專利名稱：北斗/gps信號(hào)功分器及其制造方法和雙系統(tǒng)射頻接收模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻接收模塊，具體地說(shuō)是涉及一種采用新型制造工藝制出的北 斗/信號(hào)功分器、能夠同時(shí)接收北斗和GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)兩種衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波變換 的雙系統(tǒng)射頻接收模塊。
背景技術(shù)：
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)獨(dú)立自主建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它的研制成功標(biāo)志著我國(guó)打 破了美，俄在此領(lǐng)域的壟斷地位，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的主要有定時(shí)，通訊，授時(shí)這三大功能。北斗一代衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)已相當(dāng)成熟，GPS衛(wèi)星技術(shù)更是大量應(yīng)用，但是尚未出現(xiàn)能 兼容北斗一代和GPS雙系統(tǒng)載波變換的射頻接收模塊，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)將GPS波段和北斗一代 波段的衛(wèi)星信號(hào)載波變換到合適的中頻上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種體積小、能夠同時(shí)接收北斗和GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì) 兩種衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波變換的雙系統(tǒng)射頻接收模塊。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案—種北斗/GPS信號(hào)功分器，它采用信號(hào)正交輸出的功分結(jié)構(gòu)，其輸入端接收來(lái)自 北斗/GPS雙模天線的信號(hào)，該信號(hào)一路直接輸出，另一路通過(guò)耦合電路輸出；在輸出端分 別設(shè)有高通濾波電路和低通濾波電路將北斗、GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)分開(kāi)?！N制造功分器的方法，將北斗/GPS信號(hào)功分器通過(guò)ADS進(jìn)行電路仿真，采用 CMOS工藝制成單芯片功分器。一種采用上述方法而制成功分器的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，它能同時(shí)接 收北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)兩種衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波變換，它包括北斗/GPS信號(hào)功分器，其分別與北斗射頻接收單元和GPS射頻接收單元相連接， 它將由北斗/GPS雙模天線接收到的北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)分成兩路；北斗射頻接收單元，其與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/GPS信號(hào)功分器 分離出來(lái)的北斗衛(wèi)星信號(hào)送入北斗低噪聲放大電路，所述的北斗低噪聲放大電路與北斗混 頻電路相連接；經(jīng)過(guò)北斗混頻電路，北斗衛(wèi)星信號(hào)變成北斗中頻信號(hào)，將所述北斗中頻信號(hào) 送入北斗中頻放大器，所述的北斗中頻放大器與北斗自動(dòng)增益控制電路相連接，北斗自動(dòng) 增益控制電路與北斗A/D轉(zhuǎn)換電路相連接；GPS射頻接收單元，其與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/GPS信號(hào)功分器 分離出來(lái)的GPS衛(wèi)星信號(hào)依次通過(guò)GPS低噪聲放大電路I和GPS鏡頻抑制濾波器，所述的 GPS濾波電路與GPS下變頻處理芯片相連接。上述的北斗射頻接收單元采用二次下變頻結(jié)構(gòu)，北斗混頻電路為北斗二次下變頻 電路。
