一种用于背负散射的多频段收发信机的制作方法

1.本发明涉及多频段收发信机领域，特别是指一种用于背负散射的多频段收发信机，适用于无线通信领域中fdd通信系统中。


背景技术：

2.无线通信有fdd与tdd两种方式，其中，fdd通信容量大。如图1所示，在fdd无线通信中，传统的多频段收发信机一般使用单刀四掷开关，功率放大器为全频段可用，此种方案由于频段提前选定，功率放大器需要在全频段范围内可用，因此对功率放大器要求较高。而且，收发链路中，只要有一处出现问题，通信都会中断。此外，波段的选择放在功率放大器之后，不仅增加了插损，降低了单个功率放大器的发射效率，而且链路连接复杂，增加了硬件成本。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明公开了一种用于背负散射的多频段收发信机。本发明通过电路设计使得波段切换在小信号部分实现，代替了传统的功放后加单刀双掷开关切换方案，使得相同天线发射功率下，功放输出功率可以降低，通信可靠性提高。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种用于背负散射的多频段收发信机，包括上变频电路1、上变频频率选择通路、下变频电路27、下变频频率选择通路、两个同轴开关8、10以及多工器9，多工器9中集成有四个频率分别为f1、f2、f3、f4的滤波器，上变频频率选择通路和下变频频率选择通路中均包括四个频率分别为f1、f2、f3、f4的滤波器；
6.上变频电路1通过两级一选二的切换开关与上变频频率选择通路中的四个滤波器选通，下变频电路27通过两级一选二的切换开关与下变频频率选择通路中的四个滤波器选通；
7.上变频频率选择通路中，频率为f1和f2的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个功率放大器选通，频率为f3和f4的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个功率放大器选通；
8.下变频频率选择通路中，频率为f1和f2的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个低噪声放大器选通，频率为f3和f4的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个低噪声放大器选通；
9.对应频率为f1和f2的功率放大器和低噪声放大器与同一个同轴开关连接，通过同轴开关与多工器9中频率为f1、f2的滤波器选通；
10.对应频率为f3和f4的功率放大器和低噪声放大器与另一个同轴开关连接，通过同轴开关与多工器9中频率为f3、f4的滤波器选通。
11.进一步地，发射信号时，发中频信号通过上变频电路1，将中频信号无失真地搬移到射频频率，然后通过两级切换开关，对频率波段进行选择，接着通过相应的滤波器滤除带
外杂散、谐波，再通过切换开关与功率放大器连接，功率放大器将射频信号进行功率放大，经过同轴开关8进入多工器9中相应的滤波器，然后通过天线将射频信号发送出去；
12.信号接收时，天线接收到的射频信号，经过多工器9的低段滤波后，通过同轴开关进入相应的低噪声放大器，低噪声放大器对接收到的信号进行低噪声的功率放大，然后通过切换开关进入相应的滤波器，滤除接收信号中的干扰、带外噪声、镜频，然后通过切换开关进入下变频电路27，将射频信号无失真地搬移到中频频率后，送给解调器对信号进行解调恢复。
13.进一步地，还包括电源电路，当一个功率放大器选通时，另一个功率放大器的供电断开，当一个低噪声放大器选通时，另一个低噪声放大器的供电断开。
14.进一步地，切换开关均为小功率电子开关。
15.进一步地，所述上变频电路1包括滤波电路、混频电路和放大电路，用于将中频调制信号无失真地搬移到射频频段，并且滤除混频产生的组合干扰频率，并进行小信号放大。
16.进一步地，所述下变频电路27包括滤波电路、混频电路和放大电路，用于将射频调制信号无失真地搬移到中频频段，并且滤除混频产生的组合干扰频率，并进行小信号放大。
17.本发明相比背景技术具有如下优点：
18.1、本发明中的波段切换的开关位于功放之前，可采用小功率电子开关。而在传统的方案中，将单刀双掷开关置于功放之后实现发端、收端以及双工器的高段滤波器、低段滤波器之间相互切换。相比传统方案，功放之后链路插入损耗降低，使得相同发射功率情况下，功放输出功率降低，使得整机功耗降低。
19.2、本发明中可实现全频段通信。通过设计两路收发通道以及电子开关，使得两端用同一种模块即可实现全频段工作。
20.3、本发明的发射、接收都有四个独立的通道，实际使用中具有备份的功能。例如，使用过程中，若出现一端发射链路，或者接收链路有异常时，均可通过监控切换到其他频段(即其他通道)，继续进行正常通信，可靠性增加四倍。
21.4、本发明收发虽均有四个通道，但功耗并未增加，因为当波段确定后，对应波段通路打开，备份的发射接收通路的供电将通过数字电路部分进行控制切断，整个模块只有一路发射链路，一路接收链路。
22.5、本发明虽然增加了末级功放，但是由于省去了大功率的单刀双掷开关，成本并未明显增加，但是由于实现了备份，通信可靠性提高。
附图说明
23.图1是现有技术中多频段收发信机的原理示意图。
24.图2是本发明实施例中多频段收发信机的原理示意图。
25.图3是本发明实施例中上变频电路的原理示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
