一种北斗有源天线

技术领域

本申请属于北斗卫星通信技术领域，尤其涉及一种北斗有源天线。

背景技术

北斗卫星导航系统是我国具有独立自主知识产权的卫星导航系统，随着北斗卫星导航系统的快速发展，基于北斗卫星导航系统的各种北斗卫星通信终端应运而生，且被广泛应用于电力、农业、水利及海陆交通运输等领域。

北斗卫星通信终端通常通过北斗天线与北斗卫星进行通信，而在一些特定的应用环境中，北斗天线无法集成在北斗卫星通信终端中，需要将天线进行处理，传统的一种解决方案是通过射频电缆将北斗卫星通信终端与北斗天线进行连接，这样北斗卫星通信终端与北斗天线之间可通过该射频电缆传输射频信号和电源信号。而基于上述方案设计的一种现有的北斗天线在处于信号接收状态时需要采用低电压直流供电方式进行供电，在处于信号发射状态时需要采用高电压直流供电方式进行供电，这样会使得北斗天线长期处于高低电压切换状态，容易造成天线功放的损坏，降低北斗天线的可靠性，缩短北斗天线的使用寿命；且上述北斗天线输出的射频信号的功率不稳定，从而导致通信质量较差或北斗天线的功耗较高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种北斗有源天线，以解决现有的北斗天线设计方案容易造成天线功放的损坏，降低北斗天线的可靠性，缩短北斗天线的使用寿命，且现有的北斗天线输出的射频信号的功率不稳定，从而导致通信质量较差或北斗天线的功耗较高的问题。

本申请实施例提供了一种北斗有源天线，所述北斗有源天线通过射频同轴电缆与北斗卫星通信终端连接，所述北斗卫星通信终端为所述北斗有源天线提供电压恒定的直流电信号；所述北斗有源天线包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括：

滤波单元，用于对待发射的第一射频信号进行滤波处理；

可变增益放大单元，与所述滤波单元连接，用于基于第一增益对所述滤波处理后的所述第一射频信号进行功率放大处理；

功率放大单元，与所述可变增益放大单元连接，用于在开启后对所述功率放大处理后的所述第一射频信号再次进行功率放大处理；

开关控制单元，与所述滤波单元和所述功率放大单元连接，用于获取所述滤波处理后的所述第一射频信号的功率对应的第一场强信号，并基于所述第一场强信号对所述功率放大单元进行开关控制；

无源发射天线，与所述功率放大单元连接，用于将所述再次进行功率放大处理后的所述第一射频信号转换为场信号，并发射所述场信号；

增益控制单元，与所述功率放大单元和所述可变增益放大单元连接，用于获取所述再次进行功率放大处理后的所述第一射频信号的功率对应的第二场强信号，并基于所述第二场强信号对所述第一增益进行反向调节。

可选的，所述开关控制单元包括：

第一场强感应子单元，与所述滤波单元连接，用于对所述滤波处理后的所述第一射频信号进行场强感应得到所述第一场强信号，并将所述第一场强信号转换为对应的第一感应电平；

功放开关控制子单元，与所述第一场强感应子单元和所述功率放大单元连接，用于根据所述第一感应电平和第一预设电平门限生成开关控制信号；其中，所述开关控制信号用于控制所述功率放大单元的开启或关闭。

可选的，所述功放开关控制子单元在确定所述第一感应电平大于或等于所述第一预设电平门限时生成开启信号；其中，所述开启信号用于控制所述功率放大单元开启。

可选的，所述功放开关控制子单元在确定所述第一感应电平小于所述第一预设电平门限时生成关断信号；其中，所述关断信号用于控制所述功率放大单元关闭。

可选的，所述可变增益放大单元包括：

第一级前置放大子单元，与所述滤波单元连接，用于基于第二增益对所述滤波处理后的所述第一射频信号进行第一级功率放大处理，所述第二增益可调；

第二级前置放大子单元，用于基于第三增益对所述第一级功率放大处理后的所述第一射频信号进行第二级功率放大处理；其中，所述第二增益与所述第三增益的乘积为所述第一增益。

可选的，所述增益控制单元包括：

第二场强感应子单元，与所述功率放大单元连接，用于对所述功率放大单元输出的所述第一射频信号进行场强感应得到所述第二场强信号，并将所述第二场强信号转换为对应的第二感应电平；