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上述的北斗二次下變頻電路包括一級(jí)下變頻電路和二級(jí)下變頻電路，一級(jí)下變頻 電路和二級(jí)下變頻電路均與由晶振和頻率合成器組成的本振電路相連接；一級(jí)下變頻電路 包括北斗鏡頻抑制濾波器和北斗一次混頻電路；二級(jí)下變頻電路包括頻道選擇濾波器II和 北斗二次混頻電路。上述的北斗低噪聲放大電路包括第一級(jí)低噪聲放大器和第二級(jí)低噪聲放大器，第 一級(jí)低噪聲放大器通過(guò)頻道選擇濾波器I與第二級(jí)低噪聲放大器相連接。上述的GPS下變頻處理芯片包括GPS低噪聲放大電路II、GPS混頻器、IF濾波器、 GPS自動(dòng)增益控制器和GPS信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，其中，GPS低噪聲放大電路與GPS混頻器相 連接，GPS混頻器與IF濾波器相連接，IF濾波器與GPS自動(dòng)增益電路相連接，GPS自動(dòng)增益 電路與GPS信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器相連接。本發(fā)明中的信號(hào)功分器采用信號(hào)正交輸出的功分結(jié)構(gòu)，可以減少北斗信號(hào)和GPS 信號(hào)的相互干擾，同時(shí)通過(guò)ADS電路仿真，采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝，設(shè)計(jì)出單芯片功分器，其 駐波比最大可達(dá)1.2，隔離度可達(dá)27dB，插入損耗最大為ldB，將該單芯片功分器運(yùn)用到北 斗/GPS射頻接收模塊上時(shí)，可集成到一個(gè)PCB板子上，體積小，也提高了射頻接收模塊的接 收靈敏度和可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)北斗一代波段和GPS波段載波變換的北斗一代/GPS雙系統(tǒng)射 頻接收模塊的出現(xiàn)。其雙系統(tǒng)射頻接收模塊中的北斗一代射頻接收單元和GPS射頻接收單 元的性能如下表所示 從上述指標(biāo)和結(jié)構(gòu)原理可看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、能同時(shí)接收并實(shí)現(xiàn)北斗一代衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)的載波變換；2、北斗一代衛(wèi)星信號(hào)和GPS信號(hào)有良好的隔離度，互不干擾；3、通過(guò)一個(gè)天線接口，實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)接收功能；4、系統(tǒng)具有極低噪聲，使系統(tǒng)具有較高的接收靈敏度；5、體積小，和單一北斗或GPS射頻模塊相當(dāng)，使用方便。這樣，本發(fā)明能為衛(wèi)星應(yīng)用設(shè)備提供北斗一代衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)，使衛(wèi)星 應(yīng)用設(shè)備能夠采用北斗一代及GPS主備結(jié)合的工作模式，功能互補(bǔ)，提高系統(tǒng)可靠性，能夠 擺脫對(duì)單一 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，當(dāng)某一衛(wèi)星信號(hào)不正常時(shí)，能夠排除干擾，提供持續(xù)可靠的信息，減少安全隱患。北斗一代/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊的使用能更好的滿足我國(guó)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明中信號(hào)功分器的電路圖；圖2為本發(fā)明中雙系統(tǒng)射頻接收模塊的整體結(jié)構(gòu)原理框圖；圖3為圖2中北斗低噪聲放大電路的原理框圖；圖4為圖2中GPS下變頻處理器的原理框圖；表1為本發(fā)明中北斗射頻接收單元和GPS射頻接收單元的性能表。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如圖1所示，本發(fā)明中的北斗/GPS信號(hào)功分器，采用信號(hào)正交輸出的功分結(jié)構(gòu)，其 輸入端SUM PORT接收來(lái)自北斗/GPS雙模天線的信號(hào)，該信號(hào)一路通過(guò)PORTl端口直接輸 出，另一路通過(guò)耦合電路從P0RT2端口輸出。在直接輸出的PORTl端口設(shè)有高通濾波電路 L2，在耦合輸出的P0RT2端口設(shè)有低通濾波電路Ll，上述的高通濾波電路L2和低通濾波電 路Ll可將北斗、GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)分開(kāi)。本實(shí)施例中，制造上述功分器的方法為將圖1的電路原理圖通過(guò)ADS進(jìn)行電路仿 真，采用CMOS工藝制成單芯片功分器。上述的ADS技術(shù)和CMOS工藝均為本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員所熟知的技術(shù)。