МНОГОДИАПАЗОННАЯ РАДИОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к радиочастотной (РЧ) системе, а именно, к многодиапазонной РЧ-системе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
GPS, ГЛОНАСС и GALILEO представляют собой три примера глобальных спутниковых систем навигации (ГССН). Работа таких систем основана на наблюдении группы спутников на околоземной орбите, каждый из которых передает в широковещательном режиме сведения к определению его местоположения и дальности до него. Принимая в любой точке на поверхности Земли или вблизи нее вещательный сигнал от нескольких спутников, приемник ГССН, как правило, может вычислить свое местоположение.
Спутники системы GPS непрерывно передают сигнал несущей частоты L-диапазона в двух диапазонах, известных как диапазон L1 (1575,42 МГц) и диапазон L2 (1227,60 МГц), по способу множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), что предусматривает передачу различных кодов GPS на одной частоте. Уникальность каждого из кодов GPS позволяет опознать источник принимаемого сигнала.
Спутники системы GALILEO делят частотный диапазон со спутниками GPS, непрерывно передавая сигнал несущей частоты L-диапазона в четырех диапазонах, например, в диапазонах Е1 (1575,42 МГц), Е6 (1278,750 МГц), Е5 (1191,795 МГц), Е5b (1207,140 МГц) и Е5а (1176,450 МГц). В отдельных случаях сигналы системы GALILEO накладываются на сигналы системы GPS. Подобно спутникам GPS, спутники GALILEO передают свои сигналы с применением разделения CDMA, что предусматривает передачу различных кодов на одной частоте.
Спутники ГЛОНАСС передают сигналы несущей частоты L-диапазона в двух диапазонах, а именно, L1 и L2. В диапазоне L1 они передают один и тот же сигнал, но каждый на своей частоте: в системе используется частотное разделение на 21 канал в диапазоне 1598, 0625-1609, 3125 МГц. Несущая частота канала в мегагерцах вычисляется как 1602+0,5625n, где n - номер канала (n=-7, -6, -5,…, 13). Вещание в диапазоне L2 также ведется с частотным разделением, но на частотах 1242,9375-1251,6875 МГц. Несущая частота канала диапазона L2 в мегагерцах вычисляется как 1246+0,4375n, где n - номер канала (n=-7, -6, -5,…, 13).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже, с целью дать читателю общее представление о настоящем изобретении, приводится его краткое описание. Оно не охватывает полностью все раскрытые в настоящей заявке сведения, не указывает неотъемлемые элементы настоящего изобретения и не очерчивает область его правовой защиты, но представляет собой лишь упрощенное изложение некоторых из раскрываемых в настоящей заявке идей, предваряющее собой их подробное описание.
В одном или нескольких аспектах настоящее изобретение относится к многодиапазонной радиочастотной системе.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения многодиапазонная РЧ-система содержит симметричный фильтр поверхностной акустической волны (ПАВ), а также подключенные к нему первый смеситель и второй смеситель. На вход симметричного ПАВ-фильтра подают многодиапазонный радиосигнал, а фильтр подавляет в сигнале шум и разделяет его по меньшей мере на первый многодиапазонный сигнал и второй многодиапазонный сигнал. Первый смеситель генерирует сигнал первой промежуточной радиочастоты, соответствующий первому многодиапазонному сигналу, а второй смеситель генерирует сигнал второй промежуточной радиочастоты, соответствующий второму многодиапазонному сигналу.
Осуществление настоящего изобретения дает, в целом, следующие технические преимущества:
1. Симметричный ПАВ-фильтр заменяет несимметричный фильтр с подключенным к нему частотным разделителем, что приводит к снижению себестоимости и общего затухания передачи.
2. Единственный ПАВ-фильтр позволяет повысить степень интеграции электронных компонентов.
Многие сопутствующие признаки станут более ясны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение станет более ясно из нижеследующего подробного описания в свете прилагаемых чертежей.
Фиг.1 показывает блок-схему многодиапазонной РЧ-системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 показывает блок-схему многодиапазонной РЧ-системы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 показывает АЧХ симметричного ПАВ-фильтра с фиг.1.
