一种无线通信系统及其发射模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线通信系统的发射模块，该发射模块包括宽带合路器、至少两个发射机及为至少两个发射机提供供电电压的电源，至少两个发射机的输出端分别与所述宽带合路器的至少两个输入端相连，发射模块还包括：与宽带合路器未使用的每一个输出通道相对应的能量回收单元，能量回收单元包括：整流单元，用于将相应输出通道的射频信号转换成直流电压；低通滤波单元，用于对所转换的直流电压进行低通滤波；叠加单元，用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行叠加，以为至少两个发射机提供新的供电电压。实施本发明的技术方案，节约电能、改善发射效率、延长系统寿命、降低设备的体积和重量。
【专利说明】一种无线通信系统及其发射模块
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线通信系统及其发射模块。
【背景技术】
[0002] 对于无线通信通信系统，多个发射信号的合路是其一个重要的功能，合路的质量 和可靠性直接影响到整个系统的性能，目前，常用的合路设备主要采用两种技术，一种是腔 体合路技术，另一种是宽带合路技术。相比腔体合路，宽带合路器由于可以工作在较宽的频 段上，所以具有备料灵活的优点。
[0003] 以两载波合路为例，如图1所示，由于宽带合路器的固有特性，合路后的两路输出 不能同时使用，只能使用一路输出，而另一路，需要接一个电阻，将信号以发热的形式消耗 掉，这样就浪费了一半的信号功率。因此，合路器的插损较大，致使发射信号的功率下降，进 而导致整个系统的覆盖效果恶化。此外，插损带来的热耗还会引起合路器温度升高，不但合 路器自身寿命降低，而且还会影响其附近的设备，最终降低了整个系统的可靠性。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述宽带合路器的插损较大的缺 陷，提供一种无线通信系统及其发射模块，能减小宽带合路器的插损。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无线通信系统的发射模 块，包括宽带合路器、至少两个发射机及为所述至少两个发射机提供供电电压的电源，所述 至少两个发射机的输出端分别与所述宽带合路器的至少两个输入端相连，所述发射模块还 包括：与所述宽带合路器未使用的输出通道相对应的能量回收单元，所述能量回收单元包 括：
[0006] 整流单元，用于将相应输出通道的射频信号转换成直流电压；
[0007] 低通滤波单元，用于对所转换的直流电压进行低通滤波；
[0008] 叠加单元，用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行叠加，以为至少两个 发射机提供新的供电电压。
[0009] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，所述能量回收单元还包括：
[0010] 阻抗变换单元，连接在所述宽带合路器的相应输出端和所述整流单元之间，且用 于将相应输出通道的射频信号调整到发射机所需供电电压的范围内，并保持阻抗匹配。 [0011] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，所述能量回收单元还包括：
[0012] 带阻滤波单元，连接在所述宽带合路器的相应输出端和所述整流单元之间，且用 于阻止所述整流单元产生的谐波返回所述宽带合路器。
[0013] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，所述叠加单元包括：
[0014] 均流控制单元，用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行等比例电流合 路，以提供新的供电电压。
[0015] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，所述叠加单元还包括：
[0016] DC/DC变换单元，连接在所述低通滤波单元和所述均流控制单元之间，且用于将低 通滤波后的直流电压变换成发射机所需的供电电压。
[0017] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，所述均流控制单元包括电流平衡控 制器、第一开关管、第二开关管、第一电阻和第二电阻，其中，所述电流平衡控制器的第一控 制端接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的第一端及所述电流平衡控制器的第一 输入端接入原供电电压，所述第一开关管的第二端接所述第一电阻的第一端，所述第一电 阻的第二端接所述发射机的电源端，所述电流平衡控制器的第二控制端接所述第二开关管 的控制端，所述第二开关管的第一端及所述电流平衡控制器的第二输入端接入低通滤波后 的直流电压，所述第二开关管的第二端接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端 接所述发射机的电源端，所述电流平衡控制器的第一输出端连接所述第一电阻的第一端， 所述电流平衡控制器的第二输出端连接所述第二电阻的第一端。
