专利名称：移动通信直放机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线电话通信设备，确切地说，涉及一种可以扩大移动电话复盖地域的大功率移动通信直放机。
在蜂窝式移动通信的信号传播路径中，经常会遇到阻挡物，如山脉、树林、建筑物等等，这些自然或人工阻挡物的背面，以及地下建筑设施的内部，如地铁、地下商场、隧道等，由于信号不能复盖之都会产生移动通信网中的阴影区(又称信号肓区)。由于我国的移动通信仍处于发展起始阶段，各地沿用大区制，基站分布比较稀疏，通常每个基站的涵复范围一般是半径为15～25公里的地域，这样，就会有许多地区信号复盖不到。然而，有些信号复盖不到的区域内常有许多范围不大、予计用户不会很多、话务量也不很大的重要地区，必须纳入移动通信网内，如某些县镇、独立的大中型厂矿企业、高速公路、机场等。在这些地区建设基站投资大，不经济；另外，有些地方要求迅速拥有移动通信手段，基站建设周期长，不能尽快满足要求。
国内目前尚无大功率的移动通信直放机设备研制生产，国外某些公司(如美国半岛公司、英国无线效益公司等)虽有直放机类设备可供进口，但其输出线性功率小于10W，整机增益约在80dB左右，不能适应我国地域广阔，经济尚不发达、电源供给普遍不稳定的基本国情；而且，其许多技术指标，如三阶复调、噪声系数，整机功耗等都不够理想。再者，售价昂贵，难于在国内推广应用。
本实用新型的目的是提供一种能够克服国外产品的不足，功率大，增益高，能适应交直流和太阳能多种方式供电的大功率移动通信直放机，作为在国内移动电话通信网的建立和发展中急需的信号延伸和扩充设备。
本实用新型是这样实现的它是由主机、前向天线、后向天线、电源装置、保护告警装置和避雷装置所组成，其中主机是在钢制箱体内安装的、由前向与后向信号放大器及其放大链路所构成的两个微波宽带同频线性放大器，每个放大器链路则分别是由一个能严格限制上、下行信号路径的双工组件、低噪声放大器组件、滤波器、衰耗器、推动放大器、功率放大器和定向耦合器组成，其特征在于(1)上述双工组件是由两个通频带分别位于下行信号与上行信号频段的滤波器与在此两个滤波器之间串接的一个环行器所组成；(2)上述放大器链路中的上、下行滤波器是采用近地端耦合的低阻交指形微波滤波器；(3)上述推动放大器与功率放大器都是采用多级双路平衡式放大电路构成的，并采用平衡合成式微带线将其两路输出合成。上述双工组件中的通频带分别位于上行信号与下行信号频段的两个滤波器机械结构、几何形状和外形尺寸都与上述放大器链路中的上、下行信号的滤波器完全一样。上述滤波器的腔体形状为矩形体，输入、输出信号皆从近地端接入，腔体上下两侧延伸出外设有七个调节通带频宽的调节螺栓。上述滤波器的腔体和调节螺栓的材料都为电解紫铜，腔体内壁表面光洁度应不低于7，以保证腔体密封性能和低插入损耗。上述多级双路平衡放大电路中的微带器印刷电路板上的铜箔外表面应该镀金，其镀金厚度不小于1微米。上述多级双路平衡放大电路中使用的晶体管，其前置级可以分别采用国产型号为WD341、WD351和WD381产品配对使用，末级功放应选用美国莫托罗拉公司的型号MRA-14L产品配对使用。上述前向天线经馈线与组成前向信号放大器的双工组件的天线口A连接，该双工组件则经下行信号放大器链路与组成后向信号放大器的双工组件连接；上述后向天线经馈线与该双工组件的天线口B连接，该双工组件经上行信号放大器链路与前向信号放大器的双工组件连接。上述电源装置安装在主机钢制箱体内，该电源装置输入端配设有交流市电接口、蓄电池直流供电接口和太阳能电源接口。
