基于时分双工的收发装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别地，涉及一种基于时分双工的收发装置。

背景技术

目前在半双工(时分双工)通信系统中，收/发切换有2种实现方式：

第1种为射频开关直切式，即用一个单刀双掷的射频开关直接切换收/发通路，如图1所示。其优点是电路简单，工作带宽较宽。缺点是受射频开关器件的限制，其难以耐受大功率，且隔离度较低，大功率发射时容易对收通道造成功率损坏，另外在大功率下，其切换速度较慢。

第2种为环形器方式实现收发切换，如图2所示。其优点是可以耐受大功率，切换速度极快(可同时工作)，无需控制；其最大的缺点是在异常状态下(天线口开短路时)，会输出大功率信号进入信号接收通道，造成接收通道损坏；另外隔离度低，大功率正常发射时也可能会对接收造成功率损坏。

因此，业内亟需一种能解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明提供了一种基于时分双工的收发装置，可以有效地处理用环形器实现收发切换时，信号溢出对信号接收通道造成破坏的问题。

一种基于时分双工的收发装置，包括：

环形器；所述环形器具有端口1、端口2、端口3；

及与所述环形器连接的信号选择处理模块；

所述端口1的输入端与信号发送端连接；

所述端口2的输出端与天线口连接；

所述端口3的输出端与信号选择处理模块的输入端连接；

所述信号选择处理模块的输出端与信号接收端连接；

所述信号选择处理模块用于：

当环形器处于发射状态，环形器端口1接收信号发送端发送的信号时，对端口3输出的信号进行处理，以避免端口3输出的信号被所述信号接收端接收。

具体地，所述信号选择处理模块还用于：

当环形器处于接收状态，环形器端口2接收天线口发送的信号时，将端口3输出的信号传输至信号接收端。

具体地，所述信号选择处理模块包括：

第一信号处理子模块和第二信号处理子模块；

所述第一信号处理子模块的输入端与端口3的输出端连接；

所述第二信号处理子模块的输入端与端口3的输出端连接，所述第二信号处理子模块的输出端与信号接收端连接；

当环形器处于发射状态，环形器端口1接收信号发送端发送的信号时，将所述端口3输出的信号进行传输至第一信号处理子模块进行处理；

当环形器处于接收状态，环形器端口2接收天线口发送的信号时，将端口3输出的信号传输至第二信号处理子模块，并将所述第二信号处理子模块输出的信号输出至信号接收端。

具体地，当环形器处于发射状态，环形器端口1接收信号发送端发送的信号时，所述第二信号处理子模块处于开路状态。

具体地，当环形器处于接收状态，环形器端口2接收天线口发送的信号时，所述第一信号处理子模块处于开路状态。

具体地，所述第一信号处理子模块包括：

第一λ/4传输线，所述第一λ/4传输线的一端与端口3的输出端连接，另一端与第一电阻、第一电容的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述第一电容的另一端与第二电阻的一端、第一PIN二极管的负极连接，所述第二电阻的另一端连接第一电压，所述第一PIN二极管的正极接地；λ指信号的波长；

当环形器处于发射状态，环形器端口1接收信号发送端发送的信号时，所述第一电压为第一预设数值的正电压。

具体地，所述第二信号处理子模块包括：

第二λ/4传输线，所述第二λ/4传输线的一端与端口3的输出端连接，另一端与第二电容的一端、信号接收端连接，所述第二电容的另一端与第三电阻的一端、第二PIN二极管的负极连接，所述第三电阻的另一端连接第二电压，所述第二PIN二极管的正极接地；λ指信号的波长；

