BD/GPS雙輸出天線裝置的製作方法
2023-06-06 09:24:46 4
本實用新型涉及一種汽車車載天線系統，尤其涉及一種BD（北鬥）/GPS雙輸出天線裝置。
背景技術：
隨著電子信息技術的不斷發展，車載智能化電器設備不斷升級和功能拓展，越來越多的車載智能系統（如車載導航系統、安防監控系統）對車輛定位功能的需求逐漸加強。車輛定位裝置正常工作離不開定位天線，對此現有主要解決方案如下：
1、內置BD/GPS天線布置時，以衛星接收模塊中心的垂線旋轉60°的空間上方不應該有金屬遮擋，參見圖1，否則會影響接收衛星信號的強度，對於同時裝有二套定位需求的車載設備，在一輛車上同時安裝二個BD/GPS定位接收天線，由於定位天線的空間布置要求及車內有限的布置空間，給整車布置帶來較大的不利；同時，二套定位天線也會增加整車成本。
2、對於部分新型車載智能設備，安裝一個BD/GPS定位天線，通過USB或者CAN總線傳輸給另一個需要定位信息的車載設備，參見圖3。由於通過USB或者CAN總線傳輸，會影響一定的帶寬，且需要車載智能設備有較強的數據處理能力，同時需要確保可靠的定位信息傳輸性能。安裝一個BD/GPS定位天線也不利於在傳統車載設備上應用。
3、目前部分車廠在研發雙輸入BD/GPS定位天線，以節約單車成本及整車布置空間，但是目前普遍的做法是，將二個定位天線分為主從接口，參見圖4，天線工作時的電源由主接口提供，當連接主接口的設備關閉時，連接從接口的設備就無法定位；且主從接口之間缺乏電路保護，在出現危險時（如車輛碰撞），如果連接從設備的天線接口電路短路，將會導致主接口電路失效，主設備無法正常定位。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種BD/GPS雙輸出天線裝置，該天線裝置支持雙輸出，能提高獲取定位信號的可靠性，降低設備信號之間的幹擾。
為了實現上述技術目的，本實用新型採用如下技術方案：
一種BD/GPS雙輸出天線裝置，包括：天線振子、調理電路、第一放大器、濾波器、第二放大器、功率分配器、第一射頻開關模塊、第二射頻開關模塊、第一接口、第二接口；
所述天線振子獲取衛星定位信號，該信號輸入調理電路，調理電路輸出接第一放大器後接濾波器，濾波器輸出接第二放大器後接功率分配器，功率分配器輸出二個信號，第一路輸出信號接第一射頻開關模塊，第一射頻開關模塊輸出接第一接口，第二路輸出信號接第二射頻開關模塊，第二射頻開關模塊輸出接第二接口；
所述天線裝置還包括：第一電壓保護電路、第二電壓保護電路、電壓比較器，所述第一接口接第一電壓保護電路，第一電壓保護電路輸出接電壓比較器，所述第二接口接第二電壓保護電路，第二電壓保護電路輸出接電壓比較器，電壓比較器輸出電壓並接第一放大器和第二放大器，電壓比較器輸出電壓作為第一放大器和第二放大器的供電電源。
所述濾波器為聲表濾波器。
所述第一射頻開關模塊包括第一射頻開關SW1、電容C21、電容C22、電容C23、電感L23、電阻R21，第一射頻開關SW1為單刀雙擲射頻開關，電容C23一端接功率分配器輸出端，另一端接第一射頻開關SW1輸入端，電感L23一端接功率分配器輸出端，另一端接第一射頻開關SW1電源輸入端，第一射頻開關SW1輸出一端接電容C22後接第一接口，第一射頻開關SW1輸出二端接電容C21後串接電阻R21後接地，第一射頻開關SW1電源輸入端接電壓比較器輸出端，第一射頻開關SW1接地端接地；
