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天线合路器

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  天线合路器是指允许两台发射机共享一部天线而无相互不良影响的电路或器件。天线合路器是一种多无线电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,对四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。

  在移动通信系统中,多信道工作的基地台集中了大量的收、发设备,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把两个装置做成一体,更有利于架设。

  合路器既要能有效地将每部发信机的输出功率馈送到天线上,又要避免各发信机之间的相互影响,因此,对发信天线共用装置的要求就是要有良好的匹配与足够高的隔离。匹配能使功率有效地从发射机输出端传到天线上,隔离可使发信机在同时工作的过程中互不影响,避免发信端产生互调干扰。

  发信天线合路器有很多种实现方式,下文介绍的有四种方案:使用3dB定向耦合器构成天线合路器、使用宽带多载波线性功放构成天线合路器、使用捷变频滤波器构成天线合路器以及使用可切换不可调滤波器构成天线合路器。

  来自功放的两路信号首先经过定向耦合器。该定向耦合器是双入双出的模块。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1 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。

  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(不必使用汇接网络)。

  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可以实现天线 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),两个信道之间都避免不了互调干扰。(在双向无线电通信拥挤的区域里,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生这些干扰分量,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时,每个发射机与其他发射机之间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两个信道合成时产生的互调干扰。(当然也可能存在其它的干扰,但是在这里,互调干扰是主要的干扰。)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非指定的频率分量。比如两个信道之间的频率差是15MHz(30MHz—45MHz),把这个频差从信道1 的载频中减去,便产生了互调频率分量15MHz,当两个信道同时工作时,这个频率和有用信号频率30MHz 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60MHz。当信道同时工作时,这个分量和45MHz 一起发射出去。这样在接收机上就会形成干扰。

  功率检测器可以通过DSP 检测到15MHz 和60MHz 是非指定的频率分量,同时形成多载波前馈,在功放形成对应的大小相等的,并且反相的频率分量。即-180 度的15MHz和-180度60MHz 频率分量,那样在功放中就可以和产生的干扰分量相互抵消,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。

  如果国内元器件厂商对大功率捷变频滤波器器制成功,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,缩短响应时间,提高通信的保密性等方面的到较大的改善。

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