浅谈天线合路器的设计方案

第09卷2009年第4期4月中国水运0hi na W aterTransD ortVbI．9Apr．1N o．42009浅谈天线合路器的设计方案陆捷( 中国船舶重工集团公司第七二二研究所，湖北武汉430079)摘要：天线合路器是—种多台共享同一负载天线的集成电路，本文主要对天线合路器的四种实现方案进行了介绍，对明种实现方案进行了原理和技术难点的分析，并总结出更适合在目前技术水平条件下实现大功率状态的天线合路器方案。关键词：天线；合路器；耦合器；滤波器中图分类号：TN 911文献标识码：^文章编号：1006．7973(2009)04枷9帅3一、前言在移动通信系统中，多信道工作的基地台集中了大量的收、发没备，若每台收、发信机都各使用一副天线，无论是同杆架设还是分杆设置，在经济、技术或场地利用等方面都很不实用，因此，在移动通信中广泛使用天线共用。几部发信机共用一副发射天线，这种共用装置称为发信天线合路器。几部收信机共用一副收信天线，称之为收信机天线合路器。发信天线合路器与收信天线合路器的要求不同，因此两种装置各有特点，但现在的移动通信设备的收发信机基本上是一体的，如在收、发合路器加收发转换开关就可以苫道机1卜堕}一乎i 计一图1天线合路器原理框图以下主要是介绍发射天线合路器。

基于前面各章对高功率高增益径向线螺旋阵列天线各分系统的研究结果，采用16个16单元矩形栅格子阵构成256单元阵面，采用第二种功率分配方案中所述的高功率16路功率分配器对各子阵进行馈电，首次实现了具有较高增益的高功率径向线阵列天线模型，通过实验验证了该天线设计思想的合理性。传输功率在两个波导间周期性的交替变化，为使波导2的功率全部耦合到波导l ，应取kz-以，从而二皇兰(2．26)l为耦合强度，这表明耦合元件长度取上述值的时候，可获得最大韵功率耦合，即一个波的功率全部全部转移到另一个波．而对于k一以的情况下，此时两个模式间不可能实现完全的功率转移，并且耦合长度会缩短，但是无论哪种模式，两个模式的总功率是守恒的。第32页 西南交通大学博士学位论文 图3-6新型高功率单元天线 图3—7单元天线内部功率容量瓶颈 对此改进方案的新型单元天线进行了设计，设计中在保证各项辐射特性的同时，兼顾单元天线内部的功率容量。

其中，最重要的也是必要的要求是，它能双向耦合，且耦合度均为3dB。也就是说，当两信道同时工作时，信道l 有一半通过的功率进入信道2，同时，原信道2也有一半的通过功率进入信道1。这样，实际上，两信号经过定向耦合器后，在两信道的含量是一致的。这样做的好处在于，两信号在汇接前变成了同频同相信号了。那么，在汇接网络的功率合成时就没有什么损耗，( 理论上，如果不是同频同相信号的两路信号合成一路信号或者一路信号分成两路信号均会有3dB的固定损耗。此方案正好可以让两路信号合成前变成同频同相信号。) 直接合成，进入发射天线。从理论上说，这种方案是最简单的。但是其中的技术难点是：目前市场上还没有可以做到耦合度为3dB的双向的定向耦合器。实际上，现在市场上所说的定向耦合器均为耦合一小部分功率出来，根据耦合的比例进行测试原功率的大小。大功率的定向耦合器的实现也是目前定向耦合器的一个技术瓶颈。2．运用宽带多载波线性功放技术收稿日期：2009—03—24作者简介：陆捷( 1982一) ，男，中船重工集团公司第722研究所助工。 万方数据100中国水运第09卷此种方案是从根本上改变了天线合路器的定义和性质，但是从根本上说，在后面出来到天线的信号是一样的( 不必使用乳：接网络)。