增益调节子单元，与所述第二场强感应子单元和所述第一级前置放大子单元连接，用于生成与所述第二感应电平对应的反向增益调节信号；其中，所述反向增益调节信号用于对所述第二增益进行反向调节。

可选的，所述增益调节子单元在所述第二感应电平大于第二预设电平门限时生成第一反向增益调节信号；其中，所述第一反向增益调节信号用于调低所述第二增益。

可选的，所述增益调节子单元在所述第二感应电平小于第三预设电平门限时生成第二反向增益调节信号；其中，所述第二反向增益调节信号用于调高所述第二增益，所述第三预设电平门限小于第二预设电平门限。

可选的，所述接收模块包括：

无源接收天线，用于接收第二射频信号；

接收通路，与所述无源接收天线连接，用于对所述第二射频信号进行预处理，并将所述预处理后的所述第二射频信号发送至所述北斗卫星通信终端；其中，所述预处理至少包括滤波处理以及功率放大处理。

可选的，所述北斗有源天线还包括：

馈电模块，与所述北斗卫星通信终端连接，用于对所述北斗有源天线与所述北斗卫星通信终端之间传输的射频信号与直流电信号进行分离；

合路模块，与所述馈电模块、所述发射模块及所述接收模块连接，用于对所述北斗有源天线传输的不同频段的射频信号进行合路处理；

电源处理模块，与所述馈电模块、所述发射模块及所述接收模块连接，用于向所述发射模块和所述接收模块输出电压恒定的直流电信号。

可选的，所述第一增益可调。

实施本申请实施例提供的一种北斗有源天线具有以下有益效果：

本申请实施例提供的一种北斗有源天线通过射频同轴电缆与北斗卫星通信终端连接，由于发射模块中的开关控制单元基于第一射频信号的功率大小便可实现对功率放大单元的自动开关控制，从而实现对北斗有源天线的信号收发状态的自动切换控制，因此北斗卫星通信终端可以为北斗有源天线提供电压恒定的直流电信号，使北斗有源天线始终工作在恒压状态下，从而可以有效解决天线功放易损坏的问题，提高了北斗有源天线的可靠性，延长了北斗有源天线的使用寿命；同时，通过在北斗有源天线的发射模块中设置可变增益放大单元以及增益控制单元，通过增益控制单元获取功率放大单元输出的第一射频信号的功率对应的场强信号，并基于该场强信号对第一增益进行反向调节，从而可以实现对第一射频信号的功率放大倍数的自适应调节，使得功率放大单元输出的第一射频信号的功率能够稳定在固定范围内，避免了发射信号的功率较小导致的通信质量较差的问题以及发射信号的功率较大导致的天线功耗较高的问题，从而可以提高通信质量，降低北斗有源天线的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种北斗有源天线与北斗卫星通信终端的连接关系示意图；

图2为本申请实施例提供的一种北斗有源天线的结构示意图；

图3为本申请实施例另一提供的一种北斗有源天线的结构示意图；

图4为本申请实施例又一提供的一种北斗有源天线的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还应当理解，在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种北斗有源天线与北斗卫星通信终端的连接关系示意图。如图1所示，本申请实施例提供的北斗有源天线10可以通过射频同轴电缆20与北斗卫星通信终端30连接。作为示例而非限定，北斗卫星通信终端30可以为用于收集电表所记录的电参数值的电力计量设备。

具体的，北斗有源天线10上设置有唯一的通信接口，即射频接口11。其中，射频接口11的类型可以根据实际需求设置，此处不做限制，例如，射频接口11的类型可以为螺母(Nut，N)型接口、微型精密A版(SubMiniature version A，SMA)接口或TNC电工公司的射频接口(TNC接口)等。