27.参照图2，一种用于背负散射的多频段收发信机，包括上变频电路1、下变频电路27、数字电路与电源电路28，小信号切换开关2、3、6、14、15、16、23、24、25、26，滤波器4、5、
17、18、19、20、21、22，功率放大器7、11，低噪声放大器12、13，同轴开关8、9。
28.该多频段收发信机可用于发送高段频率，接收低段频率链路。具体过程如下：
29.发射链路：发中频信号通过上变频电路1后，将中频信号无失真地搬移到射频频率，然后经过开关2，对波段进行选择，后通过滤波器4/滤波器5滤除带外杂散、谐波，通过开关3和开关6进行频段选择，然后经过功率功率放大器7，将射频信号功率放大，经过同轴开关8选择和多工器9进入天线，后通过天线将射频信号发送出去。
30.接收链路：天线接收到的射频信号，经过多工器9的低段滤波器后，通过同轴开关10进行频段选择，然后经过低噪放13对接收到的信号进行低噪声的功率放大，后通过开关16进入低段滤波器滤波器21/滤波器22，滤除接收信号中的干扰，带外噪声，镜频，然后通过开关25后进入下变频电路2，将射频信号无失真地搬移到中频频率后，送给解调器对信号进行解调恢复。
31.该多频段收发信机还可用于发送低段频率，接收高段频率链路。具体过程如下：
32.发射链路：发中频信号通过上变频电路1后，将中频信号无失真地搬移到射频频率，然后通过开关2，对波段进行选择，后通过滤波器17/滤波器18滤除带外杂散、谐波，通过开关23和开关14进行频段选择，然后经过功率功率放大器11，将射频信号功率放大，经过同轴开关10选择和多工器9进入天线，后通过天线将射频信号发送出去。
33.接收链路：天线接收到的射频信号，经过多工器9的低段滤波器后，通过同轴开关8进行频段选择，然后经过低噪放12对接收到的信号进行低噪声的功率放大，后通过开关15进入低段滤波器滤波器19/滤波器20，滤除接收信号中的干扰，带外噪声，镜频，然后通过开关24后进入下变频电路2，将射频信号无失真地搬移到中频频率后，送给解调器对信号进行解调恢复。
34.进一步地，如图3所示，上变频电路1包括滤波电路、混频电路、放大电路，用于将中频调制信号无失真地搬移到射频频段，并且滤除混频产生的组合干扰频率，并进行一定程度的小信号放大。
35.下变频电路2包括抑镜滤波器、混频器、中频滤波器、中频放大器，用于将接收到的射频信号，进行抑镜滤波后，通过混频器将信号搬移到中频频率，并进行滤波滤除混频产生的组合干扰频率，最后进行一定程度的小信号放大。
36.该多频段收发信机的数字电路部分包括一片mcu和一片485转换芯片，mcu通过spi总线给上下变频的本振vco送二进制bit流，使其产生需要的频率；mcu通过rs485总线，与上一级监控进行通信，用于更改频率、功率，或者上报模块状态。
37.低噪声放大器12、13中包括限幅器，以及低噪声放大器旁路功能，保证大信号进入时，通过限幅器保护后面的低噪声放大器，信号过大时，还可以启动低噪声放大器的旁路功能，保证链路不会因为输入信号过大导致链路输出饱和。
38.该多频段收发信机的工作原理如下：
39.该多频段收发信机中，开关2、3、6、23、14、15、16、24、25、26用于fdd链路中高低工作频段的选择；滤波器4、5、17、18、19、20、21、22、用于滤波链路带外噪声，以及变频产生的杂散；功率放大器7、11将变频后的射频信号，进行功率放大，满足长距离通信要求。低噪声放大器12、13结构相同，内部包含限幅器，带旁路功能的低噪声放大器电路，限幅器用于防止天线接收信号过大，导致后端放大模块烧毁，低噪声放大器电路用于对天线接收到的信
号进行低噪声引入的放大。同轴开关8、10用于实现同频段的收发链路共用一个天线口双工器。
40.通信时，通信两端各放置一个射频收发模块，总监控设置两端收发频率如本端为发高段频率a，收低段频率b，对端设置为发低段b，收高段a，本端数字电路部分的mcu通过rs485总线，获取总监控的指令后，首先将开关2切换到高段频率选择开关3，将开关26切到低端频率选择开关25，并通过spi总线，控制上下变频的本振，使其产生总监控要求的发工作频率a，收工作频率b。
41.对端数字电路部分的mcu通过rs485总线，获取总监控的指令后，首先将开关2切换到低段频率选择开关23，将开关26切到高端频率选择开关24，并通过spi总线，控制上下变频的本振，使其产生总监控要求的发工作频率b，收工作频率a。
42.设置成功后，数字电路部分的mcu会通过rs485总线上报总监控，设置完成，然后本端中频输入调制信号通过上变频电路后，将中频调制信号无失真的搬移到工作频率a，后经过开关2、开关3，进入高段滤波器4后，经过开关6、功率放大器7，将功率放大到满足通信距离的功率值，后经过同轴开关后，进入多工器，用于滤波功放非线性产生的谐波，以及组合杂散信号，经天线发送出去。对端发送流程与本端流程一致。
43.接收链路中，本端天线接收到的射频小信号，进入双工器后滤除带外干扰，后经过同轴开关10，进入低噪声放大器13，对接收到的信号进行小信号放大，后经过开关16、低段滤波器22后，滤除镜频，后经过开关25、开关26后，进入下变频2，将接收到的射频信号，经过下变频混频后，无失真的搬移到中频频率，经滤波放大后，送入解调器，进行信号解调。对端接收流程与本端流程一致。
44.本发明通过小信号开关实现了高低工作频段的切换，取代了大功率双刀双掷开关，且发射、接收都有四个独立的通道，实际使用中有备份的功能，通信可靠性提高四倍，由于通道工作频率确定后，另一个通道全部断电，故功耗不变。此外，由于省去了后端的大功率双刀双掷开关，还能够降低功放的输出功率，从而降低了整个模块的功耗。

