射频收发电路及多通道射频收发器的制作方法

本申请涉及射频技术领域，特别是涉及一种射频收发电路及多通道射频收发器。

背景技术：

在卫星通信过程中，为实现卫通天线对星通信，需要使用全数字波束指向，即需要将多阵元的卫通天线信号进行波束合成，从而形成电磁波束，进而突破功率限制，提高天线增益。

波束合成的效果与各天线阵元到达合成目标处的相位误差有关，相位误差越小，合成效率越高。然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术存在带内相位波动大的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够带内相位波动小的射频收发电路及多通道射频收发器。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种射频收发电路，包括用于连接波束合成器的发射模块、接收模块，以及用于连接天线的双工器；

发射模块包括衰减电路、第一滤波放大电路以及用于连接波束合成器的预处理电路；衰减电路分别连接预处理电路和第一滤波放大电路；第一滤波放大电路连接双工器；双工器连接接收模块。

在其中一个实施例中，第一滤波放大电路包括第一功率放大器、第二功率放大器以及滤波器；

第一功率放大器分别连接衰减电路和滤波器；滤波器连接第二功率放大器；第二功率放大器连接双工器。

在其中一个实施例中，发射模块还包括功放使能电路；功放使能电路包括功率检波器、比较器和电压输出电路；

功率检波器分别连接预处理电路和比较器；比较器连接电压输出电路；电压输出电路连接第二功率放大器。

在其中一个实施例中，滤波器为声表滤波器。

在其中一个实施例中，预处理电路包括分别用于连接波束合成器的射频扼流圈和隔直电容；

射频扼流圈的一端和隔直电容的一端均连接波束合成器；隔直电容的另一端连接衰减电路；射频扼流圈的另一端分别连接接收模块和第一滤波放大电路。

在其中一个实施例中，接收模块包括第二滤波放大电路，以及用于连接波束合成器的第三滤波放大电路；

第二滤波放大电路分别连接第三滤波放大电路和双工器。

在其中一个实施例中，第二滤波放大电路包括限幅器、低噪声功率放大器以及声表滤波器；

限幅器分别连接双工器和低噪声功率放大器；低噪声功率放大器连接声表滤波器；声表滤波器连接第三滤波放大电路。

在其中一个实施例中，第三滤波放大电路包括第三功率放大器、声表滤波器、π型衰减电路以及用于连接波束合成器的第四功率放大器；

第三功率放大器分别连接第二滤波放大电路和声表滤波器；声表滤波器连接π型衰减电路；π型衰减电路连接第四功率放大器。

在其中一个实施例中，衰减电路为π型衰减电路。

另一方面，本申请实施例还提供了一种多通道射频收发器，包括至少两个上述任一实施例的射频收发电路，以及分别连接各射频收发电路的波束合成器。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

双工器分别连接接收模块和第一滤波放大电路，从而可实现对接收信号和发射信号进行隔离，保证接收模块和发射模块均能同时正常工作，实现支持全双工工作方式；通过将发射模块和接收模块连接波束合成器，从而可实现波束指向，使得发射信号可突破功率限制，提高整机发射功率以及射频收发电路的接收灵敏度；预处理电路连接衰减电路，衰减电路连接第一滤波放大电路，从而可确保对信号进行放大时，第一滤波放大电路工作在线性区域，进而改善了射频收发电路的带内相位波动，并可达到较小的带内相位波动。

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所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一个实施例中射频收发电路的第一示意性结构框图；

图2为一个实施例中射频收发电路的第二示意性结构框图；

图3为一个实施例中功放使能电路的示意性结构框图；

图4为一个实施例中射频收发电路的第三示意性结构框图；

图5为一个实施例中多通道射频收发器的示意性结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

天通一号卫星移动通信系统是我国自主研制的移动卫星通信系统，主要用于大规模联合作战，以及保障多样化军事任务中的广域移动通信。同时，天通一号卫星移动通信系统还兼顾政府和民用部门的卫星移动通信保障。

在卫通天线对星通信的过程中，需要使用全数字波束指向，即需要利用多个天线单元分别发射频率相同、相位符合特定关系的电磁波，使得多阵元的卫通天线信号能够进行波束合成，各天线单元发射的电磁波在空间传播过程中能够互相叠加合成，从而在一定方向上形成电磁波束，进而能够突破功率限制，提高天线增益，提高使用的灵活性及指向速度。

其中，波束合成的效果与各天线阵元发射的电磁波到达合成目标处的相位误差有关，相位误差越小，合成效率越高。但是，由于各通道内的器件存在差异，容易造成各通道间的相位差别。进一步地，相位上的不一致会直接影响波束合成的相位校准复杂度。为保证波束合成的效果，单个射频收发通道的带内相位波动应较小，各射频收发射频通道需满足较高的幅相一致性要求。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种射频收发电路，包括用于连接波束合成器的发射模块110、接收模块120，以及用于连接天线的双工器130；

