一種無線通信系統及其發射模塊的製作方法

2023-10-30 14:44:22 1

一種無線通信系統及其發射模塊的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種無線通信系統的發射模塊，該發射模塊包括寬帶合路器、至少兩個發射機及為至少兩個發射機提供供電電壓的電源，至少兩個發射機的輸出端分別與所述寬帶合路器的至少兩個輸入端相連，發射模塊還包括：與寬帶合路器未使用的每一個輸出通道相對應的能量回收單元，能量回收單元包括：整流單元，用於將相應輸出通道的射頻信號轉換成直流電壓；低通濾波單元，用於對所轉換的直流電壓進行低通濾波；疊加單元，用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行疊加，以為至少兩個發射機提供新的供電電壓。實施本發明的技術方案，節約電能、改善發射效率、延長系統壽命、降低設備的體積和重量。
【專利說明】一種無線通信系統及其發射模塊

【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線通信領域，尤其涉及一種無線通信系統及其發射模塊。

【背景技術】
[0002] 對於無線通信通信系統，多個發射信號的合路是其一個重要的功能，合路的質量 和可靠性直接影響到整個系統的性能，目前，常用的合路設備主要採用兩種技術，一種是腔 體合路技術，另一種是寬帶合路技術。相比腔體合路，寬帶合路器由於可以工作在較寬的頻 段上，所以具有備料靈活的優點。
[0003] 以兩載波合路為例，如圖1所示，由於寬帶合路器的固有特性，合路後的兩路輸出 不能同時使用，只能使用一路輸出，而另一路，需要接一個電阻，將信號以發熱的形式消耗 掉，這樣就浪費了一半的信號功率。因此，合路器的插損較大，致使發射信號的功率下降，進 而導致整個系統的覆蓋效果惡化。此外，插損帶來的熱耗還會引起合路器溫度升高，不但合 路器自身壽命降低，而且還會影響其附近的設備，最終降低了整個系統的可靠性。


【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述寬帶合路器的插損較大的缺 陷，提供一種無線通信系統及其發射模塊，能減小寬帶合路器的插損。
[0005] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種無線通信系統的發射模 塊，包括寬帶合路器、至少兩個發射機及為所述至少兩個發射機提供供電電壓的電源，所述 至少兩個發射機的輸出端分別與所述寬帶合路器的至少兩個輸入端相連，所述發射模塊還 包括：與所述寬帶合路器未使用的輸出通道相對應的能量回收單元，所述能量回收單元包 括：
[0006] 整流單元，用於將相應輸出通道的射頻信號轉換成直流電壓；
[0007] 低通濾波單元，用於對所轉換的直流電壓進行低通濾波；
[0008] 疊加單元，用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行疊加，以為至少兩個 發射機提供新的供電電壓。
[0009] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，所述能量回收單元還包括：
[0010] 阻抗變換單元，連接在所述寬帶合路器的相應輸出端和所述整流單元之間，且用 於將相應輸出通道的射頻信號調整到發射機所需供電電壓的範圍內，並保持阻抗匹配。 [0011] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，所述能量回收單元還包括：
[0012] 帶阻濾波單元，連接在所述寬帶合路器的相應輸出端和所述整流單元之間，且用 於阻止所述整流單元產生的諧波返回所述寬帶合路器。
[0013] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，所述疊加單元包括：
[0014] 均流控制單元，用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行等比例電流合 路，以提供新的供電電壓。
[0015] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，所述疊加單元還包括：
[0016] DC/DC變換單元，連接在所述低通濾波單元和所述均流控制單元之間，且用於將低 通濾波後的直流電壓變換成發射機所需的供電電壓。