Фиг.4 схематически показывает топологию симметричного ПАВ-фильтра согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 схематически показывает топологию симметричного ПАВ-фильтра согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В нижеследующем подробном описании, чтобы облегчить понимание раскрываемых вариантов осуществления, изложение для наглядности ведется применительно к ряду конкретных деталей. Очевидно, однако, что возможны и иные варианты осуществления, лишенные таких деталей. Кроме того, хорошо известные конструкции и устройства показаны схематически ради упрощения чертежей.
Во всех случаях в настоящем описании и формуле изобретения, когда какой-либо элемент по требованиям грамматики поименован в единственном числе, подразумевается также и несколько таких элементов, если только обратное не следует прямо из контекста. Кроме того, выражениям «содержит», «имеет» и подобным, а также производным от них, следует давать неограничивающее толкование, т.е. «содержит, помимо иных элементов». Употребление предлогов «в», «на» и подобных в описании и формуле изобретения определяется требованиями грамматики и не указывает на взаимное пространственное расположение элементов, если только обратное не следует прямо из контекста.
Отметим, что хотя те или иные элементы именуются в настоящей заявке как «первый», «второй» и так далее, такое именование никак не ограничивает такие элементы, порядковые числительные служат исключительно для различения элементов между собой. Например, первый элемент можно именовать вторым и наоборот, что не затрагивает существа описываемых вариантов осуществления. Союз «и/или» в настоящей заявке подразумевает любые возможные комбинации перечисленных в соответствующем списке сущностей.
Также отметим, что если о каком-либо элементе говорится, что он подключен к другому элементу, он может быть подключен к этому элементу напрямую, либо через один или несколько промежуточных элементов. Напротив, если говорится, что данный элемент непосредственно подключен к другому, какие-либо промежуточные элементы отсутствуют.
Все применяемые в настоящей заявке термины, в том числе научно-технические, применяются в общепринятом среди отраслевых специалистов смысле, если только иное определение не дано в явном виде. Также подразумевается, что терминам, например, определяемым в словарях, дается толкование, отвечающее их значению в контексте соответствующей отрасли, но ни в коем случае не идеализированное или чрезмерно формальное, если только иное не указано в настоящей заявке явно.
Как видно на фиг.1, многодиапазонная РЧ-система 010 содержит симметричный ПАВ-фильтр 011, первый смеситель 012, второй смеситель 013 и малошумящий усилитель 014, включенный между фильтром 011 и антенной 015. Первый и второй смесители 012, 013 подключены к фильтру 011. АЧХ фильтра 011 согласно первому варианту осуществления, демонстрирующая его частотную характеристику затухания, приведена на фиг.3.
На вход малошумящего усилителя 014 поступает спутниковый сигнал с антенны 015, а с выхода снимается многодиапазонный радиосигнал. Он поступает на вход симметричного ПАВ-фильтра 011, который подавляет в нем шумы и разделяет его по меньшей мере на первый многодиапазонный сигнал и второй многодиапазонный сигнал. Первый смеситель 012 выдает первый сигнал промежуточной радиочастоты, соответствующий первому многодиапазонному сигналу, а второй смеситель 013 выдает второй сигнал промежуточной радиочастоты, соответствующий второму многодиапазонному сигналу.
В данном варианте осуществления симметричный ПАВ-фильтр служит и как полосовой фильтр, и как частотный разделитель. Как и типичный частотный разделитель, он обеспечивает разделение сигнала с хорошим подавлением перекрестных помех, балансом фаз и амплитуд. Таким образом, симметричный ПАВ-фильтр 011 заменяет собой несимметричный ПАВ-фильтр с подключенным к нему разделителем, что позволяет снизить себестоимость и общее затухание передачи. Кроме того, единственный ПАВ-фильтр 011 позволяет повысить степень интеграции электронных компонентов.