本实用新型是应用微波宽带同频线性放大技术，工作于900MHz(或800MHz)移动电话通信网的大功率直放机通信设备。本实用新型在技术上具有以下优点利用多级双路平衡式放大电路，在900MHz高频实现了同频高增益双工放大。该技术与国外采用的单路放大相比较，具有稳定度高、反射小、增益高等特点。国外产品的总增益在80dB左右，本实用新型的有源总增益为130dB左右，整机总增益可达110dB。要使如此高增益的同频放大器稳定工作，并与相隔20MHz的另一路高增益信号链路合路组成一个双工直放机，必须要有很高的隔离技术。本实用新型中采用的带外抑制达150dB以上的三级近地端隅合的低阻交指形微波滤波器，既是该设备装置的关键部件，也是微波滤波器技术领域中的重要创新，是研制大功率直放机站克服功率大、回授强的技术难题，尽可能扩大信号涵复地域的有效技术保障手段。本实用新型的输出功率可达22W(在三阶交调-20dBc时)，大大超过了国外产品只能在三阶交调同为-20dBc时输出10W功率的水平。此外，本实用新型的电源装置具有交流市电、蓄电池直流电和太阳能电源等三种输入接口，较之国外产品只有单一电源，更能适应我国电力供应的实际状况。此外，本实用新型的电路结构设计简单、新颖、实用，是一种投资省(约为建基站投资的十分之一)、建站速度快(2～3天)、环境要求低(可在露天野外工作)，不需维护、工作稳定可靠的蜂窝式移动通信直放机。
以下结合附图和实施例，具体介绍本实用新型。
图1是本实用新型各部件的结构组成示意图。
图2是本实用新型的主机电路结构方框图。
图3是本实用新型中双工组件的电路结构示意图。
图4是本实用新型中推动放大器的电原理图。
图5是本实用新型中下行末级功放电路的电原理图。
图6是本实用新型中滤波器结构示意图。
图7是本实用新型中电源装置的结构方框图。
参阅图1，该图也是本实用新型选用机座式安装(即水平安装)的示意，本实用新型还可采用悬挂式安装(即垂直安装)，可视安装场地分别选用。图中，1是对着基站方向的前向天线，又称施主天线，2是对着复盖区内移动台方向的后向天线，也称重发天线。3是馈线，4是主机机箱，5是保护告警装置，6是避雷装置。其中天线1、2，保护告警装置5和避雷装置6皆为常规设备，不再详述。
在钢制主机机箱4内安装有由前向信号放大器和后向信号放大器及其放大链路所构成的两个微波宽带同频线性放大器所组成的主机8及电源装置7。结合附图2介绍本实用新型的电路结构及其工作原理从蜂窝式移动电话基站下来的下行信号(935～960MHz)经前向天线1接收进入上行天线口A和双工组件11。本实用新型所采用的双工组件能严格限制上行信号和下行信号的路径，使下行信号沿图2细实线所示的方向进入下行信号放大器链路。下行放大器链路是由低噪声放大器组件12、滤波器13、衰减器14、推动放大器15、功率放大器16和定向耦合器17所组成。其中低噪声放大器组件12是由能将信号放大30dB的低噪声放大器122及其前后两端串接的两个单向器121、123所组成。这两个单向器的作用是防止上述放大器122的反射波逆向传输干扰环路的正常工作。因为单向器121、123的正向传输损耗仅0.6dB，而反向传输损耗将达50dB左右。放大后的信号经滤波器13再一次过滤后，先送入衰耗器14。由于本实用新型安装地点的信号场强是不同的，其放大链路的增益必需能够可调。接入衰耗器就可使安装地点的信号场强能在82dB范围内很方便地进行调整选择，使其后端的推动放大器15获得电平合适的输入信号。该推动放大器的增益可达78dB，其输出再接增益可达18dB的功率放大器16，使整机输出功率可达20瓦。输出的下行信号经定向耦合器17(内设有可取出301小信号供测试使用的下行监测口)到达双工组件21。该双工组件21同样严格限制下行信号与上行信号的路径，只允许下行信号通向下行天线口B，经重发天线2发给用户，而不准下行信号进入上行放大链路。