[0018] 在本发明所述的无线通信系统的发射模块中，
[0019] 在所述能量回收单元的数量为两个时，第二个能量回收单元中的叠加单元用于 将低通滤波后的直流电压与第一个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进行叠 加；
[0020] 在所述能量回收单元的数量为N，且N>2时，第i个能量回收单元中的叠加单元用 于将低通滤波后的直流电压与第i-ι个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进 行叠加，其中，i = 2、"·、Ν。
[0021] 所述能量回收单元的数量与所述宽带合路器未使用的输出通道的数量相同，且每 一个未使用的输出通道均对应一个能量回收单元。
[0022] 本发明还构造一种无线通信系统，包括以上所述的发射模块。
[0023] 实施本发明的技术方案，由于能量回收单元可对宽带合路器未使用的输出通道的 能量进行回收，经整流和低通滤波后与电源一并为发射机供电，因此，一方面，降低了宽带 合路器的等效插损，改善系统的发射效率，而且，节约了电能；另一方面，由于热耗减少，降 低了宽带合路器的温升，延长发射模块和无线系统寿命，而且，发热减小后，可以裁剪原有 的散热设计，降低设备的体积和重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0025] 图1是现有的无线通信系统的发射模块的逻辑图；
[0026] 图2是本发明无线通信系统的发射模块实施例一的逻辑图；
[0027] 图3是本发明无线通信系统的发射模块实施例二的逻辑图；
[0028] 图4是图3中均流控制单元实施例一的电路图；
[0029] 图5是图4中两路电流的仿真图。
【具体实施方式】
[0030] 图2是本发明无线通信系统的发射模块实施例一的逻辑图，首先说明的是，该实 施例是以发射机的数量为两个，宽带合路器为两输出通道的合路器为例进行说明的。而且， 由于宽带合路器的固有特性，仅使用其中的一个输出通道，该输出通道所输出的射频信号 发射至天线，而其另一个输出通道不使用。在该实施例中，该发射模块包括两个发射机11、 12、宽带合路器20、与未使用的输出通道相对应的能量回收单元30及电源40。其中，电源 40为发射机11、12提供供电电压。发射机11、12的输出端分别连接宽带合路器20的两个 输入端。该能量回收单元30用于对未使用的输出通道所输出的射频信号进行回收，经转换 后与电源40-并为发射机11、12供电。而且，该能量回收单元30具体包括整流单元31、低 通滤波单元32和叠加单元33,其中，整流单元31用于将相应输出通道的射频信号转换成直 流电压；低通滤波单元32用于对所转换的直流电压进行低通滤波；叠加单元33用于将低 通滤波后的直流电压与原供电电压（电源所提供的供电电压）进行叠加，以为两个发射机 11、12提供新的供电电压。
[0031] 最后需说明的是，由于以上实施例中的宽带合路器为两输出通道的合路器，其只 有一个未使用的输出通道，当宽带合路器未使用的输出通道的数量大于一个时，可以对其 中一部分未使用的输出通道进行能量回收，g卩，未使用的输出通道的数量大于能量回收单 元的数量，仅为其中一部分未使用的输出通道增加相应的能量回收单元；也可以对每一个 未使用的输出通道都进行能量回收，即未使用的输出通道的数量等于能量回收单元的数 量，对每一个未使用的输出通道都增加相应的能量回收单元。在叠加单元进行叠加时，每个 能量回收单元中的叠加单元可分别将低通滤波后的直流电压与电源所提供的供电电压进 行叠加，然后每个能量回收单元所输出的直流电压一并输出至发射机的电源端。当然也可 以是：第一个未使用的输出通道所对应的叠加单元将低通滤波后的直流电压与电源所提供 的供电电压进行叠加，叠加后的电压再与下一个未使用的输出通道中低通滤波后的直流电 压进行叠加，直到叠加到最后一个未使用的输出通道中低通滤波后的直流电压，再输出至 发射机的电源端，即，在能量回收单元的数量为两个时，第二个能量回收单元中的叠加单元 用于将低通滤波后的直流电压与第一个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进 行叠加；在能量回收单元的数量为N，且N>2时，第i个能量回收单元中的叠加单元用于将 低通滤波后的直流电压与第i-Ι个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进行叠 力口，其中，i = 2、...、N。
