北斗GPS多模收发一线通天线模块的制作方法

本发明涉及的是一种北斗GPS多模收发一线通天线，属于射频通信器件技术领域。

背景技术：

北斗导航系统RDSS是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。但北斗一代RDSS的定位系统存在一定的缺陷，即它采用主动式定位方式，使得用户机不能自主解算出自己的坐标值，而且用户容量有限，定位精度不高，易暴露用户目标位置等。

北斗二代卫星导航系统，在导航原理上采用与GPS系统类似的被动三维定位原理，卫星星座的有效范围不是全球性的，而是区域性；可以支持用户级以中国为中心的一定范围内的自主实时三维定位。

GPS卫星导航系统已有30多年的发展历史，技术成熟，应用广泛，在目前的卫星导航系统市场中占有主导地位。并且GPS属于国外军方控制，且GPS对不同等级用户提供不同精度的定位服务。

在一些应用领域，应用终端所得到的位置信息无法及时与外部进行共享，通信具有一定的滞后性。北斗一代RDSS，可以实现简短数字报文通信的功能可以解决这一问题。

单一模式的定位导航系统无法全面解决上述问题，因此如何将北斗一代RDSS、北斗二代及GPS有效的集成起来，显得十分必要。

随着北斗通信定位模块的广泛应用，对有源一线通天线的要求也日益提高，天线发射时所需大电流以及插损大小不一的馈线都是相关技术难题。为了多场景应用，本实用新型设计主要解决发射电路所需大电流问题以及针对不同插损的馈线实现稳定的信号收发。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本实用新型提出一种低电源电流需求、馈线插损要求低的一线通天线，具体如下：

一种北斗GPS多模收发一线通天线模块，包括无源天线、电源管理单元、模块接线端子、北斗一代RDSS接收通道、北斗二代RNSS/GPS接收通道和北斗一代RDSS发射通道；

电源管理单元电源输入端连接模块接线端子；电源处理单元为北斗一代RDSS接收通道和北斗二代RNSS/GPS接收通道供电；其特征是

北斗一代RDSS接收通道包括双工器模块和由信号输入端到信号输出端依次连接的三级低噪声放大器LNA；来自无源天线的信号传入第一级低噪声放大器LNA的信号输入端，经三级低噪声放大器LNA处理后的信号传入双工器模块的HI端口；

北斗二代RNSS/GPS接收通道包括第一功分/合路器、所述双工器模块和由信号输入端到信号输出端依次连接的两级低噪声放大器LNA；来自无源天线的信号传入第一级低噪声放大器LNA的信号输入端，经两级低噪声放大器LNA处理后的信号传入第一功分/合路器的OUT1端口，第一功分/合路器的IN端口连接双工器模块的LO端口；

北斗一代RDSS发射通道包括所述双工器模块、所述第一功分/合路器、第二功分/合路器、可变增益放大器VGA、功率放大器PA和天线隔离器；

来自模块接线端子的信号传入双工器模块的ANT端口，再由双工器模块的LO端口传入第一功分/合路器的IN端口，然后由第一功分/合路器的OUT2端口传入第二功分/合路器的IN端口，接着由第二功分/合路器的OUT1端口传入可变增益放大器VGA的信号输入端，然后由可变增益放大器VGA的信号输出端传入功率放大器PA的信号输入端，最后由功率放大器PA的信号输出端经天线隔离器后传给无源天线；

双工器模块ANT口的允许频率为1565-1585MHz和2400-2500MHz)、双工器模块LO口的允许频率为1565-1585MHz和双工器模块HI口的允许频率为2400-2500MHz；

所述第二功分/合路器的OUT2端口连接一检波器的RFIN端口；检波器的输出端连接一运算放大器的一输入端，运算放大器的另一输入端连接恒压源；

所述运算放大器的输出端连接第一开关电路的控制端，第一开关电路连接控制北斗二代RNSS/GPS接收通道的两级低噪声放大器LNA的开/关；

所述运算放大器的输出端分别连接两个开关电路的控制端，两个开关电路分别连接控制可变增益放大器VGA和功率放大器PA的开/关；所述运算放大器的输出端还连接可变增益放大器VGA的增益调节端。

