CN218276699U

CN218276699U - 用于射频信号收发的多频切换电路

Info

Publication number: CN218276699U
Application number: CN202221865788.9U
Authority: CN
Inventors: 许鹏鹏; 张晋华
Original assignee: Beijing Yuandu Internet Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Yuandu Internet Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-19
Filing date: 2022-07-19
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2032-07-19

Abstract

本申请公开一种用于射频信号收发的多频切换电路，其包括：第一单刀多掷射频开关、第二单刀多掷射频开关和并行连接在两者之间的至少一个功率放大器和至少两个带通滤波器，功率放大器用于分别对对应的发射频带上的发射信号进行放大，带通滤波器用于分别使对应的接收频带上的接收信号通过。上述多频切换电路中，用于发射信号的功率放大器与用于接收信号的多个带通滤波器直接并联在同一对开关之间，这样显著简化了结构，便于设计和实现。

Description

用于射频信号收发的多频切换电路

技术领域

本实用新型涉及射频天线技术，具体而言，涉及可应用于无人机及其遥控装置的用于射频信号收发的多频切换电路。

背景技术

无线通信链路是无人机系统的重要组成部分，其主要任务是建立一个空地双向数据传输通道，用于完成地面控制站对无人机的远距离遥控、遥测和任务信息传输。任务信息传输通过下行无线信道向测控站传送由机载任务传感器所获取的视频、图像等信息，是无人机完成任务的关键，质量的好坏直接关系到发现和识别目标的能力。

无人机通信链路需要使用无线电资源，目前世界上无人机的频谱使用的主要集中在UHF、L和C波段，其他频段也有零散分布。我国工信部无线电管理局初步制定了《无人机系统频率使用事宜》，规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz频段用于无人驾驶航空器系统。然而，应该理解，不同国家允许用于无人机的频段很可能不同。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可应用于无人机及其遥控装置的用于射频信号收发的多频切换电路，其可至少部分地解决现有技术中的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于射频信号收发的多频切换电路，其包括：

第一单刀多掷射频开关，包括一个不动端和S个动端，所述不动端用于与基带电路连接；

第二单刀多掷射频开关，包括一个不动端和S个动端，所述不动端用于与射频天线连接；

并行连接在所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关之间的M个功率放大器和N个带通滤波器，所述M个功率放大器用于分别对M个发射频带中对应一个频带上的发射信号进行放大，所述N个带通滤波器用于分别使N个接收频带中对应一个频带上的接收信号通过，其中，S大于或等于M与N之和，M大于或等于1，N大于或等于2。

在一些实施例中，M为1，N小于或等于11。

在另一些实施例中，M大于或等于2，并且所述M个功率放大器的输入端分别与所述第一单刀多掷射频开关的M个动端连接，所述M个功率放大器的输出端分别与所述第二单刀多掷射频开关的M个动端连接；所述N个带通滤波器的输入端分别与所述第二单刀多掷射频开关的另外N个动端连接，所述N个带通滤波器的输出端分别与所述第一单刀多掷射频开关的另外N个动端连接。

有利地，N大于M，并且所述M个发射频带中的至少一个频带覆盖所述N个接收频带中的两个以上频带。

有利地，M为3，N为9。

有利地，所述N个带通滤波器为声表面滤波器或腔体滤波器。

有利地，所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关为单刀十二掷射频开关。

有利地，所述多频切换电路还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关，以在接收信号时使相应的所述N个带通滤波器之一导通。

有利地，所述多频切换电路还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关，以在发射信号时使所述M个功率放大器之一导通以及在接收信号时使所述N个带通滤波器之一导通。

有利地，输入所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关的信号为逻辑控制信号。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种控制射频天线信号收发电路的方法，包括：

在发射信号时，控制第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关，以使并行地连接在所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关之间的M个功率放大器之一导通，以及

在接收信号时，控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关，以使并行地连接在所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关之间的N个带通滤波器之一导通，其中

