MIMO低频宽带收发电路结构的制作方法

mimo低频宽带收发电路结构
技术领域
1.本发明涉及通信电路结构领域，尤其涉及射频微波领域，具体是指一种mimo低频宽带收发电路结构。


背景技术：

2.随着通信的快速发展，无论是器件的体积、集成化还是运行速度，都超更小更集成更快速的方向发展，当然信号处理的频率也越来越高，从4g到5g，再到毫米波。当然，频率向高频发展的时候低频也有很多应用，低频的波长长，具有绕射性能好和传播距离长的特点，同时相关设备简单，电路调度容易，抗毁能力也很强，仍在很多场合使用，如国际通信、防汛救灾、海难救援以及军事通信等方面发挥了独特的重要作用，所以低频的通信电路将起着关键作用。
3.mimo技术做为5g的关键技术之一，提高了信道容量及频率利用率，而mimo信道模拟器正是模拟空间中mimo信道的仪器，可以模拟空间中的各种信道，无需实地测试，在实验室便可验证信号的传输，为研究提供了很大的便利。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足结构简单、频率范围覆盖广、适用范围较为广泛的mimo低频宽带收发电路结构。
5.为了实现上述目的，本发明的mimo低频宽带收发电路结构如下：
6.该mimo低频宽带收发电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括多个通道，每个通道包括接收电路和发射电路，所述的接收电路和发射电路均与功分器相连，所述的接收电路的输入端与功分器相连，接收电路的输出端与模数转换器相连，所述的发射电路的输入端与数模转换器相连，接收电路的输出端与功分器相连。
7.较佳地，所述的接收电路包括三组接收开关放大电路模块、三个接收滤波器和接收数控衰减器，所述的三组接收开关放大电路模块均结构相同且分别为第一接收开关放大电路模块、第二接收开关放大电路模块和第三接收开关放大电路模块，所述的三个接收滤波器均相同且分别为第一接收滤波器、第二接收滤波器和第三接收滤波器，第一接收开关放大电路模块、第一接收滤波器、第二接收开关放大电路模块、第二接收滤波器、接收数控衰减器、第三接收开关放大电路模块和第三接收滤波器依次相连，所述的第一接收开关放大电路模块的输入端与功分器相连，第三接收滤波器的输出端与模数转换器相连，所述的接收滤波器用于对带外的杂散进行滤波，所述的接收数控衰减器用于控制功率的精度，将范围内的功率信号转化成支持模数转换器处理的功率范围。
8.较佳地，所述的开关放大电路模块包括两个接收射频开关和接收运算放大器，所述的两个接收射频开关分别接在接收运算放大器的输入端和输出端，且所述的两个接收射频开关相连，所述的接收射频开关用于选择接收信号的放大通路或直通通路，所述的接收运算放大器用于放大接收信号。
9.较佳地，所述的发射电路包括多个20db数控衰减器、发射数控衰减器、发射开关放大电路模块和发射滤波器，所述的多个20db数控衰减器、发射数控衰减器、发射开关放大电路模块和发射滤波器依次相连，所述的多个20db数控衰减器相串联，所述的20db数控衰减器的输入端与数模转换器相连，发射滤波器的输出端与功分器相连。
10.较佳地，所述的发射开关放大电路模块包括两个发射射频开关和发射运算放大器，所述的两个发射射频开关分别接在发射运算放大器的输入端和输出端，且所述的两个发射射频开关相连，所述的发射射频开关用于选择发射信号的放大通路或直通通路，所述的发射运算放大器用于放大发射信号。
11.较佳地，所述的20db数控衰减器具有0db和20db衰减两种状态。
12.较佳地，所述的接收运算放大器为反相放大，且增益带宽积为8ghz。
13.较佳地，所述的接收数控衰减器的动态衰减范围为31.5db，且衰减步进为0.5db；所述的发射数控衰减器的动态衰减范围为31.5db，且衰减步进为0.5db。
14.采用了本发明的mimo低频宽带收发电路结构，频率范围覆盖宽，范围为3khz～500mhz，覆盖了超长波至超短波频段；信号带宽达500mhz，为低频信号的mimo模拟提供了可能。本电路结构集收发电路为一体，且收发共用一个端口，减少了外部端口数量，输入输出信号动态范围大，提供了各种功率范围的信号模拟。
附图说明
15.图1为本发明的mimo低频宽带收发电路结构的信道模拟器框图。
16.图2为本发明的mimo低频宽带收发电路结构的mimo低频宽带收发电路框图。
17.图3为本发明的mimo低频宽带收发电路结构的运算放大器反相放大电路图。
18.附图标记：
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功分器
[0020]2ꢀꢀ
接收射频开关
[0021]3ꢀꢀ
接收运算放大器
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接收滤波器