所述第二射頻開關模塊包括第二射頻開關SW2、電容C24、電容C25、電容C26、電感L23、電阻R22，第二射頻開關SW2為單刀雙擲射頻開關，電容C26一端接功率分配器輸出端，另一端接第二射頻開關SW2輸入端，電感L23一端接功率分配器輸出端，另一端接第二射頻開關SW2電源輸入端，第二射頻開關SW2輸出一端接電容C25後接第二接口，第二射頻開關SW2輸出二端接電容C24後串接電阻R22後接地，第二射頻開關SW2電源輸入端接電壓比較器輸出端，第二射頻開關SW2接地端接地。
所述第一射頻開關SW1和第二射頻開關SW2的型號為美國英飛凌BGS12AL7-4。
所述第一電壓保護電路包括電感L11、穩壓二極體D11，電感L11一端接第一接口，另一端接穩壓二極體D11陰極作為第一電壓保護電路輸出端，穩壓二極體D11陽極接地；所述第二電壓保護電路包括電感L12、穩壓二極體D12，電感L12一端接第二接口，另一端接穩壓二極體D12陰極作為第二電壓保護電路輸出端，穩壓二極體D12陽極接地。
所述電壓比較器包括第一電壓轉換晶片模塊、電容C11、二極體D21、第二電壓轉換晶片模塊、電容C12、二極體D22，第一電壓轉換晶片模塊、電容C11、二極體D21組成的電路和由第二電壓轉換晶片模塊、電容C12、二極體D22組成的電路為兩個對稱電路；
第一電壓轉換晶片模塊輸入端接第一電壓保護電路輸出端，第一電壓轉換晶片模塊輸出端接二極體D21陽極，二極體D21陰極作為所述電壓比較器輸出端，第一電壓轉換晶片模塊輸出端接電容C11後接地；
第二電壓轉換晶片模塊輸入端接第二電壓保護電路輸出端，第二電壓轉換晶片模塊輸出端接二極體D22陽極，二極體D22陰極作為所述電壓比較器輸出端，第二電壓轉換晶片模塊輸出端接電容C12後接地。
所述第一電壓轉換晶片模塊輸出電壓和第二電壓轉換晶片模塊輸出電壓之間存在微量電壓差，該微量電壓差值為0.2伏。
本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置能節約有效布置空間，支持雙輸出，同時滿足二臺設備的定位信號需求，提高獲取定位信號的可靠性，降低設備信號之間的幹擾，提高天線的複合利用效率。
本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置與現有定位天線相比，其有益效果是：
1）本實用新型的天線裝置支持雙路定位信號輸出，可以同時為二臺設備提供定位信息；
2）本實用新型的天線裝置集成GPS、BD（北鬥）功能，可以有效支持多種衛星定位模式；
3）本實用新型的天線裝置的二個輸出接口端採用了電壓保護電路，能防止一個設備終端對另一個設備終端充放電，而造成設備端電路損壞；
4）本實用新型的天線裝置的內部二個輸入端做了專門電路隔離設計，即採用射頻開關模塊，當其中一路信號線出現短路、斷路、過壓等損壞情況下，均不會影響到另一路信號線正常接收信號；
5）本實用新型的天線裝置的供電端電路中增加了電壓比較器，當供電電壓不穩定時，可以選擇最適合放大器正常工作的有效穩壓，確保天線電路穩定運行。
本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置支持雙輸出，能提高獲取定位信號的可靠性，降低設備信號之間的幹擾，具有體積小、功耗低、成本低、抗幹擾性強、電器性能可靠的優點。
附圖說明
圖1為天線布置要求示意圖；
圖2 為現有技術的二根天線方案示意圖；
圖3為現有技術的高端車載設備天線方案示意圖；
圖4為常規雙輸出天線解決方案示意圖；
圖5為本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置信號傳輸原理示意圖；
圖6為本實用新型的天線裝置的T型調理電路示意圖；
圖7為本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置電壓控制電路示意圖；