进一步，北斗一代RDSS接收通道中，在第三级低噪声放大器LNA的信号输出端与双工器模块的HI端口之间还连接有声表面滤波器。

进一步，所述电源管理单元电源输入端与模块接线端子之间还连接有超级电容。

进一步，所述双工器模块为：

双工器的OUT1端口连接允许通过频率为1565-1585MHz的低通滤波器后，构成双工器模块的Lo口；

双工器的OUT2端口连接允许通过频率为2400-2500MHz高通滤波器后，构成双工器模块的HI口；

双工器的IN口构成双工器模块的ANT口。

进一步，所述双工器是适用于GPS/蓝牙的叠层片式结构双工器。

北斗一代的RDSS发射通道的原理是，L频点信号通过一线通端口(即模块接线端子)输入，依次经过双工器、第一功分/合路器和第二功分/合路器进入，然后送入可变增益放大器VGA进行放大，再通过功率放大器PA再次放大信号，然后经天线隔离器后进入无源天线；

北斗一代RDSS接收通道的原理是，S频点信号由无源天线通过介质滤波器后进入第一级低噪声放大器，再依次经过后两级低噪声放大器后进入双工器的HI端口，最终汇入一线通端口；

北斗二代RNSS/GPS接收通道由原理是，B1/L1频点信号由无源天线通过介质滤波器后进入第一级低噪声放大器，再经过第二级低噪声放大器后进入第一功分/合路器的OUT1端口，再经由双工器模块的LO端口最终汇入一线通端口。

本方案在一个模块具有北斗一代RDSS、北斗二代RNSS和GPS三种工作模式的基础上还良好改善了一线通天线对外部电源电流输出能力和馈线插损要求。

附图说明

图1是本实施例的结构原理框图；

图2是反馈环路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：

如图1、2，一种北斗GPS多模收发一线通天线模块，包括无源天线、电源管理单元、模块接线端子、北斗一代RDSS单元的接收通道、北斗二代RNSS/GPS接收通道和北斗一代RDSS发射通道；

电源管理单元电源输入端连接模块接线端子；电源处理单元为北斗一代RDSS接收通道和北斗二代RNSS/GPS接收通道供电；其特征是

北斗一代RDSS接收通道包括双工器模块和由信号输入端到信号输出端依次连接的三级低噪声放大器LNA；来自无源天线的信号传入第一级低噪声放大器LNA的信号输入端，经三级低噪声放大器LNA处理后的信号传入双工器模块的HI端口；

北斗二代RNSS/GPS接收通道包括第一功分/合路器、所述双工器模块和由信号输入端到信号输出端依次连接的两级低噪声放大器LNA；来自无源天线的信号传入第一级低噪声放大器LNA的信号输入端，经两级低噪声放大器LNA处理后的信号传入第一功分/合路器的OUT1端口，第一功分/合路器的IN端口连接双工器模块的LO端口；

北斗一代RDSS发射通道包括所述双工器模块、所述第一功分/合路器、第二功分/合路器、可变增益放大器VGA、功率放大器PA和天线隔离器；

来自模块接线端子的信号传入双工器模块的ANT端口，再由双工器模块的LO端口传入第一功分/合路器的IN端口，然后由第一功分/合路器的OUT2端口传入第二功分/合路器的IN端口，接着由第二功分/合路器的OUT1端口传入可变增益放大器VGA的信号输入端，然后由可变增益放大器VGA的信号输出端传入功率放大器PA的信号输入端，最后由功率放大器PA的信号输出端经天线隔离器后传给无源天线；

双工器模块ANT口的允许频率为1565-1585MHz和2400-2500MHz、双工器模块LO口的允许频率为1565-1585MHz、双工器模块HI口的允许频率为2400-2500MHz；

所述第二功分/合路器的OUT2端口连接一检波器的RFIN端口；检波器的输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的另一输入端连接恒压源；

所述运算放大器的输出端还连接第一开关电路的控制端，第一开关电路连接控制北斗二代RNSS/GPS接收通道的两级低噪声放大器LNA的开/关；

所述运算放大器的输出端分别连接两个开关电路的控制端，两个开关电路分别连接控制可变增益放大器VGA和功率放大器PA的开/关；所述运算放大器的输出端还连接可变增益放大器VGA的增益调节端。

北斗一代RDSS接收通道中，在第三级低噪声放大器LNA的信号输出端与双工器模块的HI端口之间还连接有声表面滤波器。

所述电源管理单元电源输入端与模块接线端子之间还连接有超级电容。

所述双工器模块为：

双工器的OUT1端口连接允许通过频率为1565-1585MHz的低通滤波器后，构成双工器模块的Lo口；

双工器的OUT2端口连接允许通过频率为2400-2500MHz高通滤波器后，构成双工器模块的Hi口；

双工器的IN口构成双工器模块的ANT口。

所述双工器是适用于GPS/蓝牙的叠层片式结构双工器。

所述无源天线是陶瓷天线。

本例所述对电源电流要求低且对馈线插损要求低的一线通天线，在保证北斗一代RDSS收发及北斗二代RNSS/GPS接收实现一线传输功能的基础上，重点在于以下两点：

1、通过超级电容电路的高效储能放电能力，确保一线通天线在外部电流输入能力较差的情况下，仍能正常工作。

2、通过可变增益放大器VGA电路配合检波器电路以及运算放大器电路组成的反馈环路，共同实现自动增益控制，在外部馈线最大15dB插损的情况下，输入信号仍能以较稳定功率进入功率放大器的输入端，从而保证收发性能的稳定。