宽带多载波线性功放技术无疑是把天线合路器要实现的功能加到功放中实现了，换句话说，宽带多载波线性功放完全町以实现天线合路器的功能。( 见图3)图3基于宽带多载波线性功放的方案框图信道1和信道2的信号经宽带功放里放大合成，但是不论功放的线性多么好( 不可能做到绝对的线性) ，两个信道之问都避免不了互调f：扰。( 在双向通信拥挤的区域罩，当两个或更多个信号加到非线性器件中时，产生了互调干扰分量，发射机和接收机都能产牛这些干扰分量，因而互调干扰就成了一个值得注意的问题。)当系统有两个或更多个发射机互相靠得很近压磊百n时，每个发射机与其他发射机之问通常通过天线——系统耦合，从每个发射机来的辐射信号进入其他发射机的末级放大器和传输系统，于是就形成了互调。而这些产物落到末级放大器的通带内并被(、堡堕!幽辐射出去，这种辐射可能落在除了已指配的发射机频率之外的那些信道上。所以宽带多载波线性功放的重要功能是如何清除fl Ii 个信道合成时产生的-瓦调干扰。(当然也可能存在其它的1：扰，但是在这里，互调于扰是主要的干扰。) 宽带多载波线性功放要解决的关键技术就在这里。在功放的后端加了一级功率检测，其主要的功能是检测到1仁指定的频率分量。

比如两个信道之间的频率差是15M H z( 30M H z一45M H z) ，把这个频差从信道l 的载频中减去，便产生了互调频率分量15M H z，当两个信道同时工作时，这个频率和有用信号频率30M H z一起发射出去。同样的，这个差频加到信道2的频率上便产生一个输出频率60M H z。当信道同时工作时，这个分量和45M H z一起发射出去。这样在接收机上就会形成干扰。功率检测器町以通过D sP检测到15M H z和60M H z是非指定的频率分馈，同时形成多载波前馈，在功放形成对应的大小桂I等的，并且反相的频率分量。即一180度的15M H z和一l 80度60M H z频率分量，那样在功放中就可以和产生的十扰分馈相互抵消，达到消除干扰的目的。目前DSP的功率检测完全可以实现，难点在于如何产生与干扰分量大小完全相等，并且正好相位相差180度的频率分量。更加困难的是，在高速跳频通信系统使用时，功率检测是否能实时跟踪检测到的干扰频率，即使能检测到，又是否能及时产生反相的频率分量对干扰频率加以抵消。所以，综上所述，虽然此方案优越性很强，但是，对于目前的技术水平和技术条件来说，要完成宽带多载波线性功放的研制还有一定的技术差距。

3．基于捷变频滤波器的实现方案大功率捷变频滤波器，是一种频率捷变部件，其作用是快速变换通信设备工作频道，且具有町变频率范围广、频道带宽窄等特点，广泛用于新一代军用通信电台中。在跳频电台中使用捷变频滤波器的电台，其抗干扰性及保密性都远远高于其它电台，使其具有反能力。该实现方案中，系统由2× N 个捷变频滤波器及汇接网络构成( 见图4) 。信号从功放进入合路器的两个信道输入端，通过系统控制电子开关选择，使信号进入所属的频段进行滤波天线合路器工作原理，再由开关进入汇接网络使两路信号合成一路，从输出端进入负载天线。图4基于大功率捷变频滤波器合路器的方案框图开关矩阵组开关矩阵控制单元捷变频滤波器捷变频滤波器2捷变频滤波器N捷变颓滤披器1捷变频滤波器2捷变频滤波器N开关矩阵组汇接网络天线该方案的优点是总的系统结构相对筒单( 只要能满足大功率捷变频的供应。基本不存在技术上的难点问题) ，插损比较小，响应时间较快。难点是大功率捷变频滤波器的极限功率是20W ，在应用时由于快速变频较容易把滤波器烧毁。另外，由于国内元器件厂商的制造技术问题，使得大功率捷变频滤波器需要从美国，而且价格昂贵。并且，一旦美国停止供应该种产品，将使得整个系统瘫痪。