[0017] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，所述均流控制單元包括電流平衡控 制器、第一開關管、第二開關管、第一電阻和第二電阻，其中，所述電流平衡控制器的第一控 制端接所述第一開關管的控制端，所述第一開關管的第一端及所述電流平衡控制器的第一 輸入端接入原供電電壓，所述第一開關管的第二端接所述第一電阻的第一端，所述第一電 阻的第二端接所述發射機的電源端，所述電流平衡控制器的第二控制端接所述第二開關管 的控制端，所述第二開關管的第一端及所述電流平衡控制器的第二輸入端接入低通濾波後 的直流電壓，所述第二開關管的第二端接所述第二電阻的第一端，所述第二電阻的第二端 接所述發射機的電源端，所述電流平衡控制器的第一輸出端連接所述第一電阻的第一端， 所述電流平衡控制器的第二輸出端連接所述第二電阻的第一端。
[0018] 在本發明所述的無線通信系統的發射模塊中，
[0019] 在所述能量回收單元的數量為兩個時，第二個能量回收單元中的疊加單元用於 將低通濾波後的直流電壓與第一個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進行疊 加；
[0020] 在所述能量回收單元的數量為N，且N>2時，第i個能量回收單元中的疊加單元用 於將低通濾波後的直流電壓與第i-ι個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進 行疊加，其中，i = 2、"·、Ν。
[0021] 所述能量回收單元的數量與所述寬帶合路器未使用的輸出通道的數量相同，且每 一個未使用的輸出通道均對應一個能量回收單元。
[0022] 本發明還構造一種無線通信系統，包括以上所述的發射模塊。
[0023] 實施本發明的技術方案，由於能量回收單元可對寬帶合路器未使用的輸出通道的 能量進行回收，經整流和低通濾波後與電源一併為發射機供電，因此，一方面，降低了寬帶 合路器的等效插損，改善系統的發射效率，而且，節約了電能；另一方面，由於熱耗減少，降 低了寬帶合路器的溫升，延長發射模塊和無線系統壽命，而且，發熱減小後，可以裁剪原有 的散熱設計，降低設備的體積和重量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
[0025] 圖1是現有的無線通信系統的發射模塊的邏輯圖；
[0026] 圖2是本發明無線通信系統的發射模塊實施例一的邏輯圖；
[0027] 圖3是本發明無線通信系統的發射模塊實施例二的邏輯圖；
[0028] 圖4是圖3中均流控制單元實施例一的電路圖；
[0029] 圖5是圖4中兩路電流的仿真圖。

【具體實施方式】
[0030] 圖2是本發明無線通信系統的發射模塊實施例一的邏輯圖，首先說明的是，該實 施例是以發射機的數量為兩個，寬帶合路器為兩輸出通道的合路器為例進行說明的。而且， 由於寬帶合路器的固有特性，僅使用其中的一個輸出通道，該輸出通道所輸出的射頻信號 發射至天線，而其另一個輸出通道不使用。在該實施例中，該發射模塊包括兩個發射機11、 12、寬帶合路器20、與未使用的輸出通道相對應的能量回收單元30及電源40。其中，電源 40為發射機11、12提供供電電壓。發射機11、12的輸出端分別連接寬帶合路器20的兩個 輸入端。該能量回收單元30用於對未使用的輸出通道所輸出的射頻信號進行回收，經轉換 後與電源40-並為發射機11、12供電。而且，該能量回收單元30具體包括整流單元31、低 通濾波單元32和疊加單元33,其中，整流單元31用於將相應輸出通道的射頻信號轉換成直 流電壓；低通濾波單元32用於對所轉換的直流電壓進行低通濾波；疊加單元33用於將低 通濾波後的直流電壓與原供電電壓（電源所提供的供電電壓）進行疊加，以為兩個發射機 11、12提供新的供電電壓。
[0031] 最後需說明的是，由於以上實施例中的寬帶合路器為兩輸出通道的合路器，其只 有一個未使用的輸出通道，當寬帶合路器未使用的輸出通道的數量大於一個時，可以對其 中一部分未使用的輸出通道進行能量回收，g卩，未使用的輸出通道的數量大於能量回收單 元的數量，僅為其中一部分未使用的輸出通道增加相應的能量回收單元；也可以對每一個 未使用的輸出通道都進行能量回收，即未使用的輸出通道的數量等於能量回收單元的數 量，對每一個未使用的輸出通道都增加相應的能量回收單元。在疊加單元進行疊加時，每個 能量回收單元中的疊加單元可分別將低通濾波後的直流電壓與電源所提供的供電電壓進 行疊加，然後每個能量回收單元所輸出的直流電壓一併輸出至發射機的電源端。當然也可 以是：第一個未使用的輸出通道所對應的疊加單元將低通濾波後的直流電壓與電源所提供 的供電電壓進行疊加，疊加後的電壓再與下一個未使用的輸出通道中低通濾波後的直流電 壓進行疊加，直到疊加到最後一個未使用的輸出通道中低通濾波後的直流電壓，再輸出至 發射機的電源端，即，在能量回收單元的數量為兩個時，第二個能量回收單元中的疊加單元 用於將低通濾波後的直流電壓與第一個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進 行疊加；在能量回收單元的數量為N，且N>2時，第i個能量回收單元中的疊加單元用於將 低通濾波後的直流電壓與第i-Ι個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進行疊 力口，其中，i = 2、...、N。