所述第一单刀多掷射频开关的不动端与基带电路连接，所述第二单刀多掷射频开关的不动端与射频天线连接，所述M个功率放大器的输入端分别与所述第一单刀多掷射频开关的M个动端连接，所述M个功率放大器的M个输出端分别与所述第二单刀多掷射频开关的M个动端连接；所述N个带通滤波器的输入端分别与所述第二单刀多掷射频开关的另外N个动端连接，所述N个带通滤波器的输出端分别与所述第一单刀多掷射频开关的另外N个动端连接。

有利地，控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关包括将逻辑控制信号分别输入所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关。

根据本实用新型实施例的多频切换电路中，用于发射信号的功率放大器与用于接收信号的多个带通滤波器直接并联在同一对开关之间，这样通过省略用于在发射电路和接收电路之间进行切换的开关以及相应的控制电路等而显著简化了结构，便于设计和实现。根据本实用新型实施例的控制射频天线信号收发电路的方法是基于这样的多频切换电路而实现的，其控制简单，效率高。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示意性地示出了无人机及其天线信号收发系统；

图2为根据本实用新型实施例一的用于射频信号收发的多频切换电路的示意图；

图3为根据本实用新型实施例二的用于射频信号收发的多频切换电路的示意图；

图4为根据本实用新型实施例三的用于射频信号收发的多频切换电路的示意图；

图5为根据本实用新型实施例的控制射频天线信号收发电路的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

仅为示意目的，图1示意性地示出了无人机及其天线信号收发系统。如图1所示，无人机1上安装有例如用于数据传输的天线A，并配备有相应的基带电路B，根据本实用新型实施例的多频切换电路C可以用于连接在天线A和基带电路B之间，以帮助更好地完成多频信号的收发。应该理解的是，根据本实用新型实施例的多频切换电路C也可以应用于例如无人机的地面站以及其它无线通信领域。

以下将参照图2、图3和图4分别介绍根据本实用新型不同实施例的多频切换电路。

图2所示为根据本实用新型实施例一的用于射频信号收发的多频切换电路C10的示例。多频切换电路C10包括第一单刀多掷射频开关11a、第二单刀多掷射频开关11b以及并行连接在第一单刀多掷射频开关11a、第二单刀多掷射频开关11b之间的N个带通滤波器12。第一单刀多掷射频开关11a包括一个不动端和S个动端，其中不动端用于与基带电路B连接。第二单刀多掷射频开关11b包括一个不动端和S个动端，其中不动端用于与射频天线A连接。N个带通滤波器12用于分别使多个接收频带中对应一个频带上的接收信号通过。

如图2所示，N个带通滤波器12的输入端分别与第二单刀多掷射频开关11b的对应个数的(即N个)动端连接，带通滤波器12的输出端分别与第一单刀多掷射频开关11a的对应个数的(即N个)动端连接。

在图2所示示例中，第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b均为单刀十二掷射频开关。优选地，如图2所示，第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b采用不动端布置具有对称结构的SP12T芯片(或者说，可以通过状态切换使得走线拓扑对称的SP12T开关)，以显著简化两个开关之间形成的布线。

带通滤波器12的数量N可以小于或等于第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b的动端的数量S。在图2所示示例中，带通滤波器12的数量N为12，包括带通滤波器12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i、12j、12k、12l。

在一些实现方式中，N个带通滤波器12可以分别具有不同的中心频点，仅为示例的目的举例如下：433M、600M、643M、700M、816M、915M、1090M、1440M、1515M、1700M、2200M、2400M。这样可以帮助尽可能地扩大配备有这样的多频切换电路的例如无人机的可适用范围，从而提供更多使用的灵活性和便利性。例如在多架飞机在同一现场飞行时，上述设计可以实现各无人机的频段错开互不干扰。

在另一些实现方式中，N个带通滤波器12中的至少两个带通滤波器可以具有相同的中心频点，甚至可以采用相同的带通滤波器，以提供安全冗余设计。在例如无人机的工作环境非常恶劣从而导致电路易于受损的情况下，这对于确保射频信号收发电路的正常工作是有利的。

带通滤波器12优选为声表面滤波器或腔体滤波器。

根据本实施例，多频切换电路C10还可以包括连接在第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b的动端之间的低噪声放大器(未示出)。