同理，用户发来的上行信号(890～915MHz)经重发天线2接收，送入上行信号的双工组件21分离后进入上行放大通道链路(见图2粗实线所示的方向)进行上行信号的放大。此时上行信号又经低噪声放大器组件22、滤波器23、衰耗器24、推动放大器25、功率放大器26和定向耦合器27流向对着基站方向的施主天线1送往基站。其信号处理过程与下行信号相同，不再赘述。
图3所示的是上行放大链路中的双工组件21的电路结构。该双工组件是由两个不同频段的滤波器211、213与一个环行器212所组成。本实用新型的工作性能与双工组件关系密切。当下行功放信号从定向耦合器17输入上述双工组件21的a端口时，因滤波器211调谐于下行频段，使得下行信号能顺利通过到达环行器212的端口。因环行器顺向传输阻抗小(＜0.3dB)，而反向传输阻抗大(＞25dB)，使下行信号只能从M→N到达天线口B，再经后向天线2发送给用户。从M漏到P的下行信号则因滤波器213调谐于上行链路，会对下行信号产生大于60dB的衰减，阻止下行信号进入上行链路。而从后向天线2接收到的上行信号经环行器212由N→P正向传输到达滤波器211后，则可以顺利通过。再经其端口b进入上行链路放大处理，由此完成严格限制上行、上行信号工作路径的使命。
为了实现高增益、大功率的输出，限于目前国内外900MHz线性功率管的制造水平，本实用新型在推动放大器和功率放大器中都采用了多级平衡式放大电路，其电原理图分别参见图4和图5。因上行功放电路与下行功放电路结构原理相近，故省略不作介绍。在图4中由晶体管T1～T8组成四级双路同频平衡放大链路。这些晶体管可以选用工作频率f＝1000MHz的国产WD341、WD351和WD381型号产品配对使用，其总增益可达78dB。下行功放电路上使用的T9～T12则应选用美国莫托罗拉公司生产的型号MRA-14L产品配对使用，其增益可达18dB。再加上低噪放大电路的30dB增益，使本机有源总增益可达125dB以上。为了将上述两路信号合成和直接耦合，本实用新型中采用了反射小，驻波比小的平衡合成式微带器G，该微带器印刷电路板上的微带线铜箔外表面应用镀金工艺稳定之，其镀金厚度应不小于1毫米。为了保证通带的增益频宽和阻抗匹配，上述平衡放大电路还采用了两组微带器串接的感应耦合技术。
本实用新型的另一技术特色是采用低阻交指型微波滤波器作为上下行信号的隔离器件。参见图6，该滤波器是个密闭的矩形体状的腔体，图示为掀去其上盖后的腔内结构示意。其输入、输出信号in、out都是从近地端接入耦合的(离地线9毫米)，改变了以往从远地端耦合的传统设计模式。腔体上下两侧延伸出外设有7个调节通带频宽的调节螺栓30～36，其数量大大少于常规交指形滤波器有20余个调节螺栓。该滤波器的腔体和调节螺栓30～36的材料都应选用电解紫铜，而不是通常的铝合金。腔体内壁表面的光洁度应不低于7，以保证腔体的密封性能和低插入损耗，尽量消灭腔体内的电波泄漏。为了提高标准化、通用化水平，便于批量生产，本实用新型中两个双工组件中的上、下行滤波器(例如211、213和111、113)和上、下行放大链路中的两个滤波器27、17的机械结构、几何形状及其外形尺寸都是一样的，只要调整7个螺杆改变其通带频率就可分别工作于上行放大链路或下行放大链路。这种滤波器的带外衰耗可达-60dB，用三级滤波器串接后，总衰耗可达-180dB，是实现本实用新型直接放大移动电话的上、下行信号的关键部件，超过了国外产品单级只有衰耗-40dB的水平。