当环形器处于接收状态，环形器端口2接收天线口发送的信号时，所述第二电压为第二预设数值的正电压。

具体地，当检测到天线口短路或开路时，所述第二电压为第三预设数值的负电压，以使得所述第二信号处理子模块处于开路状态。

具体地，所述第一电阻为功率负载电阻；所述第二电阻为限流电阻，所述第一电容为隔直耦合电容。

具体地，所述第三电阻为限流电阻，所述第二电容为隔直耦合电容。

相比于现有技术，本发明的方案具有以下优点：

本发明公开了一种基于时分双工的收发装置，包括：环形器；所述环形器具有端口1、端口2、端口3；及与所述环形器连接的信号选择处理模块；所述端口1的输入端与信号发送端连接；所述端口2的输出端与天线口连接；所述端口3的输出端与信号选择处理模块的输入端连接；所述信号选择处理模块的输出端与信号接收端连接；所述信号选择处理模块用于：当环形器处于发射状态时，端口1接收信号发送端发送的信号时，对端口3输出的信号进行处理，以避免端口3输出的信号被所述信号接收端接收。本发明中，利用信号选择处理模块，可以在环形器发送信号时，对端口3输出的信号选择性处理，避免在环形器发送信号时，端口3形成的功率信号的泄露对信号接收端的影响，从而使功率信号无法到达信号接收通道，保护了信号接收通道。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出时分双工通信系统中射频开关直切式实现收/发切换的一种实施例的结构示意图；

图2示出时分双工通信系统中环形器方式实现收/发切换的一种实施例的结构示意图；

图3示出了本发明中一种基于时分双工的收发装置的一种实施例的结构示意图；

图4示出了本发明中一种基于时分双工的收发装置的又一种实施例的结构示意图；

图5示出了本发明中一种基于时分双工的收发装置的再一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

本领域普通技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

参见图3-图5，本发明提供一种基于时分双工的收发装置。

所述基于时分双工的收发装置包括：

环形器A1；所述环形器A1具有端口1、端口2、端口3；

及与所述环形器A1连接的信号选择处理模块T；

所述端口1的输入端与信号发送端连接；

所述端口2的输出端与天线口连接；

所述端口3的输出端与信号选择处理模块T的输入端连接；

所述信号选择处理模块T的输出端与信号接收端连接；

所述信号选择处理模块T用于：

当环形器A1处于发射状态时，环形器A1端口1接收信号发送端TX发送的信号时，对端口3输出的信号进行处理，以避免端口3输出的信号被所述信号接收端RX接收。

本发明实施例中，环形器A1是一个多端口器件，其中功率信号的传输只能沿单方向环行。环形器A1至少具有三个端口，端口1、端口2和端口3。信号只能沿端口1→端口2→端口3→端口1的方向传输，即信号从端口1进入，端口2出；信号从端口2进入，端口3出；端口3进入，端口1出。反方向是隔离的，会有一个隔离度，例如，大约20dB左右，即当信号从端口1进入时，端口3也会输出一个功率信号，只是比较小，比输入功率小，例如，比输入功率小20dB左右。

当环形器A1处于发射状态时，即系统处于发射状态时，信号输入端TX输入一个大功率射频信号(波长为λ)，进入环形器A1的端口1后，从环形器A1端口2输出到天线口ANT，形成发射通道。同时，环形器A1端口3有一个泄露功率，大小比环形器输入功率小20dB。

当环形器A1处于接收状态时，即系统处于接收状态时，环形器A1端口1接收信号发送端TX发送的信号时，由于环形器A1单方向环形传输的特性，端口3会输出大功率信号进入信号接收通道。本方案中，为避免造成信号接收通道损坏，在端口3与信号接收端RX之间增加了信号选择处理模块T，通过信号选择处理模块T对端口3输出的信号选择性处理，避免在环形器A1发送信号时，端口3形成的功率信号的泄露对信号接收端RX的影响，从而使功率信号无法到达信号接收通道，保护了信号接收通道。

在本发明的一种具体地实施例中，所述信号选择处理模块T还用于：

当环形器A1处于接收状态，环形器A1端口2接收天线口发送的信号时，将端口3输出的信号传输至信号接收端RX。

系统进入接收状态时，天线口ANT接收到信号(波长为λ)，进入环形器A1的端口2，从环形器A1端口3输出；此时信号选择处理模块T会将信号匹配性地发送至信号接收端RX，避免信号受损。