作为替代或补充，根据本实施例，多频切换电路C10还可以包括连接在第一单刀多掷射频开关11a和/或第二单刀多掷射频开关11b的不动端的低噪声放大器14。优选地，如图2所示，低噪声放大器13可以连接在第一单刀多掷射频开关11a的不动端与基带电路B之间。低噪声放大器通常可以具有很宽的工作频带，例如经常可以达到0-6GHz，而0-3GHz对于低噪声放大器而言是非常常见的。鉴于这种情况，根据本实施例，在单刀多掷开关的不动端一侧设置低噪声放大器，而不是在动端所连接的多个滤波分路中设置低噪声放大器，可以极大地简化电路，便于布线设计，有利于降低成本。

根据本实施例，多频切换电路C10还可以包括功率放大器14，用于对来自基带电路B的发射信号进行功率放大并提供给天线A。如图2所示，根据本实施例，功率放大器14通过例如开关15a和15b并联在第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b的不动端。开关15a和15b例如可以采用PIN Diode(PIN二极管)，或者GaN开关(氮化镓开关)等大功率开关，从而达成大功率收发切换的效果。

根据本实施例，如图2所示，多频切换电路C10在各个滤波分路中可以不包括用于对天线A接收到信号进行放大的低噪声放大器。优选地，多频切换电路C10还可以包括与功率放大器14串联的滤波器16。滤波器16例如可以采用介质滤波器，并且优选设置为对经过功率放大器14放大的发射信号进行滤波，以滤除带外噪声。

此外，如图2所示，多频切换电路C10还可以包括控制电路17，其提供逻辑控制信号s/s’以控制第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b，在接收信号时使相应的N个带通滤波器12之一导通。控制电路17提供的逻辑控制信号可以直接提供给第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b，也可以在取反后提供给对应的第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b。在图2所示示例中，控制电路17提供的逻辑控制信号被直接提供给第一单刀多掷射频开关11a、第二单刀多掷射频开关11b中的一者，同时在取反之后被提供给第一单刀多掷射频开关11a、第二单刀多掷射频开关11b中的另一者。控制电路17例如可以采用IO扩展芯片从而减少基带控制部分IO占用数量，或在基带控制部分IO数量足够的情况下选择直连。

图3所示为根据本实用新型实施例二的用于射频信号收发的多频切换电路C20的示例。如图3所示，多频切换电路C20包括第一单刀多掷射频开关21a、第二单刀多掷射频开关21b以及并行连接在第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b之间的N个带通滤波器22和1个功率放大器24。第一单刀多掷射频开关21a包括一个不动端和S个动端，其中不动端用于与基带电路B连接。第二单刀多掷射频开关21b包括一个不动端和S个动端，其中不动端用于与射频天线A连接。该功率放大器24用于发射频带中一个频带上的发射信号进行放大,N个带通滤波器22用于分别使多个接收频带中对应一个频带上的接收信号通过。

如图3所示，N个带通滤波器22的输入端分别与第二单刀多掷射频开关21b的对应个数的(即N个)动端连接，N个带通滤波器22的输出端分别与第一单刀多掷射频开关21a的对应个数的(即N个)动端连接。

根据本实施例，用于发射信号的功率放大器24与用于接收信号的N个带通滤波器22直接并联在同一对开关21a、21b之间。相比于例如根据实施例一的多频切换电路C10中将功率放大器14通过额外的开关15a、15b并联在开关11a、11b的外侧(不动端侧)，多频切换电路C20通过省略开关15a、15b以及相应的控制电路等而显著简化了结构，便于设计和实现。

第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b可以与第一单刀多掷射频开关11a和第二单刀多掷射频开关11b具有相同或类似结构，在此不再赘述。

在图3所示示例中，带通滤波器22的数量N为11，包括带通滤波器22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、22i、22j、22k。应该理解，带通滤波器22的数量N与功率放大器24的数量M之和小于或等于第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b的动端的数量S都是可行的(即S大于或等于M与N之和)，优选带通滤波器22的数量N大于或等于2，且小于或等于11。

与以上结合实施例一所讨论的类似，N个带通滤波器22可以分别用于不同的接收频带，也可以用于相同的接收频带，甚至可以采用相同的带通滤波器，以实现相同或类似的技术效果。在此不再赘述。