发射模块110包括衰减电路112、第一滤波放大电路114以及用于连接波束合成器的预处理电路116；衰减电路112分别连接预处理电路116和第一滤波放大电路114；第一滤波放大电路114连接双工器130；双工器130连接接收模块120。

其中，发射模块用于处理上行卫星信号；接收模块用于处理下行卫星信号；天线可为收发天线；第一滤波放大电路可连接双工器的发射端口；双工器的合路端口可连接天线，接收端口可连接接收模块。

具体地，当需要向卫星传输上行卫星信号时，本申请可通过预处理电路处理待发射信号以得到上行卫星信号。进一步地，预处理电路可对接收到的信号进行分离，并得到直流信号以及上行卫星信号。

预处理电路将处理得到的上行卫星信号传输给衰减电路，衰减电路对接收到的上行卫星信号进行衰减处理，并将衰减结果传输给第一滤波放大电路。第一滤波放大电路对衰减结果进行滤波放大处理，通过对上行卫星信号进行衰减并滤波放大，从而可确保对信号进行放大时，第一滤波放大电路工作在线性区域，进而可达到较小的带内相位波动。

进一步地，本申请可用于对天通一号s频段信号进行收发，通过发射模块对待发射信号进行预处理、衰减和滤波放大等处理，从而可实现1980mhz(兆赫)到2010mhz频段内信号的功率放大功能，且射频收发电路的输出功率大于2w(瓦特)。

上述射频收发电路中，双工器分别连接接收模块和第一滤波放大电路，从而可实现对接收信号和发射信号进行滤波隔离，进而支持全双工工作方式，保证接收模块和发射模块均能同时正常工作；通过将发射模块和接收模块分别连接波束合成器，从而可实现波束指向，使得发射信号可突破功率限制，提高整机发射功率以及射频收发电路的接收灵敏度；预处理电路连接衰减电路，衰减电路连接第一滤波放大电路，从而可确保对信号进行放大时，第一滤波放大电路工作在线性区域，进而改善了射频收发电路的带内相位波动，并可达到较小的带内相位波动。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种射频收发电路，包括用于连接波束合成器的发射模块、接收模块120，以及用于连接天线的双工器130；

发射模块包括衰减电路112、第一滤波放大电路114以及用于连接波束合成器的预处理电路116；衰减电路112分别连接预处理电路116和第一滤波放大电路114；第一滤波放大电路114连接双工器130；双工器130连接接收模块120。

其中，第一滤波放大电路114包括第一功率放大器142、第二功率放大器144以及滤波器146；

第一功率放大器142分别连接衰减电路112和滤波器146；滤波器146连接第二功率放大器144；第二功率放大器144连接双工器130。

其中，第一功率放大器可为放大管；第二功率放大器可为功放芯片。

具体地，上行卫星信号依次经过衰减电路、第一功率放大器、滤波器和第二功率放大器的处理，进入双工器，并经天线进行发射，从而实现卫星通信。其中，第一功率放大器和第二功率放大器选型时，应保证其工作在线性状态，并且距离op1db点(输出1db压缩点)有一定功率回退，从而控制相位失真。通过确保功率放大器工作在线性区域，使得射频收发电路的带内相位波动得到了大幅度的改善，高低温下效果明显。

在其中一个实施例中，如图3所示，发射模块还包括功放使能电路；功放使能电路包括功率检波器152、比较器154和电压输出电路156；

功率检波器152分别连接预处理电路和比较器154；比较器154连接电压输出电路156；电压输出电路156连接第二功率放大器144。

具体地，本申请通过将功率检波器连接预处理电路，利用功率检波器对上行卫星信号进行功率检波，并将检波结果输入比较器进行比较，比较器将检波结果与预设阈值进行比较，当检波结果大于或等于预设阈值时，比较器驱动电压输出电路，以使电压输出电路输出使能电压，使得第一滤波放大电路对上行卫星信号进行滤波放大处理；当检波结果小于预设阈值时，通过比较器对电压输出电路进行控制，使得第一滤波放大电路处于低功耗状态。

进一步地，为满足射频收发电路的收发时间要求，从信号输入到第一滤波放大电路输出，开关时间可小于或等于20us(微秒)，响应速度快。通过检测上行卫星信号的功率，从而使得第一滤波放大电路可根据发射功率自动使能，实现发射功率自动检测和功放自动使能，进而可减少射频收发电路的功耗。

在其中一个实施例中，滤波器为声表滤波器。

具体地，声表滤波器(即saw)通过换能器将电信号转换为机械能进行处理，处理后再将机械能转换为电信号，从而实现对电信号进行滤波。在本申请中，可利用声表滤波器进行级间耦合和滤波，与传统的滤波器相比，声表滤波器具有安装简单，体积较小的特点。