考虑到大部分RDSS射频芯片接收通道内部自带自动增益控制AGC，外部馈线插损对RDSS接收性能的影响较小，所以接收放大电路无需再增添自动增益控制。

本方案采用超级电容对有源天线所需大电流进行补偿，以此解决外部电源电流供应能力差的问题；通过可变增益放大器VGA与检波器和运算放大器来解决外部馈线插损不一的问题，两个解决方法极大程度的降低了有源一线通天线对电源及馈线的要求，从而扩大一线通天线适用范围。

本例中，检波器电路、运算放大电路及数个三极管电路(构成开关电路)共同组成北斗一代发射电路以及北斗二代的开关电路。检波器电路、运算放大电路与可变增益放大器VGA电路相结合，从而保证PA输入端功率的稳定。一线通天线的接线端连接双工器的ANT口，同时，一线通天线的接线端还连接电源管理单元电源输出端。本例中的双工器是适用于GPS/蓝牙的叠层片式结构双工器。

本方案的原理说明如下：

本方案设计的一线通天线模块，天线与收发通道间有效地进行收发隔离，本方案采用双工器进行收发隔离，让发射信号对接收信号的干扰减少到最小。

本天线模块包括了适用于北斗一代RDSS的低噪放大电路、适用于北斗一代RDSS的功率放大电路和适用于北斗二代RNSS/GPS的低噪放大电路。本方案直接将RDSS的接收通道、RDSS的发射通道以及RNSS的接收通道(北斗二代RNSS/GPS仅接收)采用双工器连接。双工器模块有ANT口(1565-1585MHz，2400-2500MHz)、LO口(1565-1585MHz)和HI口(2400-2500MHz)。本天线模块的接线端连接双工器的ANT口。

使用功分/合路器对RDSS的发射通道的信号和RNSS的低噪声放大器信号进行合路，合路后连接双工器模块LO口。

功分/合路器：功率分配器是将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可称为合路器。

所述双工器是适用于GPS/蓝牙的叠层片式结构双工器。

北斗一代RDSS收/发单元包括适用于北斗一代RDSS接收的低噪放大电路、适用于北斗一代RDSS发射的功率放大电路；

RDSS接收通道经过的三级低噪声放大器的放大，最后通过声表面滤波器传输到双工器模块的HI口与LO的信号进行合路。

北斗一代RDSS发射通道中，按照信号传输方向依次连接的带通滤波器、可变增益放大器VGA、温度补偿衰减器(π型衰减)、功率放大器PA和隔离器。

可变增益放大器VGA配合检波器电路以及运算放大器电路构成的反馈环路，共同实现自动增益控制，使输入信号能以较稳定功率进入功率放大器PA的输入端，从而保证发射性能的稳定。

如图2，运放输出的高电平，则RNSS开关电路的开关管是断开状态，则RNSS/GPS LNA是断开状态；同时，PA DRIVE和PA ENSWITH对应的开关电路的开关管是导通状态，则VGA的使能端是有使能信号，PA的通道也是导通的。功放电路不能一直工作，只在发射瞬间工作，所以平时RNSS电路一直工作，在RDSS发射瞬间，运放输出高电平，关断RNSS，打开功放电路。

北斗二代RNSS/GPS接收通道包括第一功分/合路器、所述双工器模块和由信号输入端到信号输出端依次连接的两级低噪声放大器LNA；来自无源天线的信号传入第一级低噪声放大器LNA的信号输入端，经两级低噪声放大器LNA处理后的信号传入第一功分/合路器的OUT1端口，第一功分/合路器的IN端口连接双工器模块的LO端口；

电源管理单元是以数组DC/DC直流转换器为核心的电路；电源管理单元的输入端通过超级电容连接外部电源，为北斗一代RDSS信号接收/发射通道、北斗二代RNSS/GPS信号接收通道供电。其中由检波器电路、运算放大器电路与三极管电路组成的开关电路为北斗一代发射电路以及北斗二代提供开关控制；

所述超级电容通过一线通端口与电源输入相连，上电工作时储能，在发射通道打开时需要较大电流，此时超级电容放电为电源提供电流补偿。