一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒及其光发射方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒及其光发射方法，它包括射频选择开关、射频预处理单元、滤波器组和光调制器，所述的射频选择开关的输入与射频输入信号连接，射频选择开关的输出与射频预处理单元的输入连接，射频预处理单元的输出与滤波器组的输入连接，滤波器组的输出与光调制器的输入连接，射频选择开关从多路射频信号选择一路作为输入，射频预处理单元对输入的射频信号进行预处理，滤波器组滤除经预处理后的射频信号的干扰信号，光调制器将射频电信号转换成光信号，光调制器输出的光信号与光传输介质连接。本发明信号传输损耗低、信号接收灵敏度高、传输信号动态范围大，光调制过程中频率不偏移、不产生干扰信号。
【专利说明】一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒及其光 发射方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及射频信号传输领域，特别是涉及一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范 围的光发射盒及其光发射方法。
【背景技术】
[0002] 现在的无线电通信技术都离不开射频信号的传输，无论广播电台、手机通信基站、 卫星通信基站等等。通常，为了达到更好的通信效果，通信基站的发射或接收天线架设在较 高的铁塔上，通信电台或接收设备安装在机房，设备和天线之间需要通过射频电缆连接以 传输射频信号。
[0003] (一）射频电缆损耗大不利于远距离传输 射频电缆传输的信号频率由系统工作频率范围确定，一般无线电监测系统的频率范围 为1MHz?3000MHz。射频电缆一般由中心导体、绝缘体、屏蔽层、外护套等构成。射频电缆 本身具有一定的插入损耗，而且，频率越高损耗越大，电缆越长损耗越大，电缆越细损耗越 大。在传输射频信号时，电缆的损耗会对信号产生衰减，而影响接收的效果。
[0004] 所以，在工程设计时要求射频电缆损耗越小越好。当需要传输的信号频率一定，要 想射频电缆带来的损耗小，就需要选用更粗的射频电缆。
[0005] (二）射频电缆价格昂贵 当需要传输的信号频率一定，要想射频电缆带来的损耗小，就需要选用更粗的射频电 缆。然而，同型号的电缆，电缆越粗价格越贵。以大型固定技术侦察和无线电监测站为例， 需要将架设在楼顶100米高的铁塔顶端的八副对数周期天线引接到机房，这需要八根100 多米长的电缆，其造价相当昂贵。
[0006] (三）射频电缆引接很不方便 为了减小射频电缆带来的损耗，一般选用的电缆又粗又硬。这又给架设带来了不便。也 以大型固定技术侦察和无线电监测站为例，需要将八根100米长又粗又硬的电缆引接到机 房，这相当困难。
[0007] (四）射频电缆接收/引接雷电直接威胁机房设备安全 由于射频电缆的中心导体和屏蔽层均采用金属导体。当遭遇雷电时，这些导体可能接 收并将很强的雷电引入机房损坏昂贵的设备。
[0008] (五）射频电缆接收/引接电磁炸弹信号威胁接收设备安全 也由于射频电缆的中心导体和屏蔽层均采用金属导体。当遭遇敌方电磁炸弹攻击时， 这些导体可能接收并将很强的电磁炸弹能量引入机房损坏昂贵的设备。传递电信号的发射 机和接收机以及所有连接到电线的设备，都将会受到电磁脉冲的影响而导致无法修复的损 坏。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽频段高灵敏度无杂散大动态 范围的光发射盒及其光发射方法，克服射频信号远程传输的信号衰减问题，通过发送模拟 光信号来实现信号传输，并解决射频信号传输的防雷问题及抗干扰能力差的问题。
[0010] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种宽频段高灵敏度无杂散大动态 范围的光发射盒，它包括射频选择开关、射频预处理单元、滤波器组和光调制器，所述的射 频选择开关的输入与射频输入信号连接，射频选择开关的输出与射频预处理单元的输入连 接，射频预处理单元的输出与滤波器组的输入连接，滤波器组的输出与光调制器的输入连 接，射频选择开关从多路射频信号选择一路作为输入，射频预处理单元对输入的射频信号 进行预处理，滤波器组滤除经预处理后的射频信号的干扰信号，光调制器将射频电信号转 换成光信号，光调制器输出的光信号与光传输介质连接。
[0011] 所述的射频选择开关为多选一多路开关，其多个不动端与外部多个射频输入信号 连接，其动端即输出端与后续射频预处理单元连接。