[0023]5ꢀꢀ
接收数控衰减器
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发射滤波器
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发射射频开关
[0026]8ꢀꢀ
发射运算放大器
[0027]9ꢀꢀ
发射数控衰减器
[0028]
10 20db数控衰减器
具体实施方式
[0029]
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0030]
本发明的该mimo低频宽带收发电路结构，其中包括多个通道，每个通道包括接收电路和发射电路，所述的接收电路和发射电路均与功分器相连，所述的接收电路的输入端与功分器相连，接收电路的输出端与模数转换器相连，所述的发射电路的输入端与数模转
换器相连，接收电路的输出端与功分器相连。
[0031]
作为本发明的优选实施方式，所述的接收电路包括三组接收开关放大电路模块、三个接收滤波器和接收数控衰减器，所述的三组接收开关放大电路模块均结构相同且分别为第一接收开关放大电路模块、第二接收开关放大电路模块和第三接收开关放大电路模块，所述的三个接收滤波器均相同且分别为第一接收滤波器、第二接收滤波器和第三接收滤波器，第一接收开关放大电路模块、第一接收滤波器、第二接收开关放大电路模块、第二接收滤波器、接收数控衰减器、第三接收开关放大电路模块和第三接收滤波器依次相连，所述的第一接收开关放大电路模块的输入端与功分器相连，第三接收滤波器的输出端与模数转换器相连，所述的接收滤波器用于对带外的杂散进行滤波，所述的接收数控衰减器用于控制功率的精度，将范围内的功率信号转化成支持模数转换器处理的功率范围。
[0032]
作为本发明的优选实施方式，所述的开关放大电路模块包括两个接收射频开关和接收运算放大器，所述的两个接收射频开关分别接在接收运算放大器的输入端和输出端，且所述的两个接收射频开关相连，所述的接收射频开关用于选择接收信号的放大通路或直通通路，所述的接收运算放大器用于放大接收信号。
[0033]
作为本发明的优选实施方式，所述的发射电路包括多个20db数控衰减器、发射数控衰减器、发射开关放大电路模块和发射滤波器，所述的多个20db数控衰减器、发射数控衰减器、发射开关放大电路模块和发射滤波器依次相连，所述的多个20db数控衰减器相串联，所述的20db数控衰减器的输入端与数模转换器相连，发射滤波器的输出端与功分器相连。
[0034]
作为本发明的优选实施方式，所述的发射开关放大电路模块包括两个发射射频开关和发射运算放大器，所述的两个发射射频开关分别接在发射运算放大器的输入端和输出端，且所述的两个发射射频开关相连，所述的发射射频开关用于选择发射信号的放大通路或直通通路，所述的发射运算放大器用于放大发射信号。
[0035]
作为本发明的优选实施方式，所述的20db数控衰减器具有0db和20db衰减两种状态。
[0036]
作为本发明的优选实施方式，所述的接收运算放大器为反相放大，且增益带宽积为8ghz。
[0037]
作为本发明的优选实施方式，所述的接收数控衰减器的动态衰减范围为31.5db，且衰减步进为0.5db；所述的发射数控衰减器的动态衰减范围为31.5db，且衰减步进为0.5db。
[0038]
本发明的具体实施方式中，提供了一种mimo低频宽带收发电路，频率范围为3khz～500mhz。传统的低频电路一般只覆盖到特定频段，如长波或者短波，本文收发电路覆盖了超长波到超短波频段，带宽为500mhz，可用于各个波段的使用，同时对于各个波段的相互切换也很方便，可以运用于多种场景的mimo信道模拟。
[0039]
图1是信道模拟器框图，每个通道都有接收通路(rx)和发射通路(tx)，接收通路将接收到的信号进入模数转换器(adc)处理，数模转换器(dac)输出信号至发射通路，最后接收通路和发射通路汇集到一个端口输入或输出。每个通道包含一个收发，最后接收通路将接收信号给adc采集，dac产生信号给发射通路。这样将基站和终端分别接在不同端口时，模拟器便可以同时模拟基站和终端的上行通信和下行通信。
[0040]
图2为mimo低频宽带收发电路框图，本发明的低频宽带收发电路图为mimo模拟器
中一个通道的电路框图。信号在收发端(trx)输入或输出，最终将接收信号给adc，dac同时输出信号给发射电路，接收电路和发射电路通过功分器连接，功分器将接收信号和发射信号汇集到一个通路上，功分器的隔离度为20db，保证了接收信号和发射信号的隔离。
[0041]
本发明提供了mimo模拟器中的一种低频宽带收发电路，主要包括接收电路和发射电路。接收电路和发射电路共用一个射频接口，通过功分器将收发信号合路。
[0042]