由于国内市电电网供电普遍不稳定，直放机站又往往建于环境十分恶劣的野外，供电条件很差。为此，本实用新型的电源装置设有交流市电、蓄电池组直流电和太阳能电源等三种电源的输入接口，其结构框图参见图7所示。通常状况由市电供电，并对蓄电池组充电；一旦市电停电后，可自动倒换为免维护蓄电池组供给直流电而能连续工作20小时。电网来电后，自动恢复交流供电的同时，又对蓄电池组充电，以恢复其供电能力。该电源装置还装有蓄电池过放电保护电路，届时可自动切断供电，防止蓄电池遭受损坏。因其工作电路皆为常规电路，不作具体介绍。
本实用新型应用场合很多，除可用于扩大基站复盖面外，还可用于解决基站业务量过载和基站业务边界问题。因其安装简便，可以作为早日开通移动电话通信的物质装备，也是为今后扩大建设基站和创造良好组网效益而提供的重要装备。
权利要求1.一种移动通信直放机，是由主机、前向天线、后向天线、电源装置、保护告警装置和避雷装置所组成，其中主机是在钢制箱体内安装的、由前向与后向信号放大器及其放大链路所构成的两个微波宽带同频线性放大器，每个放大器链路则分别是由一个能严格限制上、下行信号路径的双工组件、低噪声放大器组件、滤波器、衰耗器、推动放大器、功率放大器和定向耦合器组成，其特征在于(1)上述双工组件是由两个通频带分别位于下行信号与上行信号频段的滤波器与在此两个滤波器之间串接的一个环行器所组成；(2)上述放大器链路中的上、下行滤波器是采用近地端耦合的低阻交指形微波滤波器；(3)上述推动放大器与功率放大器都是采用多级双路平衡式放大电路构成的，并采用平衡合成式微带线将其两路输出合成。
2.如权利要求1所述的移动通信直放机，其特征在于上述双工组件中的通频带分别位于上行信号与下行信号频段的两个滤波器机械结构、几何形状和外形尺寸都与上述放大器链路中的上、下行信号的滤波器完全一样。
3.如权利要求1或2所述的移动通信直放机，其特征在于上述滤波器的腔体形状为矩形体，输入、输出信号皆从近地端接入，腔体上下两侧延伸出外设有七个调节通带频宽的调节螺栓。
4.如权利要求1或2所述的移动通信直放机，其特征在于上述滤波器的腔体和调节螺栓的材料都为电解紫铜，腔体内壁表面光洁度应不低于7。
5.如权利要求1所述的移动通信直放机，其持征在于上述多级双路平衡放大电路中的微带器印刷电路板上的铜箔外表面应该镀金，其镀金厚度不小于1微米。
6.如权利要求1所述的移动通信直放机，其特征在于上述多级双路平衡放大电路中使用的晶体管，其前置级可以分别采用国产型号为WD341、WD351和WD381产品配对使用，末级功放应选用美国莫托罗拉公司的型号MRA-14L产品配对使用。
7.如权利要求1所述的移动通信直放机，其特征在于上述前向天线经馈线与组成前向信号放大器的双工组件的天线口A连接，该双工组件则经下行信号放大器链路与组成后向信号放大器的双工组件连接；上述后向天线经馈线与该双工组件的天线口B连接，该双工组件经上行信号放大器链路与前向信号放大器的双工组件连接。
8.如权利要求1所述的移动通信直放机，其特征在于上述电源装置安装在主机钢制箱体内，该电源装置输入端配设有交流市电接口、蓄电池直流供电接口和太阳能电源接口。
专利摘要一种移动通信直放机，由前向天线、后向天线、馈线、电源装置、避雷装置、告警装置和主机组成，其中主机是由前向与后向信号放大器及其放大链路构成的两个微波宽带同频线性放大器；每个放大链路分别由一个能严格限制上、下行信号路径的双工组件、低噪声放大器组件、滤波器、衰耗器、推动放大器、功率放大器和定向耦合器组成。该装置电路结构简单。技术和器件有所创新，适应性强，是国内移动电话通信网建设中颇为实用的信号延伸设备。
文档编号H04W88/04GK2223545SQ9520377
公开日1996年3月27日 申请日期1995年2月27日 优先权日1995年2月27日
发明者林木仁, 李湛渠 申请人:福建省邮电科学研究所