[0012] 所述的射频预处理单元包括低噪放大器、直通滤波器、输入开关A和输出开关A， 输入开关A和输出开关A均为多选一多路开关，输入开关的动端即输入端与前置射频选择 开关的输出连接，输入开关A的不动端分别与低噪放大器和直通滤波器的输入端连接，低 噪放大器和直通滤波器的输出分别与输出开关A的不动端连接，输出开关A的动端即输出 端与后续的滤波器组连接。
[0013] 所述的滤波器组包括一个或多个滤波器、输入开关B和输出开关B，输入开关B和 输出开关B均为多选一多路开关，输入开关B的动端即输入端与前置射频预处理单元的输 出连接，输入开关B的不动端分别与一个或多个滤波器的输入连接，一个或多个滤波器的 输出分别与输出开关B的不动端连接，输出开关的动端即输出端与后续的光调制器连接。
[0014] 所述的滤波器的数量由射频信号输入接口的数量来决定，滤波器的数量与射频信 号输入接口的数量相同。
[0015] 它还包括信号处理单元、对数放大器和光解码器，所述的对数放大器的输入与输 出开关B的动端及输出端连接，对数放大器的输出与信号处理单元信号输入连接，信号处 理单元还与光解码器的输出连接，光解码器负责把通过光传输介质接收到的光信号转换成 射频电信号，并将射频电信号传送给信号处理单元，信号处理单元的控制输出分别与射频 选择开关、输入开关A、输出开关A、输入开关B和输出开关B的控制端连接。
[0016] 它还包括电源接口，所述的电源接口通过与直流电源连接为射频选择开关、射频 预处理单元、滤波器组、光调制器、信号处理单元、对数放大器和光解码器供电。
[0017] 所述的光调制器为光模拟调制器，光解码器为光数字解码器，光调制器通过光传 输介质输出模拟光信号，光编码器通过光传输介质接收数字光信号。
[0018] 所述的光传输介质为光纤或光缆等。
[0019] 一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒的光发射方法，它包括以下步 骤： 51 :光发射盒的电源接口与直流电源或交流电源适配器或太阳能电池板或蓄电池组连 接，开机上电，光发射盒的射频输入端与天线的射频输出连接，接收天线所接收到的无线射 频信号； 52 :射频选择开关根据当前动端与不动端已发生的连接关系，通过该路射频端子将该 路射频信号接入光发射机，并将该射频信号发送到射频预处理单元； 53 :射频预处理单元根据输入开关A和输出开关A已发生的连接关系，对射频信号进行 直通滤波或放大，并将预处理后的射频信号发送到滤波器组； 54 :滤波器组根据输入开关B和输出开关B已发生的连接关系，通过该路的滤波器对该 射频信号进行滤波，滤除干扰信号，并将滤波后的射频信号发送到光调制器； 55 :光调制器把收到的射频信号转换为模拟量光信号，并通过光传输介质输出； S6:射频电信号经过光发射盒的滤波器组后，还将滤波后的射频电信号发送给对数放 大器，对数放大器将滤波后的射频信号进行对数放大，并把放大后的射频信号发送到信号 处理单元； 57 :信号处理单元对射频信号进行AD采样后，再进行信号功率检波，并根据检波得到 的信号功率大小判断并控制射频预处理单元，控制射频预处理单元对射频信号进行直通滤 波或放大处理，信号处理单元还将检波信息、信号增益和工作状态发送到光解码器，光解码 器将处理结果转换为数字光信号，并通过光传输介质将该数字光信号输出到上位机； 58 :光解码器接收上位机发来的控制数字光信号并解码，解码后将该控制信号发送到 信号处理单元，信号处理单元根据上位机的控制信号控制射频选择开关的动端，控制射频 预处理单元的输入开关A和输出开关A的动端，控制滤波器组的输入开关B和输出开关B 的动端。
[0020] 本发明的有益效果是：本发明一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒 及发射方法，通过模拟光调制器对输入的电信号进行强度调制，实现光电转换，并有效地把 模拟光信号送入光传输介质；本发明信号传输损耗低、信号接收灵敏度高、传输信号动态范 围大，光调制过程中不会发生频率偏移现象、不会产生其它干扰信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本发明电路原理框图； 图2为本发明光调制器电光转换原理图； 图3为本发明光调制器电光转换示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0023] 如图1所示，一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，它包括射频选 择开关、射频预处理单元、滤波器组和光调制器，所述的射频选择开关的输入与射频输入信 号连接，射频选择开关的输出与射频预处理单元的输入连接，射频预处理单元的输出与滤 波器组的输入连接，滤波器组的输出与光调制器的输入连接，射频选择开关从多路射频信 号选择一路作为输入，射频预处理单元对输入的射频信号进行预处理，滤波器组滤除经预 处理后的射频信号的干扰信号，光调制器将射频电信号转换成光信号，光调制器输出的光 信号与光传输介质连接。