圖8為本實用新型BD/GPS雙輸出天線裝置的實施例；
圖9為本實用新型的天線裝置的天線接口部分局部電路圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
參見圖5，一種BD/GPS雙輸出天線裝置，包括：天線振子1、調理電路2、第一放大器3、濾波器4、第二放大器5、功率分配器6、第一射頻開關模塊71、第二射頻開關模塊72、第一接口81、第二接口82；
所述天線振子1獲取衛星定位信號，該信號輸入調理電路2，調理電路2輸出接第一放大器3後接濾波器4，濾波器4輸出接第二放大器5後接功率分配器6，功率分配器6輸出二個信號，第一路輸出信號接第一射頻開關模塊71，第一射頻開關模塊71輸出接第一接口81，第二路輸出信號接第二射頻開關模塊72，第二射頻開關模塊72輸出接第二接口82。
所述調理電路2為天線內部調理電路，該調理電路2為T型調理電路。參見圖6，天線振子1輸出端接電感L51後再串接電容C51後輸出，天線振子1輸出端還接電容C52後接地。T型調理電路用於改善天線振子與放大器之間阻抗匹配，從而獲得相對穩定的BD/GPS信號，電容C52作用為靜電放電。
由於天線振子1接受的衛星信號微弱，需要通過第一放大器3進行第1級信號放大，提高信號強度。因此，調理電路2輸出接第一放大器3。
在第1級信號放大時，由於有效定位信號及噪聲同時被放大，影響接收效果，需要濾除雜訊信號，因此，第一放大器3輸出接濾波器4。該濾波器4採用聲表濾波器（saw filter），其優點是體積小，便於在天線內部集成。
濾波器4輸出的相對純淨的BD/GPS信號，再次通過第二放大器5進行信號第2次放大，以提高BD/GPS信號的增益。因此，濾波器4輸出接第二放大器5。
電路中使用的第一放大器3及第二放大器5為低噪聲放大器，其採用美國美信公司MAX2670晶片，具有噪聲低、增益高和性能穩定的特點。第一放大器3及第二放大器5的工作電源由電壓比較器10的輸出端提供。
第二放大器5輸出接功率分配器6，功率分配器6輸出二個信號。經過二次放大的BD/GPS信號，被功率分配器6一分為二，實現BD/GPS信號分流，功率分配器6為威爾金森功率分配器，該功率分配器具有二埠之間隔離度高的特點。
參見圖9，所述第一射頻開關模塊71包括第一射頻開關SW1、電容C21、電容C22、電容C23、電感L23、電阻R21，第一射頻開關SW1為單刀雙擲射頻開關，電容C23一端接功率分配器6輸出端F，另一端接第一射頻開關SW1輸入端，電感L23一端接功率分配器6輸出端F，另一端接第一射頻開關SW1電源輸入端，第一射頻開關SW1輸出一端接電容C22後接第一接口81，第一射頻開關SW1輸出二端接電容C21後串接電阻R21後接地，第一射頻開關SW1電源輸入端接電壓比較器10輸出端E，第一射頻開關SW1接地端接地。
所述第二射頻開關模塊72包括第二射頻開關SW2、電容C24、電容C25、電容C26、電感L23、電阻R22，第二射頻開關SW2為單刀雙擲射頻開關，電容C26一端接功率分配器6輸出端F，另一端接第二射頻開關SW2輸入端，電感L23一端接功率分配器6輸出端F，另一端接第二射頻開關SW2電源輸入端，第二射頻開關SW2輸出一端接電容C25後接第二接口82，第二射頻開關SW2輸出二端接電容C24後串接電阻R22後接地，第二射頻開關SW2電源輸入端接電壓比較器10輸出端E，第二射頻開關SW2接地端接地。