其中接收电路由射频开关、运算放大器、滤波器、数控衰减器组成，其中射频开关可以选择信号走放大通路还是直通通路，运算放大器保证3khz～500mhz信号的放大，滤波器对带外的杂散进行滤波，数控衰减器不仅具有大动态衰减范围，而且衰减步进小，可以对功率的精度进行控制。最后将一定范围的功率信号转化成adc可以处理的功率范围。
[0043]
其中射频开关和运算放大器组成放大和直通通路，可以根据信号的功率来选择是放大还是直通，为了保证整个电路的增益，加了三组开关放大电路。
[0044]
运算放大器的电路图见图3，设计成反相放大形式，有更好的抗干扰能力，同时该运算放大器的增益带宽积(gbw)为8ghz，能够满足500mhz信号的放大增益需求。图3中，运算放大器的输入输出为50ω阻抗，所以rg//rt为50ω，r1＝r2＝50ω，rf/rg＝g为放大倍数。
[0045]
滤波器是低通滤波器，主要是滤除和抑制500mhz带外的谐波和杂散等杂波信号，防止干扰有用信号的处理。由于放大器本身也会带来谐波，所以在每个放大器后都加一个滤波器。
[0046]
数控衰减器具有31.5db的大动态衰减范围，而且衰减步进为0.5db，可以对功率的精度进行控制，实现功率的线性变化。
[0047]
发射电路由滤波器、射频开关、运算放大器、数控衰减器、20db数控衰减器组成，其中射频开关选择信号的放大或者直通，滤波器滤除带外的杂散，数控衰减器具有大动态衰减范围，可控制信号的功率精度，20db数控衰减器对信号进行大幅度衰减或者不衰减，最终输出一定功率的3khz～500mhz的信号。
[0048]
其中滤波器是低通滤波器，作用和接收电路的一样，主要滤除和抑制500mhz带外的谐波和杂散等杂波信号，同样也放在放大器之后。
[0049]
射频开关和运算放大器组成放大和直通通路，可以根据信号的功率来选择放大直通。
[0050]
数控衰减器具有31.5db的大动态衰减范围，可实现信号功率的线性变化。
[0051]
20db数控衰减器只有0db和20db衰减两种状态，实现信号的大功率衰减，为输出小信号提供了保证。
[0052]
其中运算放大器为反相放大模式，能够对500mhz宽带信号进行放大，该运算放大器的增益带宽积(gbw)为8ghz，可满足500mhz信号的放大增益要求。
[0053]
通过以上技术方案，可以实现3khz～500mhz的大宽带覆盖，而且收发电路输入输出为同一端口，为信道的模拟提供了方便，且电路中有放大和衰减的可控组合，通过校准和合适的搭配可以达到大的动态范围。
[0054]
在本发明中，低频宽带信号的频率范围为3khz～500mhz，接收信号功率动态范围为
‑
50dbm～+20dbm，当
‑
50dbm小信号输入的时候，运算放大器的增益约为20db，adc需要的输入功率约为0dbm，将三路开关放大都切到放大通路，再减去通路的衰减，适当控制数控衰减器，可以使到达adc的信号功率符合要求。当+20dbm大信号输入的时候，三路开关放大都
切到直通通路，再适当控制数控衰减器，也可以满足adc输入功率要求。当信号在
‑
50dbm～+20dbm之间输入的时候，通过三组开关放大的切换和数控衰减器的微调，都可以使得信号满足adc要求。这些过程可以通过校准实现。
[0055]
发射信号功率动态范围为
‑
120dbm～
‑
10dbm，dac输出的功率约为
‑
5dbm，当需要输出
‑
120dbm小信号的时候，开关放大组切到直通通路，将四个20db数控衰减器都切成20db衰减，适当调整数控衰减器，加上通路的衰减，发射通路可以达到
‑
115db的衰减，同时在小信号输出的时候也要注意通路上的隔离和屏蔽，防止信号的泄露。当需要输出
‑
10dbm小信号的时候，开关放大组切到放大通路，将四个20db数控衰减器都切成0db衰减，适当调整数控衰减器，加上通路的衰减，可以实现
‑
10dbm信号的输出。当信号输出在
‑
120dbm～
‑
10dbm之间的时候，可以通过校准实现。
[0056]
通过上述方法，将可以实现3khz～500mhz的频率范围，输入
‑
50dbm～+20dbm信号，输出
‑
120dbm～
‑
10dbm动态范围的信号，频率在低频覆盖范围大，带宽高，功率动态范围大，适合mimo信道的模拟。同时，本发明的电路可以单独形成模块，可对500mhz以上的mimo信道模拟器进行低频频段的扩展，这样便提高的模拟器的低频仿真能力。
[0057]
采用了本发明的mimo低频宽带收发电路结构，频率范围覆盖宽，范围为3khz～500mhz，覆盖了超长波至超短波频段；信号带宽达500mhz，为低频信号的mimo模拟提供了可能。本电路结构集收发电路为一体，且收发共用一个端口，减少了外部端口数量，输入输出信号动态范围大，提供了各种功率范围的信号模拟。
[0058]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。