將采用上述方法制得的功分器運(yùn)用到北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊中，如圖2所 示。北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，能同時(shí)接收北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)兩種 衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波變換，它包括北斗/GPS信號(hào)功分器、北斗射頻接收單元和GPS射頻接收 單元。在本實(shí)施例中，天線接收的北斗衛(wèi)星信號(hào)為北斗一代衛(wèi)星信號(hào)，故北斗射頻接收單元 為北斗一代射頻接收單元。其中，北斗/GPS信號(hào)功分器分別與北斗射頻接收單元和GPS射頻接收單元相連 接，它將由北斗/GPS雙模天線接收到的北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)分成兩路，一路送給 北斗射頻接收單元，另一路送給GPS射頻接收單元。上述的北斗/GPS雙模天線為專利號(hào)為 200720092470. 0，專利名稱為“北斗/GPS授時(shí)型雙系統(tǒng)接收天線”中所公開(kāi)的技術(shù)。如圖2，圖3所示，北斗射頻接收單元與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/ GPS信號(hào)功分器分離出來(lái)的北斗衛(wèi)星信號(hào)送入北斗接收通道。上述的北斗射頻接收單元包 括北斗低噪聲放大電路、北斗混頻電路、北斗中頻放大器、北斗自動(dòng)增益控制電路和北斗A/ D轉(zhuǎn)換電路。其中，北斗低噪聲放大電路包括第一級(jí)低噪聲放大器和第二級(jí)低噪聲放大器， 上述的第一級(jí)低噪聲放大器通過(guò)頻道選擇濾波器I與第二級(jí)低噪聲放大器相連接。這樣， 從北斗/GPS信號(hào)功分器分離出來(lái)的北斗一代信號(hào)，經(jīng)第一級(jí)低噪聲放大器到頻道選擇濾 波器I，濾除北斗一代頻段以外的雜波信號(hào)，并將北斗一代頻段的信號(hào)送至第二級(jí)低噪聲 放大器，在本實(shí)施例中，第一級(jí)低噪聲放大器和第二級(jí)低噪聲放大器都需要有極低的噪聲， 特別是第一級(jí)低噪聲放大器更需要有極低的噪聲，目的是使整個(gè)射頻接收模塊有低的噪 聲。上述的北斗低噪聲放大電路與北斗混頻電路相連接；經(jīng)過(guò)北斗混頻電路，北斗衛(wèi)星信號(hào)變成北斗中頻信號(hào)，將北斗中頻信號(hào)送入北斗中頻放大器，北斗中頻放大器與北斗自動(dòng)增 益控制電路相連接，北斗自動(dòng)增益控制電路與北斗A/D轉(zhuǎn)換電路相連接，最后輸出符合基 帶要求的數(shù)字中頻信號(hào)。為更好地實(shí)施本發(fā)明，北斗混頻電路與溫補(bǔ)晶振相連接，在正常工 作時(shí)，溫補(bǔ)晶振為北斗混頻電路提供本振。如圖2、圖4所示，GPS射頻接收單元與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/ GPS信號(hào)功分器分離出來(lái)的GPS衛(wèi)星信號(hào)送入GPS接收通道。上述的GPS射頻接收單元包 括GPS低噪聲放大電路I、GPS鏡頻抑制濾波器和GPS下變頻處理芯片。因此，GPS射頻接 收單元采用了“分離器件+芯片”的結(jié)構(gòu)來(lái)完成對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的接收與處理功能。進(jìn)入GPS接收通道的射頻信號(hào)，通過(guò)GPS低噪聲放大電路I進(jìn)行放大，輸出到GPS 鏡頻抑制濾波器濾除GPS頻段以外的雜波信號(hào)，GPS鏡頻抑制濾波器的輸出連接到GPS下 變頻處理芯片。如圖4所示，GPS下變頻處理芯片包括GPS低噪聲放大電路II、GPS混頻器、 IF濾波器、GPS自動(dòng)增益控制器和GPS信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，其中，所述的GPS低噪聲放大電 路II與GPS混頻器相連接，GPS混頻器與IF濾波器相連接，IF濾波器與GPS自動(dòng)增益電路 相連接，GPS自動(dòng)增益電路與GPS信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器相連接，最后輸出符合基帶要求的GPS 中頻信號(hào)。綜上所述，本發(fā)明包含兩個(gè)載波轉(zhuǎn)換通路北斗一代通路對(duì)接收到的頻率為2491. 75士5MHz的北斗一代信號(hào)進(jìn)行載波變
換，提供合適的數(shù)字中頻信號(hào)供后端進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。GPS通路對(duì)接收到的頻率為1575. 42士5MHz的GPS信號(hào)進(jìn)行載波變換，提供合適 的數(shù)字中頻信號(hào)供后端進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。 他的主要性能指標(biāo)如表1所示