[0032] 圖3是本發明無線通信系統的發射模塊實施例二的邏輯圖，該實施例相比圖2所 示的實施例，所不同的僅是能量回收單元，該能量回收單元30包括依次連接的阻抗變換單 元34、帶阻濾波單元35、整流單元31、低通濾波單元32和疊加單元33,而且，疊加單元33 進一步包括DC/DC變換單元331和均流控制單元332。其中，阻抗變換單元34用於將相應 輸出通道的射頻信號調整到發射機11、12所需供電電壓的範圍內，並保持阻抗匹配；整流 單元31用於將相應輸出通道的射頻信號轉換成直流電壓；帶阻濾波單元35用於阻止整流 單元31產生的諧波返回寬帶合路器；低通濾波單元32用於對所轉換的直流電壓進行低通 濾波；DC/DC變換單元331用於將低通濾波後的直流電壓變換成發射機所需的供電電壓；均 流控制單元332用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行等比例電流合路，以提供 新的供電電壓。
[0033] 在本發明的其他實施例中，可將圖3所示的發射模塊中的阻抗變換單元34或帶阻 濾波單元35省去。另外，還可將疊加單元33中的DC/DC變換單元331或均流控制單元332 省去，或者，疊加單元33隻將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行疊加。
[0034] 圖4是圖3中均流控制單元實施例一的電路圖，該均流控制單元均流控制單元包 括電流平衡控制器（例如選用Linear公司的型號為LTC4370的晶片）U1、M0S管Q1、Q2、電 阻R1、R2。其中，電流平衡控制器U1的第一控制端（GATE1)接MOS管Q1的柵極，MOS管Q1 的源極及電流平衡控制器U1的第一輸入端（VIN1)接入原供電電壓V1，M0S管Q1的漏極接 電阻R1的第一端，電阻R1的第二端接發射機的電源端（未示出）。電流平衡控制器U1的 第二控制端（GATE2)接MOS管Q2的柵極，MOS管Q2的源極及電流平衡控制器U1的第二輸 入端（VIN2)接入DC/DC轉換後的直流電壓，MOS管Q2的漏極接電阻R2的第一端，電阻R2 的第二端同樣接發射機的電源端。電流平衡控制器U1的第一輸出端（0UT1)連接電阻R1 的第一端，電流平衡控制器U1的第二輸出端（0UT2)連接電阻R2的第一端。當然，在其它 實施例中，MOS管Ql、Q2也可選用其它類型的開關管。
[0035] 在使用該均流控制單元對原供電電壓及回收的射頻信號所轉換的直流電壓進行 比例均流控制時，若兩路直流電壓分別為直流13. 5V，最終輸出至發射機的電流為10A， 且希望兩路電流的為例為4:1，則需對電阻Rl、R2選用合適的阻值，例如，電阻R1選用 0. 5m Ω，電阻R2選用2m Ω。另外，電流平衡控制器U1通過控制M0S管Q1、Q2開關頻率控制 M0S管Ql、Q2的導通電阻，進而控制M0S管Ql、Q2上的壓降，以補償所輸入的電壓的失配， 直到兩路輸入電壓的電流為4 :1。結合圖5，在190ms處，均流控制單元開始工作，將兩路電 壓進行合路，此時，回收的射頻信號轉換的直流電壓VI所提供的電流L2由原來的0A增加 到2A，電源的供電電壓V2所提供的電流L1由原來的10A減小到8A。
[0036] 當然，在其它實施例中，在兩路電流進行疊加時，也可不進行均流控制，S卩，直接將 低通濾波後的直流電壓與電源所輸出的直流電壓進行疊加。為防止電源所提供的電流反向 流入低通濾波單元，可在低通濾波單元後接入防反的二極體。
[0037] 下面通過對比圖1和圖3來說明本實施例的有益效果，假設每個發射機輸出的射 頻信號的功率為50W，每個發射機效率為40%，即每個發射機直流供電功率為125W，兩個 發射機合計需要250W的輸入功率。若採用圖1所示的方案，在經過寬帶合路器後，每個發 射機的信號在合路器上有25W的熱耗，另外的25W輸出給天線，則整個系統的發射效率為 20 %，熱耗為200W。若採用圖3所示的方案，將寬帶合路器未使用的輸出通道的射頻信號 送入能量回收單元，假設阻抗變換單元和帶阻濾波單元的損耗小於〇. OldB，整流單元的效 率為98%，其輸出的功率為49W。DC/DC變換單元的效率為96%，其輸出的功率為47W。因 此，該能量回收單元最終的效率約為94%。兩個發射機需提供250W的功率，此250W由能量 回收單元所輸出的功率47W和電源所輸出的功率203W組成。此時，仍然保持了原來的50W 天線發射功率，而電源提供的功率由原來的250W降低至203W，發射效率由原來的20%提高 至24. 63%，熱耗由原來的200W降低至153W。因此，圖3所示的實施例的方案相比圖1所 示的方案，有以下有益效果：