所述第一射頻開關SW1和第二射頻開關SW2為單刀雙擲開關，其型號為美國英飛凌BGS12AL7-4。第一射頻開關模塊71目的是為第一射頻開關SW1提供一個匹配負載，便於在第一埠81出故障時，防止功率分配器6匹配失衡。當天線的第一接口81正常工作時，即提供正常的工作電壓，第一射頻開關SW1連接電容C22一路，第一射頻信號從電容C23經過第一射頻開關SW1進入電容C22支路，最終從第一接口81輸出。而一旦天線的第一接口81異常時，此時第一射頻開關SW1切換導通電路，第一射頻開關SW1連接電容C21一路，則第一射頻信號從電容C23經過第一射頻開關SW1進入電容C21支路，加載在匹配負載電阻R21上。這樣就保證了功率分配器6始終處於匹配狀態，即使一個埠發生故障時另一個埠也不受影響。第二射頻開關模塊72也是同樣原理。
採用射頻開關模塊能實現當任意一個天線的埠短路或者開路時，射頻開關將自動切換到匹配負載，從而確保威爾金森功率分配器的埠仍然處於匹配狀態，另外一路天線可以正常工作不受影響。從而能向天線的第一接口81和第二接口82提供性能可靠、匹配性能優良的BD/GPS信號。
參見圖7，由於BD/GPS屬於有源信號，需要通過衛星接收埠提供電源，在電路設計中，加入了天線裝置電壓控制電路，包括：第一電壓保護電路91、第二電壓保護電路92、電壓比較器10，所述第一接口81接第一電壓保護電路91，第一電壓保護電路91輸出接電壓比較器10，所述第二接口82接第二電壓保護電路92，第二電壓保護電路92輸出接電壓比較器10，電壓比較器10輸出電壓並接第一放大器3和第二放大器5，電壓比較器10輸出電壓作為第一放大器3和第二放大器5的供電電源。
參見圖9，所述第一電壓保護電路91包括電感L11、穩壓二極體D11，電感L11一端接第一接口81，另一端接穩壓二極體D11陰極作為第一電壓保護電路91輸出端，穩壓二極體D11陽極接地。當天線的第一接口81出現故障導致供點電壓突變時，第一電壓保護電路91可以有效抑制電壓突變，將電感L11處理的電壓經過穩壓二極體D11處理，當電壓低於穩壓二極體D11限值時，穩壓二極體D11不導通，電壓比較器10的第一電壓轉換晶片模塊輸入電壓正常；當電壓值高於穩壓二極體D11限值時，穩壓二極體D11導通，確保第一電壓轉換晶片模塊輸入電壓穩定在一個恆定區間。第一電壓保護電路91可以有效抑制第一埠81的電壓突變對第一電壓轉換晶片模塊的影響，確保電路供電電壓穩定。
所述第二電壓保護電路92包括電感L12、穩壓二極體D12，電感L12一端接第二接口82，另一端接穩壓二極體D12陰極作為第二電壓保護電路92輸出端，穩壓二極體D12陽極接地。第二電壓保護電路92與第一電壓保護電路91的工作原理和功能是相同的。
所述電壓比較器10包括第一電壓轉換晶片模塊、電容C11、二極體D21、第二電壓轉換晶片模塊、電容C12、二極體D22，第一電壓轉換晶片模塊、電容C11、二極體D21組成的電路和由第二電壓轉換晶片模塊、電容C12、二極體D22組成的電路為兩個對稱電路。
第一電壓轉換晶片模塊輸入端接第一電壓保護電路91輸出端，第一電壓轉換晶片模塊輸出端接二極體D21陽極，二極體D21陰極作為所述電壓比較器10輸出端E，第一電壓轉換晶片模塊輸出端接電容C11後接地。電壓輸入至第一電壓轉化晶片模塊，經過晶片內部電路將電壓轉化為第一放大器3和第二放大器5的供電電壓。為了防止電壓比較器10輸出電壓出現電壓差，設備通過第一接口81充放電，造成供電設備損壞風險，在第一電壓轉化晶片模塊的輸出端使用了保護電路的二極體D21。另一半邊的電路也同樣，第二電壓轉換晶片模塊輸入端接第二電壓保護電路92輸出端，第二電壓轉換晶片模塊輸出端接二極體D22陽極，二極體D22陰極作為所述電壓比較器10輸出端E，第二電壓轉換晶片模塊輸出端接電容C12後接地。電壓輸入至第二電壓轉化晶片模塊，經過晶片內部電路將電壓轉化為第一放大器3和第二放大器5的供電電壓。為了防止電壓比較器10輸出電壓出現電壓差，設備通過第二接口82充放電，造成供電設備損壞風險，在第二電壓轉化晶片模塊的輸出端使用了保護電路的二極體D22。