所以，目前需要加大国内元器件厂商对大功率捷变频滤波器器研制投入，一旦研制成功，上述的问题就可以迎刃而解了。此种方案可以使用小数量的滤波器，也可以使合路器在体积和重量上便于机动。4．基于可切换不可调带通滤波器的实现方案该实现方案中，系统主要由三部分组成：第一部分是滤波器阵列，共有N 个不可调高Q 滤波器组成；第二部分是滤波器前后的两个开关矩阵电路；第三部分是汇接网络( 见图5)。( 下转106页) 万方数据106中国水运第09卷周流下的抛光液经支承盘8的外圆柱面，由固定在支承盘外圆下面的不锈钢断水板6导入水槽的内部，积聚在水槽组件底部的抛光液经水槽底面的下水管流入抛光液桶内。按以上方法连接方式成型的水锅不但可以满足顺畅排水的要求，更重要的是在清洗水锅的时候不必拆卸水锅上面笨重的支承盘8和化岗岩磨盘9，可以直接将水锅分解后从设备下面顺利取出，所以这种分体水锅比过去的整体水锅优越得多。图8水槽组件的组装三、总结1．该创新主要用于磨盘直径在800m m 到直径3200m m 之间大型环抛机水锅的实用设计，使水锅的清理、安装、拆卸、更换轻而易举，解决了原来水锅难以清洗、( 上接100页)图5基于可切换不可调带通滤波器的方案框图综合考虑2路天线合路器的技术指标，同时考虑到技术实现的町行性问题，这取，开关电路使用PIN 二极管实现。

来自功放的两路信号首先经过M × N 路输入／输出开关矩阵电路；由系统控制其相应开关电路的闭合，使得不同频率的信号流入响应频段的滤波器，再经滤波器后的M × N 路输入／输出开关的相应控制，使2路信号同时进入汇接网络，汇接后进入负载天线。由于该合路器模块有滤波器组以及合路单元两个对信号产生插损的单元，信号从合路器进入到输出之间的总插损较大，从总体上对移动通信系统的接收信号灵敏度有所影响。因此建议进一步减少滤波器组的插损，提高系统的灵敏度。这种方案的关键技术之一是滤波器的选取和实月．S7811F型蒸汽( 空气) 疏水阀无汇漏运行机理的优势分析【A】．江苏省能源研究会第八届学术年会论文集【C】．20()()．【5】宋汝贤．跑冒滴漏的克星新型无泄漏阀门问世Ⅱ1．江苏化工。

1996。(4)：50．滤波器连续波功率是20w ，插入损耗《1．5dB，矩形系数≤4，滤波器的远端抑制优与一55dBc。如果选取是螺旋谐振腔体滤波器，首先来说，在频率低端实现起来是比较困难的，就算可以实现，螺旋谐振腔体滤波器的体积和重量都比较大的。所以，通常情况下，天线合路器的滤波器部分不选取螺旋谐振腔体滤波器，而选取LC滤波器。三、结束语总之，实现多路天线合路器的方式有很多种，以上只简单地探讨了四种技术来实现天线合路器的方案，第四种基于可切换不可调带通滤波器的方案，实现技术是比较成熟的，具有很高的可性行，所以该方案在目前通信系统中使用较广泛。另外，如果国内元器件厂商对大功率捷变频滤波器器研制成功。可考虑使用基于捷变频滤波器的实现方案，可以从减少信号插损，缩短响应时阆，提高通信的保密性等方面的到较大的改善。参考文献【1】贾望屹，孔波，王敬东．低相噪高纯谱数字捷变频合器的实现，电子产品世界．21)()4．【2l 田丰，谢绍斌，刘小龙．一种大功率宽频带低损耗定向耦合器的设计与实现。电子科技．2006．【31严琴，冯勇建．基于跳频通信的带通滤波器，传感技术学报．2007．【4】陈伟明．天线共用器，移动通信，2002．【Sl 武广友．多载波线性功放技术与应用，移动通信，2()04． 万方数据

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