北斗一代射頻接收單元GPS射頻接收單元工作頻率2491. 75±5MHz1575. 42±5MHz通道增益80 120dB66 120dB通道噪聲 Ξ 1. 5dB Ξ 1. 5dBAGC控制范圍45dB60dB相位噪聲 Ξ -70dBc@lKHz Ξ -70dBc@lKHz接收靈敏度-148dBw-160dBw表 1從上述指標(biāo)和結(jié)構(gòu)原理可看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.能同時(shí)接收并實(shí)現(xiàn)北斗一代衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)的載波變換；2.北斗一代衛(wèi)星信號(hào)和GPS信號(hào)有良好的隔離度，互不干擾；3.通過(guò)一個(gè)天線接口，實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)接收功能。
4.系統(tǒng)具有極低噪聲，使系統(tǒng)具有較高的接收靈敏度；5.體積小，和單一北斗或GPS射頻模塊相當(dāng)，使用方便。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，在本實(shí)施例中，北斗射頻接收單元采用二次下變 頻結(jié)構(gòu)，即北斗混頻電路為北斗二次下變頻電路，如圖2、圖3所示。北斗射頻信號(hào)首先通過(guò) 低噪聲放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，并保證極低的噪聲。信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入北斗二次下變頻電 路，北斗二次下變頻電路利用合成的本振信號(hào)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，將信號(hào)降到中頻范 圍，得到的中頻信號(hào)經(jīng)北斗中頻濾波器，北斗中頻放大器進(jìn)入到北斗自動(dòng)增益控制放大器 進(jìn)行放大，其增益系數(shù)的大小由衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)弱決定。中頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬中頻 電路裝換為數(shù)字中頻電路。其中，北斗二次下變頻電路包括一級(jí)下變頻電路和二級(jí)下變頻電路，上述的一級(jí) 下變頻電路和二級(jí)下變頻電路均與由晶振和頻率合成器組成的本振電路相連接。上述的一 級(jí)下變頻電路包括北斗鏡頻抑制濾波器和北斗一次混頻電路；二級(jí)下變頻電路包括頻道選 擇濾波器II和北斗二次混頻電路。為更好地配合北斗二次下變頻電路，本實(shí)施例中的本振 電路輸出兩種不同頻率的本振L01，L02，分別進(jìn)入一級(jí)下變頻電路和二級(jí)下變頻電路。頻 率合成器由單片機(jī)、低通濾波器和頻率合成模塊組成。在正常工作時(shí)，頻率合成器接收高精 度溫補(bǔ)晶振的基準(zhǔn)頻率，根據(jù)單片機(jī)的指令控制輸出北斗混頻電路所需要的本振。從北斗低噪聲放大電路出來(lái)的北斗一代信號(hào)，首先進(jìn)入北斗鏡頻抑制濾波器濾出 鏡像頻率后送至北斗一次混頻電路，北斗一次混頻電路的另一個(gè)輸入端連接本振電路輸出 的頻率為L(zhǎng)Ol的本振，通過(guò)一級(jí)下變頻電路的混頻輸出第一級(jí)中頻信號(hào)，第一級(jí)中頻信號(hào) 輸出后送入二級(jí)下變頻電路。在二級(jí)下變頻電路中，第一級(jí)中頻信號(hào)首先進(jìn)入頻道選擇濾 波器II，頻道選擇濾波器II與北斗二次混頻電路相連接，北斗二次混頻電路的另一個(gè)輸入 端連接本振電路輸出的頻率為L(zhǎng)02的本振。經(jīng)過(guò)二級(jí)下變頻電路，最終由北斗二次混頻電 路輸出中頻送入到北斗中頻放大器和北斗自動(dòng)增益控制放大器中，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路， 最后輸出復(fù)合基帶要求的數(shù)字中頻信號(hào)。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
一種北斗/GPS信號(hào)功分器，其特征在于它采用信號(hào)正交輸出的功分結(jié)構(gòu)，其輸入端接收來(lái)自北斗/GPS雙模天線的信號(hào)，該信號(hào)一路直接輸出，另一路通過(guò)耦合電路輸出；在所述的輸出端分別設(shè)有高通濾波電路和低通濾波電路將北斗、GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)分開(kāi)。