所述第一電壓轉換晶片模塊輸出電壓和第二電壓轉換晶片模塊輸出電壓之間存在微量電壓差，該微量電壓差值為0.2伏，以防止二極體D21、D22兩端電壓一致而失效。
電壓保護控制電路的作用是將第一接口81和第二接口82的供電電壓轉換成二個穩定的存在壓差的電壓，電壓轉換晶片模塊採用美國NILP2980IM5，具有較寬的輸入電壓範圍，輸入最大16V，能夠承受12V電壓車輛出現的任何可能的故障。電壓比較器10從第一電壓保護電路91和第二電壓保護電路92輸出的電壓中，選擇合適的電壓，為第一放大器3和第二放大器5提供穩定的供電電源，確保整個電路系統穩定。
實施例
參見圖8，一種BD/GPS雙輸出天線裝置，布置在車內儀錶板內，衛星接收模塊垂線旋轉60°的空間上方無金屬遮擋，通過天線振子1獲得衛星信號。該衛星信號雖經過了天線內部的調理電路2處理，由於天線振子獲得的衛星信號增益較小，且天線振子接收到的信號中包含無效的雜訊信號，為了有效的去除無效的雜訊信號，首先通過第一放大器3將衛星信號（含雜訊信號）增益提高，信號增益提高後，在通過聲表濾波器4將BD（北鬥）、GPS信號提前，過濾無效的雜訊信號，提高有效信號質量。為了提高二個接收端信號增益，在進行信號分配前，再次通過第二放大器5提高信號增益。經過二次放大的衛星信號經過功率分配器6分成二路，為了減少二路信號之間的耦合關聯性，將二路信號通過射頻開關模塊的單刀雙擲射頻開關，這樣當其中一路信號發生短路、開路時，射頻開關SW可以自行切斷該段信號迴路，確保另一路能夠正常工作。經過射頻開關SW的信號，在經過射頻開關模塊內的電感L、電容C和電阻R組成的電路，確保與終端設備的電路接口匹配。
由於BD/GPS雙輸出天線裝置屬於有源天線，二個信號放大器3、5需要進行供電才能正常工作，由於二個輸出端均可以提高天線工作電壓，為了確保二個天線接收端之間接口電路安全，在二個天線輸出端加入了電壓保護電路，該電壓保護電路主要作用是防止第一接口81、第二接口82的兩終端設備電壓出現壓差時，高電壓端直接對低電壓端進行充電，避免因充放電時電流過大導致接口電路乃至整個設備的損害，同時將二個接口電路的電壓轉換成放大器正常工作電壓值範圍，此時第一接口81的轉換電壓和第二接口82的轉換電壓存在一個微小的差異（如0.2V），該差異是有必要的，如果第一接口81、第二接口82的轉換電壓相同時，電壓比較器10將可能出現無法選擇合適電壓值。
經過電壓保護電路的二個差分電壓通過一個電壓比較器10，電壓比較器10選擇最接近放大器正常工作的一路電壓作為放大器工作電壓，確保放大器在理想電壓下工作。
本實用新型的天線裝置設計時，選擇的放大器晶片集成二路放大效果，放大電路集成在晶片內部，可以有效提高放大效果，減少外界信號幹擾，提高衛星信號的信噪比，有利於有效衛星信號獲取。
為了提高信號在傳輸過程中抗幹擾性能，本實用新型的天線裝置選用的天線饋線型號為RG174，天線接頭型號為FAKRA，天線外圍包裹一層金屬屏蔽網，防止外界電磁幹擾和雜訊信號的幹擾。本實用新型的天線裝置在共用天線接受模塊的基礎上進行優化，選用的晶片均為集成度較高，抗幹擾性能優的晶片，可以減小天線模塊的尺寸，適合整車布置。
本實用新型的天線裝置不僅適用於雙輸出天線，也適用於多輸出天線的設計。
以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。