Многодиапазонная РЧ-система 010 содержит первый процессор 016 основной полосы частот и второй процессор 017 основной полосы частот. Первый процессор 016 подключен к первому смесителю 012, а второй процессор 017 подключен ко второму смесителю 013. Первый процессор 016 обрабатывает первый сигнал промежуточной радиочастоты, а второй процессор 017 - второй сигнал промежуточной радиочастоты. Первый и второй процессоры содержат АЦП для преобразования аналогового сигнала промежуточной радиочастоты в цифровую форму. Совместная работа первого и второго процессоров дает значительное преимущество за счет одновременного использования при вычислении положения приемника сигналов по меньшей мере двух различных ГССН, что резко увеличивает число регистрируемых в сложных условиях слабого радиоприема спутников, а также повышает точность определения местонахождения.
Пусть, например, с выхода первого смесителя 012 снимается первый сигнал промежуточной радиочастоты по системе GPS, а с выхода второго смесителя 013 снимается второй сигнал промежуточной радиочастоты по системе ГЛОНАСС. Соответственно, первый процессор 016 представляет собой процессор основной полосы частот GPS, а второй процессор 017 - процессор основной полосы частот ГЛОНАСС. Вместо или вместе с этим, первый и второй сигналы промежуточной радиочастоты могут относиться к двум любым различным ГССН. Например, это могут быть сигналы GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, COMPASS или подобных систем. Вместо или вместе с этим, первый и второй процессоры 016, 017 могут быть процессорами основной полосы частот двух любых различных ГССН, как то GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, COMPASS или подобных систем.
Перейдем теперь к фиг.2. Многодиапазонная РЧ-система 020 по существу отличается от системы 010 лишь наличием в ней первого контура 021 Фазовой Автоподстройки Частоты (ФАПЧ), второго контура 022 ФАПЧ и генератора 023 с кварцевым резонатором. Как видно на фиг.2, первый контур 021 ФАПЧ подключен к первому смесителю 012, второй контур 022 - ко второму смесителю 013, а генератор 023 - к первому и второму контурам 021, 022. Для Примера генератор 023 с кварцевым резонатором оснащен температурной компенсацией.
3
4
Генератор 023 вырабатывает первый опорный сигнал первой частоты и второй опорный сигнал второй частоты. Для примера первая частота составляет / от второй частоты. Первый контур 021 ФАПЧ вырабатывает первый выходной сигнал, по фазе согласованный с первым опорным сигналом, а второй контур 022 вырабатывает второй выходной сигнал, по фазе согласованный со вторым опорным сигналом.
Вместо или вместе с этим в системе с фиг.1 один генератор с кварцевым резонатором и первый контур ФАПЧ может входить в состав первого смесителя 012, а другой генератор с кварцевым резонатором и второй контур ФАПЧ - в состав второго смесителя 013. Первый и второй смесители, помимо того, что они преобразуют сигнал радиочастоты в сигнал промежуточной частоты, могут также содержать полосовой фильтр для шумоподавления и/или контур Автоматической Регулировки Усиление (АРУ) для компенсации недостаточного коэффициента усиления. Контур АРУ может быть подключен к первому смесителю и первому процессору основной полосы частот, либо ко второму смесителю и второму процессору основной полосы частот. Специалисты могут сконструировать смесители сообразно предполагаемому применению системы.
В еще одном варианте осуществления на вход второго малошумящего усилителя (не показан) поступает спутниковый сигнал с антенны 015, а с его выхода многодиапазонный радиосигнал поступает на несимметричный ПАВ-фильтр (не показан), откуда затем поступает на малошумящий усилитель 014, а оттуда, наконец, на симметричный ПАВ-фильтр 014. В остальном конструкция согласно данному варианту осуществления может быть сходна с вышеописанной.
В еще одном варианте осуществления на вход второго малошумящего усилителя (не показан) поступает второй многодиапазонный сигнал с выхода симметричного ПАВ-фильтра 011, с его выхода - на несимметричный ПАВ-фильтр (не показан), а оттуда - на второй смеситель 013, который вырабатывает второй сигнал промежуточной радиочастоты и подает его на вход второго процессора 017 основной полосы частот. В остальном конструкция согласно данному варианту осуществления может быть сходна с вышеописанной.