[0032] 图3是本发明无线通信系统的发射模块实施例二的逻辑图，该实施例相比图2所 示的实施例，所不同的仅是能量回收单元，该能量回收单元30包括依次连接的阻抗变换单 元34、带阻滤波单元35、整流单元31、低通滤波单元32和叠加单元33,而且，叠加单元33 进一步包括DC/DC变换单元331和均流控制单元332。其中，阻抗变换单元34用于将相应 输出通道的射频信号调整到发射机11、12所需供电电压的范围内，并保持阻抗匹配；整流 单元31用于将相应输出通道的射频信号转换成直流电压；带阻滤波单元35用于阻止整流 单元31产生的谐波返回宽带合路器；低通滤波单元32用于对所转换的直流电压进行低通 滤波；DC/DC变换单元331用于将低通滤波后的直流电压变换成发射机所需的供电电压；均 流控制单元332用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行等比例电流合路，以提供 新的供电电压。
[0033] 在本发明的其他实施例中，可将图3所示的发射模块中的阻抗变换单元34或带阻 滤波单元35省去。另外，还可将叠加单元33中的DC/DC变换单元331或均流控制单元332 省去，或者，叠加单元33只将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行叠加。
[0034] 图4是图3中均流控制单元实施例一的电路图，该均流控制单元均流控制单元包 括电流平衡控制器（例如选用Linear公司的型号为LTC4370的芯片）U1、M0S管Q1、Q2、电 阻R1、R2。其中，电流平衡控制器U1的第一控制端（GATE1)接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1 的源极及电流平衡控制器U1的第一输入端（VIN1)接入原供电电压V1，M0S管Q1的漏极接 电阻R1的第一端，电阻R1的第二端接发射机的电源端（未示出）。电流平衡控制器U1的 第二控制端（GATE2)接MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极及电流平衡控制器U1的第二输 入端（VIN2)接入DC/DC转换后的直流电压，MOS管Q2的漏极接电阻R2的第一端，电阻R2 的第二端同样接发射机的电源端。电流平衡控制器U1的第一输出端（0UT1)连接电阻R1 的第一端，电流平衡控制器U1的第二输出端（0UT2)连接电阻R2的第一端。当然，在其它 实施例中，MOS管Ql、Q2也可选用其它类型的开关管。
[0035] 在使用该均流控制单元对原供电电压及回收的射频信号所转换的直流电压进行 比例均流控制时，若两路直流电压分别为直流13. 5V，最终输出至发射机的电流为10A， 且希望两路电流的为例为4:1，则需对电阻Rl、R2选用合适的阻值，例如，电阻R1选用 0. 5m Ω，电阻R2选用2m Ω。另外，电流平衡控制器U1通过控制M0S管Q1、Q2开关频率控制 M0S管Ql、Q2的导通电阻，进而控制M0S管Ql、Q2上的压降，以补偿所输入的电压的失配， 直到两路输入电压的电流为4 :1。结合图5，在190ms处，均流控制单元开始工作，将两路电 压进行合路，此时，回收的射频信号转换的直流电压VI所提供的电流L2由原来的0A增加 到2A，电源的供电电压V2所提供的电流L1由原来的10A减小到8A。
[0036] 当然，在其它实施例中，在两路电流进行叠加时，也可不进行均流控制，S卩，直接将 低通滤波后的直流电压与电源所输出的直流电压进行叠加。为防止电源所提供的电流反向 流入低通滤波单元，可在低通滤波单元后接入防反的二极管。
[0037] 下面通过对比图1和图3来说明本实施例的有益效果，假设每个发射机输出的射 频信号的功率为50W，每个发射机效率为40%，即每个发射机直流供电功率为125W，两个 发射机合计需要250W的输入功率。若采用图1所示的方案，在经过宽带合路器后，每个发 射机的信号在合路器上有25W的热耗，另外的25W输出给天线，则整个系统的发射效率为 20 %，热耗为200W。若采用图3所示的方案，将宽带合路器未使用的输出通道的射频信号 送入能量回收单元，假设阻抗变换单元和带阻滤波单元的损耗小于〇. OldB，整流单元的效 率为98%，其输出的功率为49W。DC/DC变换单元的效率为96%，其输出的功率为47W。因 此，该能量回收单元最终的效率约为94%。两个发射机需提供250W的功率，此250W由能量 回收单元所输出的功率47W和电源所输出的功率203W组成。此时，仍然保持了原来的50W 天线发射功率，而电源提供的功率由原来的250W降低至203W，发射效率由原来的20%提高 至24. 63%，热耗由原来的200W降低至153W。因此，图3所示的实施例的方案相比图1所 示的方案，有以下有益效果：