带通滤波器22优选为声表面滤波器或腔体滤波器。

尽管图3中没有示出，在有利的实现方式中，多频切换电路C20还可以包括分别与各个带通滤波器22串联在第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b之间的低噪声放大器。优选地，在各个滤波分路中，设置单个带通滤波器22，并且低噪声放大器连接在带通滤波器22与第一单刀多掷射频开关21a之间。这避免在低噪声放大器的输入端配合使用滤波器，可以简化结构；不仅如此，相比较于将低噪声放大器设置在滤波器前端的结构，该结构中尽管低噪声放大器位于滤波器后端时灵敏度降低，但是由于在滤波器滤除带外噪声之后进行放大，实际信噪比提升效果好，尤其适合于多频切换应用场合。

尽管图3中没有示出，在有利的实现方式中，多频切换电路C20还可以包括与功率放大器24串联在第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b之间的滤波器。该滤波器可以与参照图2介绍的滤波器16相同或类似，在此不再赘述。

此外，如图3所示，多频切换电路C20还可以包括控制电路27，其提供逻辑控制信号s/s’以控制第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b在接收信号时使相应的N个(N为11)带通滤波器22之一导通，而在发射信号时使功率放大器24导通。由上述描述可知，输入第一单刀多掷射频开关21a和第二单刀多掷射频开关21b的信号为逻辑控制信号s/s’。控制电路27本身及其提供的逻辑控制信号可以与参照图2介绍的控制电路17及其逻辑控制信号相同或类似，在此不再赘述。

接下来，参照图4介绍根据本实用新型实施例三的用于射频信号收发的多频切换电路C30的示例。根据实施例三的多频切换电路C30与根据实施例二的多频切换电路C20具有基本上相同的结构，不同之处在于：多频切换电路C30中，与带通滤波器32并行地连接在第一单刀多掷射频开关31a和第二单刀多掷射频开关31b之间的功率放大器34的数量M为2个或2个以上，并且这些功率放大器34被用于对不同频带的发射信号进行功率放大。在图4所示示例中，多频切换电路C30包括3个功率放大器34a、34b、34c和9个带通滤波器32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g、32h、32i；仅作为示例，功率放大器34a、34b、34c可以分别用于例如433～915MHz、1090～1700MHz、2200～2400MHz。

有利地，功率放大器34的M个发射频带中的至少一个频带覆盖带通滤波器32的多个不同接收频带中的两个以上的频带。在图4所示示例中，多频切换电路C30包括9个带通滤波器32和3个功率放大器。优选地，3个功率放大器34a、34b、34c的发射频带覆盖9个带通滤波器32的接收频带。

根据实施例三的多频切换电路C30具有根据实施例二的多频切换电路C20的优点，即通过省略用于在发射电路和接收电路之间进行切换的开关(例如图2所示开关15a、15b)以及相应的控制电路等而显著简化了结构，便于设计和实现。不仅如此，根据实施例三，通过提供两个以上的用于不同发射频带的功率放大器(例如图4所示功率放大器34a、34b、34c)，可以解决发射带宽受限的问题。特别是，在接收带宽通过多频切换电路中的多个带通滤波分路得以大大拓宽的情况下，传统的单个功率放大器所能支持的发射带宽相形见绌，已经不能满足需求。此时，在包括多个带通滤波分路的多频切换电路C30中增加设置用于发射信号的功率放大器，可以很好地解决上述发射带宽不足的问题，有利于提高发射信号的功率，提升通信效率和质量。

如图4所示，功率放大器34的数量M大于或等于2，M个(图4所示为3个)功率放大器34的输入端分别与第一单刀多掷射频开关31a的对应个数的(M个)动端连接，M个功率放大器34的输出端分别与第二单刀多掷射频开关31b的对应个数的(M个)动端连接；N个带通滤波器32的输入端分别与第二单刀多掷射频开关31b的对应个数的(另外N个)动端连接，N个带通滤波器32的输出端分别与第一单刀多掷射频开关31a的对应个数的(另外N个)动端连接。