[0024] 所述的射频选择开关为多选一多路开关，其多个不动端与外部多个射频输入信号 连接，其动端即输出端与后续射频预处理单元连接。
[0025] 所述的射频预处理单元包括低噪放大器、直通滤波器、输入开关A和输出开关A， 输入开关A和输出开关A均为多选一多路开关，输入开关的动端即输入端与前置射频选择 开关的输出连接，输入开关A的不动端分别与低噪放大器和直通滤波器的输入端连接，低 噪放大器和直通滤波器的输出分别与输出开关A的不动端连接，输出开关A的动端即输出 端与后续的滤波器组连接。
[0026] 低噪放大器对射频信号进行放大，并降低系统噪声系数，增加信号接收灵敏度。
[0027] 所述的滤波器组包括一个或多个滤波器、输入开关B和输出开关B，输入开关B和 输出开关B均为多选一多路开关，输入开关B的动端即输入端与前置射频预处理单元的输 出连接，输入开关B的不动端分别与一个或多个滤波器的输入连接，一个或多个滤波器的 输出分别与输出开关B的不动端连接，输出开关的动端即输出端与后续的光调制器连接。
[0028] 各个滤波器的通带频率范围不同，用于滤除所需接收信号带外的干扰信号。各滤 波器具体带宽需根据实际要求进行设计。
[0029] 所述的滤波器的数量由射频信号输入接口的数量来决定，滤波器的数量与射频信 号输入接口的数量相同。
[0030] 它还包括信号处理单元、对数放大器和光解码器，所述的对数放大器的输入与输 出开关B的动端及输出端连接，对数放大器的输出与信号处理单元信号输入连接，信号处 理单元还与光解码器的输出连接，光解码器负责把通过光传输介质接收到的光信号转换成 射频电信号，并将射频电信号传送给信号处理单元，信号处理单元的控制输出分别与射频 选择开关、输入开关A、输出开关A、输入开关B和输出开关B的控制端连接。
[0031] 所述的信号处理器为带AD采样的信号处理器，可采用MCU、DSP或FPGA。
[0032] 它还包括电源接口，所述的电源接口通过与直流电源连接为射频选择开关、射频 预处理单元、滤波器组、光调制器、信号处理单元、对数放大器和光解码器供电。
[0033] 电源接口还可以通过与交流电源适配器、太阳能电池板或蓄电池组连接供电。
[0034] 它还具有两个光纤接口，第一光纤接口与光调制器连接，第二光纤接口与光解码 器连接。
[0035] 所述的光调制器为光模拟调制器，光解码器为光数字解码器，光调制器通过光传 输介质输出模拟光信号，光编码器通过光传输介质接收数字光信号。该光解码器既可将数 字电信号编码为数字光信号，又可将接收到的数字光信号解码还原为数字电信号。
[0036] 无杂散的光发射盒主要通过两个方面来实现，一方面为射频电信号无杂散，主要 是通过输入滤波器组的带通滤波滤除掉所需接收信号带外的干扰信号实现；另一方面为光 转换无杂散，主要需要确保输入电信号的电流(或电压）工作在光电转换器件的线性工作范 围，避免因信号的失真而产生杂散信号。
[0037] 克服频率偏移的光发射盒主要通过两个方面来实现，一方面是尽可能的确保发射 和接收光信号的频率范围一致性，避免因收发频率不一致导致的信号失真；另一方面通过 对收发信号的频率进行校准，消除因传输带来的频率漂移。
[0038] -种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒的光发射方法，它包括以下步 骤： S1 :光发射盒的电源接口与直流电源或交流电源适配器或太阳能电池板或蓄电池组连 接，开机上电，光发射盒的射频输入端与天线的射频输出连接，接收天线所接收到的无线射 频信号； 52 :射频选择开关根据当前动端与不动端已发生的连接关系，通过该路射频端子将该 路射频信号接入光发射机，并将该射频信号发送到射频预处理单元； 53 :射频预处理单元根据输入开关A和输出开关A已发生的连接关系，对射频信号进行 直通滤波或放大，并将预处理后的射频信号发送到滤波器组； 54 :滤波器组根据输入开关B和输出开关B已发生的连接关系，通过该路的滤波器对该 射频信号进行滤波，滤除干扰信号，并将滤波后的射频信号发送到光调制器； 55 :光调制器把收到的射频信号转换为模拟量光信号，并通过光传输介质输出； S6:射频电信号经过光发射盒的滤波器组后，还将滤波后的射频电信号发送给对数放 大器，对数放大器将滤波后的射频信号进行对数放大，并把放大后的射频信号发送到信号 处理单元； 57 :信号处理单元对射频信号进行AD采样后，再进行信号功率检波，并根据检波得到 的信号功率大小判断并控制射频预处理单元，控制射频预处理单元对射频信号进行直通滤 波或放大处理，信号处理单元还将检波信息、信号增益和工作状态发送到光解码器，光解码 器将处理结果转换为数字光信号，并通过光传输介质将该数字光信号输出到上位机； 58 :光解码器接收上位机发来的控制数字光信号并解码，解码后将该控制信号发送到 信号处理单元，信号处理单元根据上位机的控制信号控制射频选择开关的动端，控制射频 预处理单元的输入开关A和输出开关A的动端，控制滤波器组的输入开关B和输出开关B 的动端。
[0039] 本发明的光发射盒，其射频选择开关用于选择射频信号的输入通道，可以选择输 入不同频段的天线射频信号。
[0040] 射频预处理单元用于调节接收的射频信号的增益大小，提高信号的接收灵敏度。 同时，也具有信号限幅保护功能，防止意外输入过大的信号而损毁设备。
[0041] 滤波器组与射频选择开关配合使用，用于滤除所接收的射频信号的带外信号，减 少所接收的射频信号的干扰。
[0042] 光调制器对输入的射频电信号进行强度调制，实现电光转换，并有效地把光信号 送入光传输介质。
[0043] 信号处理器为带AD采样的信号处理器，可采用MCU、DSP或FPGA。信号处理器用 于信号检波、增益控制、射频开关选择和滤波器选择。
[0044] 对数放大器用于射频信号功率检波测量。
[0045] 光解码器负责把通过光传输介质接收到的光信号转换成射频电信号，并将射频电 信号传送给信号处理单元。
[0046] 如图2所示，光调制器进行电信号到光信号的电光转换，对输入的射频电信号进 行强度调制，输出模拟光信号。图2为光调制器光电转换原理图，光调制器使载波光波的功 率随射频电信号的电流变化而变化，从而根据光信号的强弱来传递信息。
[0047] 如图3所示，图3为电光转换光信号发射示意图。
[0048] 本发明光发射机具有多个射频输入接口，可输入多路射频信号。
[0049] 具有一个电源接口，提供直流电源输入，电源接口可接直流电源、交流电源适配 器、太阳能电池板或蓄电池组。
[0050] 具有两个光纤接口，一个接口用于输出经调制的射频光信号（即模拟量光信号)， 另一个接口输入或输出经编码的数字光信号，用于向上位机发送射频信号增益及工作状态 信息和接收上位机的控制信号。
[0051] 本发明光发射盒的功能是通过光调制器对输入的电信号进行强度调制，实现光电 转换，并有效地把光信号送入光纤。
[0052] 光纤不含有任何金属导体，不会感应/传输雷电能量。所以，利用光纤传输宽频段 模拟射频信号，即达到了射频信号传输的目的，又隔离了雷电带来的危害。
[0053] 也由于光纤不含有任何金属导体，不会感应/传输电磁炸弹能量。所以，利用光纤 传输宽频段模拟射频信号，即达到了射频信号传输的目的，又隔离了电磁炸弹带来的危害。 当受到电磁炸弹攻击时，最多损坏光发射机模块。这比使用射频电缆而损坏接收机等设备 更廉价，更容易备份和修复。
[0054] 本发明一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒及发射方法，通过模拟 光调制器对输入的电信号进行强度调制，实现光电转换，并有效地把模拟光信号送入光传 输介质；本发明信号传输损耗低、信号接收灵敏度高、传输信号动态范围大，光调制过程中 不会发生频率偏移现象、不会产生其它干扰信号。
【权利要求】
1. 一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征在于：它包括射频选择 开关、射频预处理单元、滤波器组和光调制器，所述的射频选择开关的输入与射频输入信号 连接，射频选择开关的输出与射频预处理单元的输入连接，射频预处理单元的输出与滤波 器组的输入连接，滤波器组的输出与光调制器的输入连接，射频选择开关从多路射频信号 选择一路作为输入，射频预处理单元对输入的射频信号进行预处理，滤波器组滤除经预处 理后的射频信号的干扰信号，光调制器将射频电信号转换成光信号，光调制器输出的光信 号与光传输介质连接。
2. 根据权利要求1所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：所述的射频选择开关为多选一多路开关，其多个不动端与外部多个射频输入信号连 接，其动端即输出端与后续射频预处理单元连接。