技术特征：
1.一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，包括上变频电路(1)、上变频频率选择通路、下变频电路(27)、下变频频率选择通路、两个同轴开关(8、10)以及多工器(9)，多工器(9)中集成有四个频率分别为f1、f2、f3、f4的滤波器，上变频频率选择通路和下变频频率选择通路中均包括四个频率分别为f1、f2、f3、f4的滤波器；上变频电路(1)通过两级一选二的切换开关与上变频频率选择通路中的四个滤波器选通，下变频电路(27)通过两级一选二的切换开关与下变频频率选择通路中的四个滤波器选通；上变频频率选择通路中，频率为f1和f2的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个功率放大器选通，频率为f3和f4的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个功率放大器选通；下变频频率选择通路中，频率为f1和f2的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个低噪声放大器选通，频率为f3和f4的滤波器构成一组，通过一个切换开关与一个低噪声放大器选通；对应频率为f1和f2的功率放大器和低噪声放大器与同一个同轴开关连接，通过同轴开关与多工器(9)中频率为f1、f2的滤波器选通；对应频率为f3和f4的功率放大器和低噪声放大器与另一个同轴开关连接，通过同轴开关与多工器(9)中频率为f3、f4的滤波器选通。2.根据权利要求1所述的一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，发射信号时，发中频信号通过上变频电路(1)，将中频信号无失真地搬移到射频频率，然后通过两级切换开关，对频率波段进行选择，接着通过相应的滤波器滤除带外杂散、谐波，再通过切换开关与功率放大器连接，功率放大器将射频信号进行功率放大，然后经过同轴开关(8)进入多工器(9)中相应的滤波器，最后通过天线将射频信号发送出去；信号接收时，天线接收到的射频信号，经过多工器(9)的相应滤波后，通过同轴开关进入相应的低噪声放大器，低噪声放大器对接收到的信号进行低噪声的功率放大，然后通过切换开关进入相应的滤波器，滤除接收信号中的干扰、带外噪声、镜频，然后通过切换开关进入下变频电路(27)，将射频信号无失真地搬移到中频频率后，送给解调器对信号进行解调恢复。3.根据权利要求1所述的一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，还包括电源电路，当一个功率放大器选通时，另一个功率放大器的供电断开，当一个低噪声放大器选通时，另一个低噪声放大器的供电断开。4.根据权利要求1所述的一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，切换开关均为小功率电子开关。5.根据权利要求1所述的一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，所述上变频电路(1)包括滤波电路、混频电路和放大电路，用于将中频调制信号无失真地搬移到射频频段，并且滤除混频产生的组合干扰频率，并进行小信号放大。6.根据权利要求1所述的一种用于背负散射的多频段收发信机，其特征在于，所述下变频电路(27)包括滤波电路、混频电路和放大电路，用于将射频调制信号无失真地搬移到中频频段，并且滤除混频产生的组合干扰频率，并进行小信号放大。

技术总结
本发明公开了一种用于背负散射的多频段收发信机，属于多频段收发信机领域。本发明包括上变频电路、下变频电路、射频开关、滤波器、功率放大器、低噪放、同轴开关、多工器以及数字电路与电源。本发明通过电路设计使得波段切换在小信号部分实现，代替了传统的功放后加单刀双掷开关切换方案，使得相同天线发射功率下，功放输出功率可以降低，即模块总功耗降低，由于省去大功率单刀双掷开关，故未明显增加成本。本发明实现了通信备份功能，即收发链路异常时，可以切换到另一通道，继续通信，通信可靠性提高。性提高。性提高。


技术研发人员：谷茜茜 赵强 张敏
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/9