如图4所示，多频切换电路C30中的控制电路37，其提供逻辑控制信号s/s’以控制第一单刀多掷射频开关31a和第二单刀多掷射频开关31b，从而在接收信号时使相应的N个带通滤波器32之一导通，而在发射信号时使M个功率放大器34之一导通。同理，输入第一单刀多掷射频开关31a和第二单刀多掷射频开关31b的信号为逻辑控制信号s/s’。控制电路37本身及其提供的逻辑控制信号可以与参照图2介绍的控制电路17及其逻辑控制信号相同或类似，在此不再赘述。

根据实施例三的多频切换电路C30的除了上述具体介绍的结构以外的其它结构可以与根据实施例二的多频切换电路C20相同或类似，为了清楚和简明起见，在此不再赘述。

由上述可知，在本实用新型实施例二和实施例三的多频切换电路中，S大于或等于M与N之和，M大于或等于1，N大于或等于2。

接下来参照图5介绍根据本实用新型实施例的控制射频天线信号收发电路的方法100。该方法100可以基于包括诸如根据本实用新型实施例二和实施例三的多频切换电路这样的射频信号收发电路来实现。主要地，这样的射频信号收发电路包括并行地连接在第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关之间的M个功率放大器和N个带通滤波器，第一单刀多掷射频开关的不动端与基带电路连接，第二单刀多掷射频开关的不动端与射频天线连接，M个功率放大器的输入端分别与第一单刀多掷射频开关的M个动端连接，功率放大器的M个输出端分别与第二单刀多掷射频开关的M个动端连接；N个带通滤波器的输入端分别与第二单刀多掷射频开关的另外N个动端连接，N个带通滤波器的输出端分别与第一单刀多掷射频开关的另外N个动端连接。优选地，M大于或等于1，N大于或等于2。

图5为控制射频天线信号收发电路的方法100的流程图。如图5所示，方法100包括：

S110：在发射信号时，控制第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关，以使并行地连接在第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关之间的M个功率放大器之一导通，以及

S120：在接收信号时，控制第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关，以使并行地连接在第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关之间的N个带通滤波器之一导通。

在有利的实现方式中，控制第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关，包括将逻辑控制信号分别输入第一单刀多掷射频开关和第二单刀多掷射频开关。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种用于射频信号收发的多频切换电路，其特征在于，包括：

并行连接在所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关之间的M个功率放大器和N个带通滤波器，所述M个功率放大器用于分别对M个发射频带中对应一个频带上的发射信号进行放大，所述N个带通滤波器用于分别使N个接收频带中对应一个频带上的接收信号通过；

其中，S大于或等于M与N之和，M大于或等于1，N大于或等于2。

2.如权利要求1所述的多频切换电路，其特征在于，M为1，N小于或等于11。

3.如权利要求1所述的多频切换电路，其特征在于，M大于或等于2，并且所述M个功率放大器的输入端分别与所述第一单刀多掷射频开关的M个动端连接，所述M个功率放大器的输出端分别与所述第二单刀多掷射频开关的M个动端连接；所述N个带通滤波器的输入端分别与所述第二单刀多掷射频开关的另外N个动端连接，所述N个带通滤波器的输出端分别与所述第一单刀多掷射频开关的另外N个动端连接。

4.如权利要求3所述的多频切换电路，其特征在于，N大于M，并且所述M个发射频带中的至少一个频带覆盖所述N个接收频带中的两个以上频带。

5.如权利要求4所述的多频切换电路，其特征在于，M为3，N为9。

6.如权利要求1-5中任一项所述的多频切换电路，其特征在于，所述N个带通滤波器为声表面滤波器或腔体滤波器。

7.如权利要求1-5中任一项所述的多频切换电路，其特征在于，所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关为单刀十二掷射频开关。

8.如权利要求1所述的多频切换电路，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关，以在接收信号时使相应的所述N个带通滤波器之一导通。

9.如权利要求1所述的多频切换电路，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路控制所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关，以在发射信号时使所述M个功率放大器之一导通以及在接收信号时使所述N个带通滤波器之一导通。

10.如权利要求8或9所述的多频切换电路，其特征在于，输入所述第一单刀多掷射频开关和所述第二单刀多掷射频开关的信号为逻辑控制信号。