3. 根据权利要求1所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：所述的射频预处理单元包括低噪放大器、直通滤波器、输入开关A和输出开关A，输入 开关A和输出开关A均为多选一多路开关，输入开关的动端即输入端与前置射频选择开关 的输出连接，输入开关A的不动端分别与低噪放大器和直通滤波器的输入端连接，低噪放 大器和直通滤波器的输出分别与输出开关A的不动端连接，输出开关A的动端即输出端与 后续的滤波器组连接。
4. 根据权利要求1所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：所述的滤波器组包括一个或多个滤波器、输入开关B和输出开关B，输入开关B和输 出开关B均为多选一多路开关，输入开关B的动端即输入端与前置射频预处理单元的输出 连接，输入开关B的不动端分别与一个或多个滤波器的输入连接，一个或多个滤波器的输 出分别与输出开关B的不动端连接，输出开关的动端即输出端与后续的光调制器连接。
5. 根据权利要求4所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：所述的滤波器的数量由射频信号输入接口的数量来决定，滤波器的数量与射频信号 输入接口的数量相同。
6. 根据权利要求1所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：它还包括信号处理单兀、对数放大器和光解码器，所述的对数放大器的输入与输出开 关B的动端及输出端连接，对数放大器的输出与信号处理单元信号输入连接，信号处理单 元还与光解码器的输出连接，光解码器负责把通过光传输介质接收到的光信号转换成射频 电信号，并将射频电信号传送给信号处理单元，信号处理单元的控制输出分别与射频选择 开关、输入开关A、输出开关A、输入开关B和输出开关B的控制端连接。
7. 根据权利要求1所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其特征 在于：它还包括电源接口，所述的电源接口通过与直流电源连接为射频选择开关、射频预处 理单元、滤波器组、光调制器、信号处理单元、对数放大器和光解码器供电。
8. 根据权利要求1或6所述的一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒，其 特征在于：所述的光调制器为光模拟调制器，光解码器为光数字解码器，光调制器通过光传 输介质输出模拟光信号，光编码器通过光传输介质接收数字光信号。
9. 一种宽频段高灵敏度无杂散大动态范围的光发射盒的光发射方法，其特征在于：它 包括以下步骤： S1 :光发射盒的电源接口与直流电源或交流电源适配器或太阳能电池板或蓄电池组连 接，开机上电，光发射盒的射频输入端与天线的射频输出连接，接收天线所接收到的无线射 频信号； S2:射频选择开关根据当前动端与不动端已发生的连接关系，通过该路射频端子将该 路射频信号接入光发射机，并将该射频信号发送到射频预处理单元； 53 :射频预处理单元根据输入开关A和输出开关A已发生的连接关系，对射频信号进行 直通滤波或放大，并将预处理后的射频信号发送到滤波器组； 54 :滤波器组根据输入开关B和输出开关B已发生的连接关系，通过该路的滤波器对该 射频信号进行滤波，滤除干扰信号，并将滤波后的射频信号发送到光调制器； 55 :光调制器把收到的射频信号转换为模拟量光信号，并通过光传输介质输出； S6:射频电信号经过光发射盒的滤波器组后，还将滤波后的射频电信号发送给对数放 大器，对数放大器将滤波后的射频信号进行对数放大，并把放大后的射频信号发送到信号 处理单元； 57 :信号处理单元对射频信号进行AD采样后，再进行信号功率检波，并根据检波得到 的信号功率大小判断并控制射频预处理单元，控制射频预处理单元对射频信号进行直通滤 波或放大处理，信号处理单元还将检波信息、信号增益和工作状态发送到光解码器，光解码 器将处理结果转换为数字光信号，并通过光传输介质将该数字光信号输出到上位机； 58 :光解码器接收上位机发来的控制数字光信号并解码，解码后将该控制信号发送到 信号处理单元，信号处理单元根据上位机的控制信号控制射频选择开关的动端，控制射频 预处理单元的输入开关A和输出开关A的动端，控制滤波器组的输入开关B和输出开关B 的动端。
【文档编号】H04B10/50GK104218994SQ201410507183
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】宁涛, 吴伟冬 申请人:成都九华圆通科技发展有限公司