具体地，所述信号选择处理模块T包括：

第一信号处理子模块T1和第二信号处理子模块T2；

所述第一信号处理子模块T1的输入端与端口3的输出端连接；

所述第二信号处理子模块T2的输入端与端口3的输出端连接，所述第二信号处理子模块T2的输出端与信号接收端连接；

当环形器A1处于发射状态，环形器A1端口1接收信号发送端发送的信号时，将所述端口3输出的信号进行传输至第一信号处理子模块T1进行处理；

当环形器A1处于接收状态，环形器A1端口2接收天线口发送的信号时，将端口3输出的信号传输至第二信号处理子模块T2，并将所述第二信号处理子模块T2输出的信号输出至信号接收端RX。

本发明实施例中，通过第一信号处理子模块T1和第二信号处理子模块T2，分别对系统进入发送状态、系统进入接收状态时的端口3输出的信号有针对性的处理，不同的子模块处理系统不同状态下的信号，有效地解决了系统进入发射状态时的端口3信号溢出的问题，同时保证系统进入接收状态时，端口3所接收及输出的信号能够无损地传输到信号接收端RX，被信号接收端RX所接收。

具体地，当环形器A1端口1接收信号发送端发送的信号时，所述第二信号处理子模块T2处于开路状态。

系统进入发送状态时，由于环形器A1的传输特性，形成的功率泄露，本发明实施例中，为避免功率信号对信号接收通道的影响，将所述第二信号处理子模块T2调整为开路状态，从而将信号全部导向第一信号处理子模块T1中进行处理。

具体地，当环形器A1端口2接收天线口发送的信号时，所述第一信号处理子模块T1处于开路状态。

系统进入接收状态时，为避免端口3所接收到的信号进入第一信号处理子模块T1，将所述第一信号处理子模块T1调整为开路状态,以使得信号能够无损地传输到第二信号处理子模块T2当中。

请继续参见图5，所述第一信号处理子模块T1包括：

第一λ/4传输线A2，所述第一λ/4传输线A2的一端6与端口3的输出端连接，另一端7与第一电阻R1、第一电容C1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端接地，所述第一电容C1的另一端与第二电阻R2的一端、第一PIN二极管D1的负极连接，所述第二电阻R2的另一端连接第一电压V1，所述第一PIN二极管D1的正极接地；λ指信号的波长；

当环形器A1处于发射状态，环形器A1端口1接收信号发送端TX发送的信号时，所述第一电压V1为第一预设数值的正电压。

相应地，所述第二信号处理子模块T2包括：

第二λ/4传输线A3，所述第二λ/4传输线A3的一端4与端口3的输出端连接，另一端5与第二电容C2的一端、信号接收端RX连接，所述第二电容C2的另一端与第三电阻R3的一端、第二PIN二极管D2的负极连接，所述第三电阻R3的另一端连接第二电压V2，所述第二PIN二极管D2的正极接地；λ指信号的波长；

当环形器A1处于接收状态时，环形器A1端口2接收天线口ANT发送的信号时，所述第二电压V2为第二预设数值的正电压。

其中，二极管D1、D2：为PIN开关二极管，当V1、V2为一个合适电压时，其会产生导通或者截止功能。利用二极管D1、D2的导通与截止，形成第一λ/4传输线A2、第二λ/4传输线A3输出端7、输出端5处于短路、截止状态；

当检测到天线口ANT短路或开路时，所述第二电压V2为第三预设数值的负电压，以使得所述第二信号处理子模块T2处于开路状态。

当天线口ANT出现异常，例如天线口ANT处于全开路时，环形器A1端口2输出的功率信号全部反射回端口2，相当于从环形器A1的端口2输入一个大功率信号，此时大功率信号会从端口3输出，由于所述第二信号处理子模块T2处于开路状态，大功率信号不会进入信号接收通道，全部进入大功率电阻R1处进行消耗，从而保护了信号接收通道。