2.一種制造如權(quán)利要求1所述功分器的方法，其特征在于將所述的北斗/GPS信號(hào)功 分器通過(guò)ADS進(jìn)行電路仿真，采用CMOS工藝制成單芯片功分器。
3.一種采用如權(quán)利要求2所述方法而制成功分器的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，其 特征在于它能同時(shí)接收北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)兩種衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行載波變換， 它包括北斗/GPS信號(hào)功分器，其分別與北斗射頻接收單元和GPS射頻接收單元相連接，它將 由北斗/GPS雙模天線接收到的北斗衛(wèi)星信號(hào)和GPS衛(wèi)星信號(hào)分成兩路；北斗射頻接收單元，其與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/GPS信號(hào)功分器分離 出來(lái)的北斗衛(wèi)星信號(hào)送入北斗低噪聲放大電路，所述的北斗低噪聲放大電路與北斗混頻電 路相連接；經(jīng)過(guò)北斗混頻電路，北斗衛(wèi)星信號(hào)變成北斗中頻信號(hào)，將所述北斗中頻信號(hào)送入 北斗中頻放大器，所述的北斗中頻放大器與北斗自動(dòng)增益控制電路相連接，北斗自動(dòng)增益 控制電路與北斗A/D轉(zhuǎn)換電路相連接；GPS射頻接收單元，其與北斗/GPS信號(hào)功分器相連接，將由北斗/GPS信號(hào)功分器分離 出來(lái)的GPS衛(wèi)星信號(hào)依次通過(guò)GPS低噪聲放大電路I和GPS鏡頻抑制濾波器，所述的GPS 濾波電路與GPS下變頻處理芯片相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，其特征在于所述的北斗射 頻接收單元采用二次下變頻結(jié)構(gòu)，所述的北斗混頻電路為北斗二次下變頻電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，其特征在于所述的北斗二 次下變頻電路包括一級(jí)下變頻電路和二級(jí)下變頻電路，所述的一級(jí)下變頻電路和二級(jí)下變 頻電路均與由晶振和頻率合成器組成的本振電路相連接；所述的一級(jí)下變頻電路包括北斗 鏡頻抑制濾波器和北斗一次混頻電路；所述的二級(jí)下變頻電路包括頻道選擇濾波器II和北 斗二次混頻電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，其特征在于所述的北斗低 噪聲放大電路包括第一級(jí)低噪聲放大器和第二級(jí)低噪聲放大器，所述的第一級(jí)低噪聲放大 器通過(guò)頻道選擇濾波器I與第二級(jí)低噪聲放大器相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，其特征在于所述的GPS下 變頻處理芯片包括GPS低噪聲放大電路II、GPS混頻器、IF濾波器、GPS自動(dòng)增益控制器和 GPS信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器，其中，所述的GPS低噪聲放大電路與GPS混頻器相連接，GPS混頻器 與IF濾波器相連接，IF濾波器與GPS自動(dòng)增益電路相連接，GPS自動(dòng)增益電路與GPS信號(hào) 的A/D轉(zhuǎn)換器相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種北斗/GPS信號(hào)功分器，它采用信號(hào)正交輸出的功分結(jié)構(gòu)，其輸入端接收來(lái)自北斗/GPS雙模天線的信號(hào)，該信號(hào)一路直接輸出，另一路通過(guò)耦合電路輸出；在所述的輸出端分別設(shè)有高通濾波電路和低通濾波電路將北斗、GPS兩種衛(wèi)星信號(hào)分開(kāi)。本發(fā)明還公開(kāi)了這種北斗/GPS信號(hào)功分器的制造方法，和采用這種方法制成功分器的北斗/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊，這樣可將該單芯片功分器運(yùn)用到北斗/GPS射頻接收模塊上時(shí)，可集成到一個(gè)PCB板子上，體積小，也提高了射頻接收模塊的接收靈敏度和可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)北斗一代波段和GPS波段載波變換的北斗一代/GPS雙系統(tǒng)射頻接收模塊的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04B1/16GK101872010SQ20091006471
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者吳淑琴, 徐銀召, 王文瑜, 賈小波 申請(qǐng)人:鄭州威科姆科技股份有限公司