[0038] 1、将回收的能量转换后供给设备使用，节约电能；
[0039] 2、由于整个系统的等效插损降低，可以间接改善系统的发射效率；
[0040] 3、由于热耗减少，降低了宽带合路器的温升，延长设备和系统寿命；
[0041] 4、发热减小后，可以裁剪原有的散热设计，降低设备的体积和重量。
[0042] 另外，本发明还构造一种无线通信系统，该无线通信系统包括以上实施例中的发 射模块。
[〇〇43] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1. 一种无线通信系统的发射模块，包括宽带合路器、至少两个发射机及为所述至少两 个发射机提供供电电压的电源，所述至少两个发射机的输出端分别与所述宽带合路器的至 少两个输入端相连，其特征在于，所述发射模块还包括：与所述宽带合路器未使用的输出通 道相对应的能量回收单元，所述能量回收单元包括： 整流单元，用于将相应输出通道的射频信号转换成直流电压； 低通滤波单元，用于对所转换的直流电压进行低通滤波； 叠加单元，用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行叠加，以为至少两个发射 机提供新的供电电压。
2. 根据权利要求1所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述能量回收单元 还包括： 阻抗变换单元，连接在所述宽带合路器的相应输出端和所述整流单元之间，且用于将 相应输出通道的射频信号调整到发射机所需供电电压的范围内，并保持阻抗匹配。
3. 根据权利要求1所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述能量回收单元 还包括： 带阻滤波单元，连接在所述宽带合路器的相应输出端和所述整流单元之间，且用于阻 止所述整流单元产生的谐波返回所述宽带合路器。
4. 根据权利要求1所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述叠加单元包括： 均流控制单元，用于将低通滤波后的直流电压与原供电电压进行等比例电流合路，以 提供新的供电电压。
5. 根据权利要求4所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述叠加单元还包 括： DC/DC变换单元，连接在所述低通滤波单元和所述均流控制单元之间，且用于将低通滤 波后的直流电压变换成发射机所需的供电电压。
6. 根据权利要求4所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述均流控制单元 包括电流平衡控制器、第一开关管、第二开关管、第一电阻和第二电阻，其中，所述电流平衡 控制器的第一控制端接所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的第一端及所述电流平 衡控制器的第一输入端接入原供电电压，所述第一开关管的第二端接所述第一电阻的第一 端，所述第一电阻的第二端接所述发射机的电源端，所述电流平衡控制器的第二控制端接 所述第二开关管的控制端，所述第二开关管的第一端及所述电流平衡控制器的第二输入端 接入低通滤波后的直流电压，所述第二开关管的第二端接所述第二电阻的第一端，所述第 二电阻的第二端接所述发射机的电源端，所述电流平衡控制器的第一输出端连接所述第一 电阻的第一端，所述电流平衡控制器的第二输出端连接所述第二电阻的第一端。
7. 根据权利要求1所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，在所述能量回收单 元的数量为两个时，第二个能量回收单元中的叠加单元用于将低通滤波后的直流电压与第 一个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进行叠加； 在所述能量回收单元的数量为N，且N>2时，第i个能量回收单元中的叠加单元用于将 低通滤波后的直流电压与第i-Ι个能量回收单元中的叠加单元所输出的直流电压进行叠 力口，其中，i = 2、...、N。
8. 根据权利要求1所述的无线通信系统的发射模块，其特征在于，所述能量回收单元 的数量与所述宽带合路器未使用的输出通道的数量相同，且每一个未使用的输出通道均对 应一个能量回收单元。
9. 一种无线通信系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的发射模块。
【文档编号】H04B1/04GK104104399SQ201410328054
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】马明, 陈涛, 张生 申请人:哈尔滨海能达科技有限公司