优选地，所述第一、第二、第三预设数值是根据实际的需求作调整的。

优选地，所述第一电阻R1为功率负载电阻；所述第二电阻R2为限流电阻，所述第一电容C1为隔直耦合电容。

优选地，所述第三电阻R3为限流电阻，所述第二电容C2为隔直耦合电容。

电阻R1：为大功率负载电阻，可以消耗大功率射频信号。

电阻R2、R3：为限流电阻，即为二极管D1、D2提供一个合适的导通电流。

电容C1、C2：隔直耦合电容，即可以使射频信号通过，直流电压阻断。

第一λ/4传输线线A2、第二λ/4传输线A3：λ/4传输线又叫匹配线，它可以使波长为λ的射频信号的特征阻抗在其两端产生一个180°翻转；例如，第一传输线λ/4线A3输出端5状态为短路，则其输入端4的状态为开路。

本发明的一种具体实施中，所述基于时分双工的收发装置的工作原理(机理)如下：

系统处于发射状态时，信号发送端TX端输入一个大功率射频信号(波长为λ)，进入环形器A1的端口1后，从环形器A1端口2输出到天线口ANT端，形成发射通道。同时，环形器A1端口3有一个泄露功率，大小比环形器A1输入功率小20dB。

此时，V1加预设数值的电压，如：+100V电压，二极管D1反向截止，第一λ/4传输线A2的端口7对于二极管D1这条线路处于开路状态，则经过第一λ/4传输线A2的转换，从端口6看过去，射频通道处于短路状态；另V2加预设数值的电压，如：-3.3V电压，二极管D2导通，则第二λ/4传输线A3的端口5对地短路，则经第二λ/4传输线A3的阻抗转换，从A3的端口4看过去，射频通道处于开路状态。此时，从端口3泄露的射频功率，全部进入端口6，再进入负载R1处进行消耗。

环形器A1处于发射状态时，端口3形成的功率泄露，包括异常状态下大功率信号，因第一λ/4传输线A2通道处于短路状态，使得大功率信号经过第一λ/4传输线A2通道引到电阻R1处进行功率消耗。同时，形成的功率泄露，因第二λ/4传输线A3通道处于开路状态，从而使功率信号无法到达信号接收通道，保护了信号接收通道。

当天线口ANT出现异常，如全开路时，环形器A1端口2输出的功率信号全部反射回端口2，相当于从环形器A1的端口2输入一个大功率信号，此时大功率信号会从端口3输出，根据上述的工作状态，大功率信号不会进入信号接收通道，全部进入大功率电阻R1处进行消耗。从而保护了接收通道。

系统进入接收状态时，天线口ANT接收到信号(波长为λ)，进入环形器A1的端口2，从环形器A1端口3输出；

此时，V1加预设数值的电压，如：加一个-3.3V电压，二极管D1导通，第一λ/4传输线A2的端口7对于二极管D1这条线路处于短路状态，经过第一λ/4传输线A2的转换，从端口6看过去，射频通道处于开路状态。另V2加预设数值的电压，如：加+100V电压，二极管D2截止，则第二λ/4传输线A3的端口5开路，则经第二λ/4传输线A3的阻抗转换，从A3的端口4看过去，射频通道处于短路状态，则此时从端口3输出的接收信号，会进入到端口4，再从信号接收端RX接口处输出。

环形器A1处于接收状态时，因第一λ/4传输线A2通道处于开路状态，使得接收信号无法通过端口3进入第一λ/4传输线A2，从而减少了信号接收插损。同时，因第二λ/4传输线A3通道处于短路状态，使得接收信号全部进入第二λ/4传输线A3，进而全部从信号接收端RX口输出。

综上，本发明的一种实施例中，利用λ/4线的开短路转换原理，实现了大功率下收/发通道的转换，并达到很好的隔离状态。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的技术方案的实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。