进一步地，本申请中，常规声表滤波器的带内群时延波动一般为10ns(纳秒)到30ns，波动较大，并且高低温条件下恶化明显，因此易导致带内相位波动较大。为改善射频收发电路带内相位波动较大的问题，可应用低带内群时延波动的声表滤波器，从而将全温下带内群时延波动控制在10ns以内，进而可减小射频收发电路的带内相位波动，高低温下优化效果明显。

在其中一个实施例中，衰减电路为π型衰减电路。

具体地，本申请的双工器可与天线进行单端口连接。由于双工器属于介质滤波器件，并且其通带过渡带较宽，因此，双工器对带内相位波动的影响较小。此外，π型衰减电路为输入阻抗不变的衰减电路，即衰减电路可在不改变等效阻抗的情况下减小上行卫星信号的幅度，从而可实现信号衰减并保持输入阻抗。

上述射频收发电路中，通过保证第一功率放大器和第二功率放大器均工作在线性状态，并且距离op1db点(输出1db压缩点)有一定功率回退，从而控制相位失真，使得射频收发电路的带内相位波动得到了大幅度的改善，高低温下效果明显。

在一个实施例中，提供了一种射频收发电路，包括用于连接波束合成器的发射模块、接收模块，以及用于连接天线的双工器；

发射模块包括衰减电路、第一滤波放大电路以及用于连接波束合成器的预处理电路；衰减电路分别连接预处理电路和第一滤波放大电路；第一滤波放大电路连接双工器；双工器连接接收模块。

其中，预处理电路包括分别用于连接波束合成器的射频扼流圈和隔直电容；

射频扼流圈的一端和隔直电容的一端均连接波束合成器；隔直电容的另一端连接衰减电路；射频扼流圈的另一端分别连接接收模块、第一滤波放大电路和预处理电路。

具体地，本申请的预处理电路用于对信号进行分路处理，分别提取直流馈电信号以及射频信号。待发射信号可为直流馈电和射频信号的合路信号，当待发射信号从发射信号输入端输入时，射频扼流圈分离待发射信号，并得到直流馈电信号和射频信号，其中，待发射信号为混合信号。

此外，射频扼流圈的另一端分别连接接收模块和第一滤波放大电路，从而可使得直流馈电信号可用于接收模块、第一滤波放大电路的直流供电，例如，可提供+4伏电压。进一步地，射频扼流圈的另一端还可连接功放使能电路，并为功放使能电路提供工作电压。而射频信号则通过隔直电容、进入衰减电路进行处理。

在其中一个实施例中，接收模块包括第二滤波放大电路，以及用于连接波束合成器的第三滤波放大电路；

第二滤波放大电路分别连接第三滤波放大电路和双工器。

具体地，当接收到卫星传输的下行卫星信号时，下行卫星信号经双工器进入接收模块，通过第二滤波放大电路和第三滤波放大电路对下行卫星信号进行低噪声放大，从而可实现2170mhz到2200mhz频段内信号的低噪声放大，增益可达(38±1)db(分贝)，噪声系数小于2.2db。本申请通过对下行卫星信号进行两级滤波，从而可有效地滤除带外强干扰信号，提高射频收发电路的抗干扰性，并达到抗阻塞的目的。

在其中一个实施例中，第二滤波放大电路包括限幅器、低噪声功率放大器以及声表滤波器；

限幅器分别连接双工器和低噪声功率放大器；低噪声功率放大器连接声表滤波器；声表滤波器连接第三滤波放大电路。

具体地，限幅器接收双工器传输的下行卫星信号，并按照限定的范围削平下行卫星信号的电压波幅，从而能够把下行卫星信号的信号幅度限定在一定的范围内。通过将限幅器连接低噪声功率放大器，从而可将进行限幅处理后的下行卫星信号传输给低噪声功率放大器，并进行放大。放大后的下行卫星信号通过声表滤波器进行滤波，从而降低下行卫星信号的噪声系统，提高信噪比，进而能够提高通信的可靠性。

在其中一个实施例中，第三滤波放大电路包括第三功率放大器、声表滤波器、π型衰减电路以及用于连接波束合成器的第四功率放大器；

第三功率放大器分别连接第二滤波放大电路和声表滤波器；声表滤波器连接π型衰减电路；π型衰减电路连接第四功率放大器。

具体地，第三功率放大器对第二滤波放大电路的输出信号进行放大处理，并将放大后的信号传输给声表滤波器，通过声表滤波器进行滤波。滤波结果通过π型衰减电路进行衰减，并通过第四功率放大器对衰减结果进行放大，从而可保证功率放大器工作在线性状态，进而可控制相位失真，改善带内相位波动；同时，还可灵活控制链路的增益大小，并避免由于下行卫星信号功率过大而导致的器件损毁。通过将第四功率放大器连接波束合成器，从而使得第四功率放大器的输出信号可输给波束合成器。