北斗有源天线10通过其射频接口11连接射频同轴电缆20的一端，射频同轴电缆20的另一端连接北斗卫星通信终端30。北斗有源天线10与北斗卫星通信终端30之间可以通过射频同轴电缆20传输射频信号和直流电信号，即通过在北斗有源天线10和北斗卫星通信终端30之间连接一条射频同轴电缆20可实现对两种不同信号的传输，从而可以降低成本，且安装较为方便。

本申请实施例中，北斗卫星通信终端30为北斗有源天线10提供电压恒定的直流电信号，即无论北斗有源天线10处于信号接收状态还是信号发射状态，北斗卫星通信终端30为北斗有源天线10提供的直流电信号的电压始终不变，这样可以有效解决天线功放易损坏的问题，提高了北斗有源天线的可靠性，延长了北斗有源天线的使用寿命。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种北斗有源天线的结构示意图。如图2所示，北斗有源天线10可以包括发射模块12和接收模块13。

其中，发射模块12具体包括：

滤波单元121，用于对待发射的第一射频信号进行滤波处理。

可变增益放大单元122，与滤波单元121连接，用于基于第一增益对滤波处理后的第一射频信号进行功率放大处理；其中，第一增益可调。

功率放大单元123，与可变增益放大单元122连接，用于在开启后对功率放大处理后的第一射频信号再次进行功率放大处理。

开关控制单元124，与滤波单元121和功率放大单元123连接，用于获取滤波处理后的第一射频信号的功率对应的第一场强信号，并基于第一场强信号对功率放大单元123进行开关控制。

无源发射天线125，与功率放大单元123连接，用于将再次进行功率放大处理后的第一射频信号转换为场信号，并发射场信号。

增益控制单元126，与功率放大单元123和可变增益放大单元122连接，用于获取再次进行功率放大处理后的第一射频信号的功率对应的第二场强信号，并基于第二场强信号对第一增益进行反向调节。

本申请实施例中，由于北斗有源天线10的信号发射频率需处于L频段内，因此，滤波单元121接收到来自北斗卫星通信终端30的第一射频信号后，对第一射频信号中频率不在L频段内的杂波进行过滤，即本申请实施例中，第一射频信号的频率处于L频段。在具体应用中，L频段的中心频率可以为1615.68兆赫兹(MHz)，L频段具体可以为1615.68MHz±4.08MHz。

本申请实施例中，开关控制单元124获取到的第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值与滤波处理后的第一射频信号的功率正相关，即当滤波处理后的第一射频信号的功率越大时，开关控制单元124获取到的第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值越大；当滤波处理后的第一射频信号的功率越小时，开关控制单元124获取到的第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值越小。

在具体应用中，当北斗卫星通信终端30通过北斗有源天线10发射射频信号时，滤波单元121输出的第一射频信号的功率通常较大，此时开关控制单元124获取到的第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值也较大；而当北斗有源天线10不发射射频信号时，滤波单元121输出的第一射频信号的功率通常较小，此时开关控制单元124获取到的第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值也较小。

因此，在本申请的一个实施例中，开关控制单元124在检测到第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值大于预设场强值门限时，说明北斗有源天线此时需要向外发射射频信号，因此开关控制单元124可以控制功率放大单元123开启，以使功率放大单元123对滤波处理后的第一射频信号进行功率放大处理，进而使功率放大单元123输出的第一射频信号的功率达到发射需求。

在本申请的另一个实施例中，开关控制单元124在检测到第一射频信号的功率对应的第一场强信号的场强值大于预设场强值门限时，说明北斗有源天线此时无需向外发射射频信号，因此开关控制单元124可以控制功率放大单元123关闭，以降低北斗有源天线的功耗。

本申请实施例可以基于发射模块12接收到的第一射频信号的功率大小实现对功率放大单元123的自动开关控制，从而实现了对北斗有源天线的信号收发状态的自动切换控制，同时还可以降低北斗有源天线的功耗。

