电阻R1、R2、R3以π型连接的方式构成第二衰减器，连接在第一低噪声放大器U2的输出端RFOUT与第一功分器U1的分配端1之间，通过调节电阻R1、R2、R3的阻值，不仅可以调节通道增益，而且可以实现第一低噪声放大器U2与第一功分器U1之间的阻抗匹配，避免自激。

在接收通道中，首先在第一功分器U1的分配端2与第二功分器U5的合成端IN/SUM之间连接阻抗匹配电路，例如由电容C324、C325、C326连接而成的π型阻抗匹配网络，以对两级功分器的驻波进行调节，并实现第一功分器U1与第二功分器U5之间的阻抗匹配。将第二功分器U5的其中一个分配端1连接至本机接收通道，另外一个分配端2连接至射频分发通道，利用第二功分器U5对射频接收信号进行功率分配，分成两路射频信号，分别传输至本机接收通道和射频分发通道。

在本机接收通道中，本实施例设置第二低噪声放大器U7对接收到的射频信号进行功率放大处理，以提高本地接收机的信噪比。将第二低噪声放大器U7的输入端RFIN通过第三衰减器连接至第二功分器U5的分配端1，所述第三衰减器可以是由电阻R406、R407、R408构成的π型衰减网络，以用于通道增益的调节以及第二低噪声放大器U7与第二功分器U5之间阻抗匹配的调整。将第二低噪声放大器U7的输出端RFOUT通过串联的隔直电容C267连接至本地接收机，以向本地接收机传送接收信号RX。

在射频分发通道中，本实施例设置第三低噪声放大器U3对接收到的射频信号进行功率放大处理，以提高额外配置的卫星接收机的信噪比。将第三低噪声放大器U3的输入端RFIN通过第四衰减器连接至第二功分器U5的分配端2，所述第四衰减器可以是由电阻R43、R45、R46构成的π型衰减网络，以用于通道增益的调节以及第三低噪声放大器U3与第二功分器U5之间阻抗匹配的调整。将第三低噪声放大器U3的输出端RFOUT连接至第三功分器U4的合成端IN，利用第三功分器U4进行功率分配，以实现两路射频分发功能。通过第三功分器U4分配形成的两路射频分发信号RF1、RF2，分别经由隔直电容C34、C39隔离掉其中的直流成分后，对应传送至另外两个卫星接收机，以配合本地接收机一同完成北斗三号卫星导航系统的卫星信号收发任务。

本实施例中，优选采用型号为FW1112的高增益、高线性度、低噪声的功率放大芯片作为第一低噪声放大器U2、第二低噪声放大器U7和第三低噪声放大器U3，其增益在0.7GHz~4.0GHz频率范围内均大于19dB，平均噪声系数为0.35dB，P1dB（1 dB 压缩点）为22.5dB。连接在低噪声放大器U2、U7、U3周围的电阻、电容和电感为保证低噪声放大器能够正常工作所配置的匹配网络。

在本实施例中，优选配置第一功分器U1和第二功分器U5的工作频率范围在0.6GHz~2.9GHz之间。之所以选择这个频率范围的功分器，是因为这两个功分器要确保S频点的射频信号通过，以完成RDSS接收功能。配置第三功分器U4的工作频率范围在1GHz~2GHz之间。选择这个频率范围的原因是射频分发通道不需要接收RDSS的S频点卫星信号，只需要接收RNSS频点卫星信号，完成定位功能即可。

将上述电路应用在北斗三号卫星导航系统中，可以解决北斗三号卫星导航系统对卫星射频信号的接收、发射与射频分发功能，且具有高增益、高线性度、高隔离度等特点。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，包括：

第一功分器，其连接射频信号的接收通道和发射通道，通过功率分配与合成将发射通道的射频信号传送至天线，或者将所述天线接收到的射频信号传输至接收通道；

第一低噪声放大器，其设置在所述发射通道中，用于对待发射的射频信号进行功率放大处理后，发送至所述第一功分器；

第二功分器，其将所述接收通道一分为二，一路形成本机接收通道，传输接收到的射频信号，另外一路形成射频分发通道；

第三功分器，其将所述射频分发通道传输的射频信号一分为二，形成两路射频分发信号。

2.根据权利要求1所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，在所述发射通道中配置有：

声表面滤波器，其用于接收待发射的短报文信号，并对所述短报文信号进行滤波处理后，发送至所述第一低噪声放大器的输入端。

3.根据权利要求2所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，所述声表面滤波器为中心频率为1618MHz、带通范围在1610MHz~1626MHz之间的带通滤波器。

4.根据权利要求2所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，在所述发射通道中还配置有：

第一衰减器，其连接在所述声表面滤波器与第一低噪声放大器的输入端之间，用于调节通道增益；

第二衰减器，其连接在所述第一功分器与第一低噪声放大器的输出端之间，用于调节通道增益，并对所述第一功分器和第一低噪声放大器进行阻抗匹配。

5.根据权利要求1所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，在所述第一功分器与第二功分器之间连接有阻抗匹配电路，用于对两级驻波比进行调整。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，在所述本机接收通道中配置有：

第二低噪声放大器，其用于对本机接收通道传输的射频信号进行功率放大处理；

第三衰减器，其连接在所述第二功分器与第二低噪声放大器的输入端之间，用于调节通道增益，并对所述第二功分器和第二低噪声放大器进行阻抗匹配。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，在所述射频分发通道中配置有：

第三低噪声放大器，其用于对射频分发通道传输的射频信号进行功率放大处理后，发送至所述第三功分器；

第四衰减器，其连接在所述第二功分器与第三低噪声放大器的输入端之间，用于调节通道增益，并对所述第二功分器和第三低噪声放大器进行阻抗匹配。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的卫星信号收发及射频分发电路，其特征在于，

所述第一功分器和第二功分器的工作频率范围在0.6GHz~2.9GHz之间；

所述第三功分器的工作频率范围在1GHz~2GHz之间。

9.一种卫星接收系统，其特征在于，配置有如权利要求1至8中任一项所述的卫星信号收发及射频分发电路。

10.根据权利要求9所述的卫星接收系统，其特征在于，所述卫星接收系统为北斗三号卫星导航系统，配置有三个卫星接收机，其中一个为本地接收机，连接所述发射通道和本机接收通道，另外两个卫星接收机分别接收通过所述第三功分器输出的两路射频分发信号。

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