进一步地，本申请的低噪声功率放大器、声表滤波器和功率放大器均可选用国产元件，以提高射频收发电路的实用性。

在其中一个实施例中，衰减电路为π型衰减电路。

其中，双工器可选用国产元件，从而提高射频收发电路的实用性。

上述射频收发电路中，通过预处理电路对信号进行分路处理，并分别提取直流馈电信号和射频信号，从而可通过直流馈电信号为射频收发电路中各器件进行供电，无需另设供电单元，减少了射频收发电路的体积，提高实用性。

为了进一步说明本申请的方案，下面通过一个具体的示例进行说明，如图4所示，提供了一种射频收发电路，包括用于连接天线的双工器、限幅器、第一π型衰减电路、第二π型衰减电路、电压输出电路、射频扼流圈、功率检波器、比较器、电压输出电路、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、第四功率放大器、低噪声功率放大器(lna管)、第一声表滤波器(即第二滤波放大电路中的滤波器)、第二声表滤波器(即第三滤波放大电路中的滤波器)、第三声表滤波器(即第一滤波放大电路中的滤波器)和隔直电容。各器件间的连接关系可如图4所示。其中，预处理电路还可包括第一连接端口；第三滤波放大电路还可包括第二连接端口。

具体地，本申请从发射信号输入口输入的信号为直流馈电和射频信号的合路信号，经射频扼流圈进行分离后，直流馈电用于为射频收发电路进行供电，射频信号则通过隔直电容，进入发射模块，从而实现对直流馈电信号的提取。

下行卫星信号经天线从双工器进入接收模块，之后经lna管、第一声表滤波器、第二声表滤波器和后级放大管进行放大滤波后，输出给下级单元进行波束合成。接收链路后端进行了两级滤波，有效滤除了带外强干扰信号，达到抗干扰抗阻塞的目的。

上行卫星信号经前级放大管(即第一功率放大器)，第三声表滤波器和功放芯片(即第二功率放大器)后进入双工器，经天线发射出去。发射输入端口通过功率检波器进行检波，并将检波结果与预设电压阈值进行比较，当输入功率达到(大于或等于)预设电压阈值时，比较器输出高电平电压，驱动电压输出电路输出功放参考电压，第二功率放大器开启并进入工作状态。当发射端口输入功率小于预设电压阈值时，比较器输出低电平，电压输出电路不输出功放参考电压，第二功率放大器未开启，没有静态电流，射频收发电路处于低功耗状态。其中，可设计从信号输入到第二功率放大器输出，开关时间小于或等于20us，以满足射频收发时间要求。

进一步地，射频收发电路的主要组成器件包括双工器，放大管，声表滤波器等。其中，双工器属于介质滤波器件，并且通带过渡带较宽，所以对带内相位的波动影响很小。而在放大管选型时，应保证放大管工作在线性状态，并且距离op1db点有一定功率回退，从而控制相位失真。

然而，常规声表滤波器的带内群时延波动指标一般为10ns到30ns，波动较大，因此影响射频收发电路带内相位不一致性的因素主要集中在声表滤波器上。普通声表滤波器易导致带内相位波动较大，且高低温条件下恶化明显。通过订制低带内群时延波动的声表滤波器，将全温下带内群时延波动控制在10ns以内，使得射频收发电路的带内相位波动得到了明显的改善，高低温下优化效果明显。同时，还尽量采用同一批板材、器件、加工、调试工艺等，可有效保证各收发组件之间的通道指标一致性。

在一个实施例中，提供了一种多通道射频收发器，包括至少两个上述任一实施例的射频收发电路，以及分别连接各射频收发电路的波束合成器。

具体地，各射频收发电路均连接对应的天线，从而可通过多阵元天线完成波束指向功能；通过将多个射频收发电路连接至波束合成器，从而可通过波束合成器进行补偿校准，以使各射频收发电路发射的上行卫星信号达到一定的精度范围，并具有较好的幅度和相位一致性，进而满足波束合成技术对相位一致性的要求。

进一步地，本申请通过将多个射频收发电路连接至波束合成器，从而可实现波束指向功能，是实现天通一号s信号数字波束合成的关键部件。

在其中一个实施例中，如图5所示，射频收发电路的数量为8。

具体地，当射频收发电路的数量为8时，多通道射频收发器具有8路发射通道和8路接收通道，此时，为满足8路发射通道和8路接收通道间的相位一致性，可通过波束合成器中的fpga(field－programmablegatearray，现场可编程门阵列)软件进行补偿校准，以使8路上行卫星信号达到一定的精度范围，满足波束合成技术对相位一致性的要求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。