本申请实施例中，增益控制单元126获取到的第一射频信号的功率对应的第二场强信号的场强值与功率放大单元123输出的第一射频信号的功率正相关，即功率放大单元123输出的第一射频信号的功率越大时，增益控制单元126获取到的第一射频信号的功率对应的第二场强信号的场强值越大；功率放大单元123输出的第一射频信号的功率越小时，增益控制单元126获取到的第一射频信号的功率对应的第二场强信号的场强值越小。

增益控制单元126基于获取到的第一射频信号的功率对应的第二场强信号对第一增益进行反向调节具体可以包括：在第一射频信号的功率对应的第二场强信号的场强值大于第一预设场强值门限时，调低第一增益，从而降低功率放大单元123输出的第一射频信号的功率；在第一射频信号的功率对应的第二场强信号的场强值小于第二预设场强值门限时，调高第一增益，从而增大功率放大单元123输出的第一射频信号的功率，这样可以使功率放大单元123输出的第一射频信号的功率始终稳定在第二预设场强值门限对应的功率与第一预设场强值门限对应的功率之间。其中，第二预设场强值门限小于第一预设场强值门限。

以上可以看出，本申请实施例提供的一种北斗有源天线通过射频同轴电缆与北斗卫星通信终端连接，由于发射模块中的开关控制单元基于第一射频信号的功率大小便可实现对功率放大单元的自动开关控制，从而实现对北斗有源天线的信号收发状态的自动切换控制，因此北斗卫星通信终端可以为北斗有源天线提供电压恒定的直流电信号，使北斗有源天线始终工作在恒压状态下，从而可以有效解决天线功放易损坏的问题，提高了北斗有源天线的可靠性，延长了北斗有源天线的使用寿命；同时，通过在北斗有源天线的发射模块中设置可变增益放大单元以及增益控制单元，通过增益控制单元获取功率放大单元输出的第一射频信号的功率对应的场强信号，并基于该场强信号对第一增益进行反向调节，从而可以实现对第一射频信号的功率放大倍数的自适应调节，使得功率放大单元输出的第一射频信号的功率能够稳定在固定范围内，避免了发射信号的功率较小导致的通信质量较差的问题以及发射信号的功率较大导致的天线功耗较高的问题，从而可以提高通信质量，降低北斗有源天线的功耗。

请参阅图3，图3为本申请另一实施例提供的一种北斗有源天线的结构示意图。如图3所示，本实施例中，开关控制单元124具体可以包括：

第一场强感应子单元1241，与滤波单元121连接，用于对滤波处理后的第一射频信号进行场强感应得到第一场强信号，并将第一场强信号转换为对应的第一感应电平。

功放开关控制子单元1242，与第一场强感应子单元1241和功率放大单元123连接，用于根据第一感应电平和第一预设电平门限生成开关控制信号；其中，开关控制信号用于控制功率放大单元123的开启或关闭。

在具体应用中，第一场强感应子单元1241可以为场强检测电路，场强检测电路可以根据场强信号的场强值与感应电平之间的转换关系将感应到的第一场强信号转换为对应的第一感应电平。其中，第一场强信号的场强值越大，对应的第一感应电平越高。在具体应用中，场强检测电路可以由检波电路及滤波电路构成。

本实施例中，功放开关控制子单元1242接收到第一场强感应子单元1241输出的第一感应电平后，将该第一感应电平与第一预设电平门限进行比较。

其中，第一预设电平门限可以根据北斗有源天线10发射射频信号时，滤波单元121输出的射频信号对应的感应电平确定。

在本实施例的一种实现方式中，功放开关控制子单元1242可以在确定第一感应电平大于或等于第一预设电平门限时生成开启信号；其中，开启信号用于控制功率放大单元123开启。在本实施例的另一种实现方式中，功放开关控制子单元1242可以在确定第一感应电平小于第一预设电平门限时生成关断信号；其中，关断信号用于控制功率放大单元123关闭。

请继续参阅图3，在本申请的又一个实施例中，可变增益放大单元122具体可以包括：

第一级前置放大子单元1221，与滤波单元121连接，用于基于第二增益对滤波处理后的第一射频信号进行第一级功率放大处理；其中，第二增益可调。

第二级前置放大子单元1222，用于基于第三增益对第一级功率放大处理后的第一射频信号进行第二级功率放大处理；其中，第三增益不可调，第二增益与第三增益的乘积为第一增益。