[0038] 1、將回收的能量轉換後供給設備使用，節約電能；
[0039] 2、由於整個系統的等效插損降低，可以間接改善系統的發射效率；
[0040] 3、由於熱耗減少，降低了寬帶合路器的溫升，延長設備和系統壽命；
[0041] 4、發熱減小後，可以裁剪原有的散熱設計，降低設備的體積和重量。
[0042] 另外，本發明還構造一種無線通信系統，該無線通信系統包括以上實施例中的發 射模塊。
[〇〇43] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
【權利要求】
1. 一種無線通信系統的發射模塊，包括寬帶合路器、至少兩個發射機及為所述至少兩 個發射機提供供電電壓的電源，所述至少兩個發射機的輸出端分別與所述寬帶合路器的至 少兩個輸入端相連，其特徵在於，所述發射模塊還包括：與所述寬帶合路器未使用的輸出通 道相對應的能量回收單元，所述能量回收單元包括： 整流單元，用於將相應輸出通道的射頻信號轉換成直流電壓； 低通濾波單元，用於對所轉換的直流電壓進行低通濾波； 疊加單元，用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行疊加，以為至少兩個發射 機提供新的供電電壓。
2. 根據權利要求1所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述能量回收單元 還包括： 阻抗變換單元，連接在所述寬帶合路器的相應輸出端和所述整流單元之間，且用於將 相應輸出通道的射頻信號調整到發射機所需供電電壓的範圍內，並保持阻抗匹配。
3. 根據權利要求1所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述能量回收單元 還包括： 帶阻濾波單元，連接在所述寬帶合路器的相應輸出端和所述整流單元之間，且用於阻 止所述整流單元產生的諧波返回所述寬帶合路器。
4. 根據權利要求1所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述疊加單元包括： 均流控制單元，用於將低通濾波後的直流電壓與原供電電壓進行等比例電流合路，以 提供新的供電電壓。
5. 根據權利要求4所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述疊加單元還包 括： DC/DC變換單元，連接在所述低通濾波單元和所述均流控制單元之間，且用於將低通濾 波後的直流電壓變換成發射機所需的供電電壓。
6. 根據權利要求4所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述均流控制單元 包括電流平衡控制器、第一開關管、第二開關管、第一電阻和第二電阻，其中，所述電流平衡 控制器的第一控制端接所述第一開關管的控制端，所述第一開關管的第一端及所述電流平 衡控制器的第一輸入端接入原供電電壓，所述第一開關管的第二端接所述第一電阻的第一 端，所述第一電阻的第二端接所述發射機的電源端，所述電流平衡控制器的第二控制端接 所述第二開關管的控制端，所述第二開關管的第一端及所述電流平衡控制器的第二輸入端 接入低通濾波後的直流電壓，所述第二開關管的第二端接所述第二電阻的第一端，所述第 二電阻的第二端接所述發射機的電源端，所述電流平衡控制器的第一輸出端連接所述第一 電阻的第一端，所述電流平衡控制器的第二輸出端連接所述第二電阻的第一端。
7. 根據權利要求1所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，在所述能量回收單 元的數量為兩個時，第二個能量回收單元中的疊加單元用於將低通濾波後的直流電壓與第 一個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進行疊加； 在所述能量回收單元的數量為N，且N>2時，第i個能量回收單元中的疊加單元用於將 低通濾波後的直流電壓與第i-Ι個能量回收單元中的疊加單元所輸出的直流電壓進行疊 力口，其中，i = 2、...、N。
8. 根據權利要求1所述的無線通信系統的發射模塊，其特徵在於，所述能量回收單元 的數量與所述寬帶合路器未使用的輸出通道的數量相同，且每一個未使用的輸出通道均對 應一個能量回收單元。
9. 一種無線通信系統，其特徵在於，包括權利要求1-8任一項所述的發射模塊。
【文檔編號】H04B1/04GK104104399SQ201410328054
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】馬明, 陳濤, 張生 申請人:哈爾濱海能達科技有限公司