На фиг.4 схематически показана топология симметричного ПАВ-фильтра 011 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Видно, что фильтр 011 содержит первый и второй резонаторы 101, 102 с продольной связью, соединенные каскадно. Первый резонатор 101 содержит пять встречно-штыревых преобразователей (ВШП) 111-115, установленных в ряд в направлении распространения поверхностных акустических волн. Отражатели 116, 117 расположены по обе стороны от области, занятой ВШП 111-115. Аналогично, второй резонатор 102 содержит пять ВШП 121-125, установленных в ряд в направлении распространения поверхностных акустических волн, и отражатели 126, 127.
Одним концом второй и четвертый ВШП 112, 114 подключены к несимметричному входу 131. Первый, третий и пятый ВШП одним концом соединены между собой. Другим концом первый ВШП 111 подключен проводником 141 к шестому ВШП 121. Аналогично, третий и пятый ВШП 113, 115 подключены вторым и третьим проводниками 142, 143, соответственно, к восьмому и десятому ВШП 123, 125. В отличие от этого, один конец седьмого ВШП 122 подключен к первому симметричному выходу 132, а другой конец ВШП 122 подключен к первому концу ВШП 124. Другой конец ВШП 124 подключен ко второму симметричному выходу 133. Поскольку ПАВ-фильтр, раскрытый в патентном источнике 1 имеет вышеописанную топологию, его можно уменьшить в размерах и снизить вносимые им потери.
Симметричный ПАВ-фильтр 011 с фиг.4 имеет несимметричный вход 131, первый симметричный выход 132 и второй симметричный выход 133. Как показано на фиг.1, первый симметричный выход 132 подключен к первому смесителю 012, а второй симметричный выход 133 подключен ко второму смесителю 013. Кроме того несимметричный вход 131 подключен к малошумящему усилителю 014, как показано на фиг.1.
На фиг.5 схематически показана топология симметричного ПАВ-фильтра 011 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Видно, что ВШП 52, 53, 54 установлены поблизости один от другого на рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 51 в ряд в направлении распространения поверхностных акустических волн, а сетчатые отражатели (далее «отражатели») 55а, 55b расположены по обе стороны от ВШП 52, 53, 54. ВШП 52, 53, 54 с отражателями 55а, 55b образуют первый двухмодовый ПАВ-фильтр F1. Фильтр F1 представляет собой каскадный двухмодовый ПАВ-фильтр, работающий на первой и третьей гармониках. Аналогично, второй двухмодовый каскадный ПАВ-фильтр F2, работающий на первой и третьей гармониках, содержит ВШП 52', 53', 54' и отражатели 55'а, 55'b. Симметричный ПАВ-фильтр 011 образован каскадным соединением первого двухмодового ПАВ-фильтра F1 и второго двухмодового ПАВ-фильтра F2.
Симметричный ПАВ-фильтр 011 с фиг.5 имеет несимметричный вход 131, первый симметричный выход 132 и второй симметричный выход 133. Как показано на фиг.1, первый симметричный выход 132 подключен к первому смесителю 012, а второй симметричный выход 133 подключен ко второму смесителю 013, несимметричный же вход 131 подключен к малошумящему усилителю 014.
Типичный частотный разделитель имеет, как правило, два выхода с одинаковой фазой, а у некоторых симметричных ПАВ-фильтров фазы первого и второго симметричных выходов различаются на 180°. Однако, даже если применять в приемнике ГССН фильтр с опережением или отставанием по фазе на 180°, на качество приема и декодирование сигналов это существенно не повлияет.
Отметим, что топология симметричного ПАВ-фильтра 011, схематически показанная на фиг.4 и фиг.5, приведена исключительно для наглядности и никак не ограничивает настоящее изобретение. Специалисты могут конструировать симметричный ПАВ-фильтр сообразно предполагаемому применению системы.
Подразумевается, что данные выше описания вариантов осуществления служит исключительно для примера, специалисты могут вносить в них те или иные модификации. Настоящее описание, примеры и данные в полной мере раскрывают конструкцию и применение примерных вариантов осуществления настоящего изобретения. Хотя в описании делались определенные частные утверждения в отношении одного или нескольких отдельных вариантов осуществления, специалисты могут вносить многочисленные изменения в раскрытые варианты, не затрагивая существо настоящего изобретения.