进一步的，增益控制单元126具体可以包括：

第二场强感应子单元1261，与功率放大单元123连接，用于对功率放大单元123输出的第一射频信号进行场强感应得到第二场强信号，并将第二场强信号转换为对应的第二感应电平。

增益调节子单元1262，与第二场强感应子单元1261和第一级前置放大子单元1221连接，用于生成与第二感应电平对应的反向增益调节信号；其中，反向增益调节信号用于对第二增益进行反向调节。

在具体应用中，第二场强感应子单元1261可以为场强检测电路，场强检测电路可以根据场强信号的场强值与感应电平之间的转换关系将感应到的第二场强信号转换为对应的第二感应电平。其中，第二场强信号的场强值越大，对应的第二感应电平越高。在具体应用中，场强检测电路可以由检波电路及滤波电路构成。

本实施例中，增益调节子单元1262接收到第二场强感应子单元1261输出的第二感应电平后，可以将该第二感应电平与第二预设电平门限和第三预设电平门限进行比较，并基于比较结果生成相应的反响增益调节信号。

其中，第二预设电平门限可以根据预先设置的发射信号的最大功率确定，第三预设电平门限可以根据预先设置的发射信号的小功率确定。

在本实施例的一种实现方式中，增益调节子单元1262在确定第二感应电平大于第二预设电平门限时生成第一反向增益调节信号；其中，第一反向增益调节信号用于调低第二增益。在本实施例的另一种实现方式中，增益调节子单元1262在确定第二感应电平小于第三预设电平门限时生成第二反向增益调节信号；其中，第二反向增益调节信号用于调高第二增益。

请继续参阅图3，在本申请的又一个实施例中，接收模块13可以包括：

无源接收天线132，用于接收第二射频信号。

接收通路131，与无源接收天线连接，用于对第二射频信号进行预处理，并将预处理后的第二射频信号发送至北斗卫星通信终端；其中，预处理至少包括滤波处理以及功率放大处理。

本实施例中，无源接收天线132具体可以将基于电磁场传输模式的场信号转换为基于路传输模式的射频信号，进而实现对第二射频信号的接收。

本实施例中，由于北斗有源天线10的信号接收频率需处于S频段内，因此，第二射频信号的频率需处于S频段内。在具体应用中，S频段的中心频率可以为2491.75MHz，S频段具体可以为2491.75MHz±4.08MHz。

在具体应用中，接收通路131可以对第二射频信号中频率不在S频段内的杂波信号进行过滤处理，并对过滤处理的第二射频信号进行功率放大处理，使得第二射频信号的功率达到北斗有源天线的信号接收需求。

请参阅图4，图4为本申请实施例又一提供的一种北斗有源天线的结构示意图。如图4所示，本实施例中，北斗有源天线10还包括：

馈电模块14，与北斗卫星通信终端30连接，用于对北斗有源天线10与北斗卫星通信终端30之间传输的射频信号与直流电信号进行分离。

合路模块15，与馈电模块14、发射模块12及接收模块13连接，用于对北斗有源天线10传输的不同频段的射频信号进行合路处理。

电源处理模块16，与馈电模块14、发射模块12及接收模块13连接，用于向发射模块12和接收模块13输出电压恒定的直流电信号。

本实施例中，馈电模块14通过对北斗有源天线10与北斗卫星通信终端30之间传输的射频信号与直流电信号进行分离，可以使射频信号与直流电信号相互隔离，彼此不受对方的影响。

合路模块15具体用于将L频段的射频信号与S频段的射频信号进行合路处理，使两者在同一射频链路上进行传输。

电源处理模块16可以对北斗卫星通信终端30提供的电压恒定的直流电信号进行处理，并为发射模块12和接收模块13提供一个恒定的工作电压。

需要说明的是，电源处理模块16除了为发射模块12和接收模块13供电外，还为北斗有源天线10中的其他模块供电。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。