本實(shí)用新型涉及無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，是一種遙控、遙測(cè)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)模塊。

背景技術(shù)：

無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)人機(jī)”，英文縮寫(xiě)為“UAV”，是利用無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為：無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人垂直起降機(jī)、無(wú)人飛艇、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人傘翼機(jī)等。

無(wú)人機(jī)按應(yīng)用領(lǐng)域，可分為軍用與民用。軍用方面，無(wú)人機(jī)分為偵察機(jī)和靶機(jī)。民用方面，無(wú)人機(jī)的行業(yè)應(yīng)用，是無(wú)人機(jī)真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)、植保、自拍、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援、觀(guān)察野生動(dòng)物、監(jiān)控傳染病、測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢、救災(zāi)、影視拍攝、制造浪漫等等領(lǐng)域的應(yīng)用，大大的拓展了無(wú)人機(jī)本身的用途，發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用與發(fā)展無(wú)人機(jī)技術(shù)。無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊為該系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)收發(fā)設(shè)備，它的工作原理為：接收空間的無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行放大、變頻和濾波，為接收終端提供中頻信號(hào)；將已調(diào)制好信息的中頻信號(hào)進(jìn)行變頻、濾波放大后向空間發(fā)射出去，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的遙控、遙測(cè)功能。

由于傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊多為FDD頻分雙工模式，此模式收發(fā)需要預(yù)留較寬的保護(hù)頻帶進(jìn)行收發(fā)隔離，所以占用頻帶較寬，多任務(wù)工作時(shí)兼容性較差。而且收發(fā)需要獨(dú)立的信道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備體積較大，不適應(yīng)于對(duì)載荷要求更高的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊接收鏈路動(dòng)態(tài)范圍典型值為60dB。與本設(shè)計(jì)比較，在同等工作條件下，當(dāng)無(wú)人機(jī)與地面站距離較近時(shí)，60dB的動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)出現(xiàn)接收鏈路飽和現(xiàn)象，影響無(wú)人機(jī)近距離工作效果，會(huì)造成遙控、遙測(cè)鏈路中斷現(xiàn)象。

當(dāng)無(wú)人機(jī)在有效作用半徑內(nèi)飛行時(shí)，若遙控、遙測(cè)鏈路受到干擾或信號(hào)遇到阻擋，會(huì)出現(xiàn)通信控制異常。若地面操控人員無(wú)法得知無(wú)線(xiàn)信號(hào)的通信質(zhì)量，這樣有可能會(huì)造成設(shè)備失控，出現(xiàn)危險(xiǎn)。

無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊發(fā)射通道需要對(duì)要發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行功率放大，而功率放大器屬于高能耗單元，當(dāng)無(wú)人機(jī)近距離工作時(shí)大功率工作無(wú)疑是對(duì)能源的浪費(fèi)，尤其對(duì)于超小型無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，低功耗時(shí)其長(zhǎng)航時(shí)的最大前提。

在當(dāng)今信息時(shí)代，無(wú)線(xiàn)電頻段劃分已經(jīng)飽和，無(wú)線(xiàn)設(shè)備受到干擾已是無(wú)法避免。傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊多為單頻道工作，在受到無(wú)線(xiàn)電干擾時(shí)無(wú)法進(jìn)行規(guī)避，容易出現(xiàn)設(shè)備失控情況。

為了延長(zhǎng)無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，搭載更多的任務(wù)載荷。對(duì)于無(wú)人機(jī)的自重就要有很高的要求。所以小型化、小體積、輕重量對(duì)于無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大動(dòng)態(tài)范圍接收、鏈路信號(hào)質(zhì)量直觀(guān)監(jiān)控、低功耗、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備體積小重量輕。

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊，包括接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、頻綜單元、控制單元和射頻開(kāi)關(guān)；

所述的控制單元的接收控制出入端口與接收機(jī)的控制信號(hào)出入端口相連；控制單元的發(fā)射控制出入端口與發(fā)射機(jī)的控制信號(hào)出入端口相連；控制單元的頻道切換控制出入端口與頻綜單元的控制信號(hào)出入端口相連；控制單元的收發(fā)切換控制輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸入端口相連；

頻綜單元的接收本振輸出端口與接收機(jī)的本振輸入端口相連；發(fā)射本振輸出端口與和發(fā)射機(jī)的本振信號(hào)輸入端口相連；

接收機(jī)的射頻信號(hào)輸入端口與射頻開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)輸出端口相連；接收機(jī)的中頻信號(hào)輸出端口與外部設(shè)備相連；

發(fā)射機(jī)的中頻信號(hào)輸入端口與外部設(shè)備相連；發(fā)射機(jī)的射頻信號(hào)輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)輸入端口相連；

射頻開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)出入端口與外部設(shè)備相連。

其中，接收機(jī)包括：預(yù)選射頻濾波器、低噪聲放大器、后選射頻濾波器、模擬衰減器、第一混頻器、第一中頻濾波器、第一可調(diào)增益放大器、第二可調(diào)增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器；

所述的預(yù)選射頻濾波器的輸入端口與射頻開(kāi)關(guān)射頻信號(hào)的輸出端口相連；預(yù)選射頻濾波器的輸出端口與低噪聲放大器的輸入端口相連；低噪聲放大器的輸出端口與后選射頻濾波器的輸入端口相連；后選射頻濾波器的輸出端口與模擬衰減器的輸入端口相連；模擬衰減器的輸出端口與第一混頻器的射頻輸入端口相連；第一混頻器的本振輸入端口與頻綜單元的接收本振輸出端口相連；第一混頻器的中頻輸出端口與第一中頻濾波器的輸入端口相連；第一中頻濾波器輸出端口與第一可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第一可調(diào)增益放大器的輸出端口與第二可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第二可調(diào)增益放大器的輸出端口與外部設(shè)備相連；A/D轉(zhuǎn)換器的AGC電壓控制出入端口分別與模擬衰減器、第一可調(diào)增益放大器和第二可調(diào)增益放大器的AGC電壓控制出入端口相連；A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)出入端口與控制單元的接收控制通信出入端口相連。

其中，發(fā)射機(jī)包括：第二中頻濾波器、第二混頻器、射頻濾波器、第三可調(diào)增益放大器和功率放大器；

第二中頻濾波器的輸入端口與外部設(shè)備相連；第二中頻濾波器的輸出端口與第二混頻器的中頻輸入端口相連；第二混頻器的本振輸入端口與頻綜單元的發(fā)射本振輸出端口相連；第二混頻器的射頻輸出端口與射頻濾波器的輸入端口相連；射頻濾波器的輸出端口與第三可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第三可調(diào)增益放大器的輸出端口與功率放大器的輸入端口相連；第三可調(diào)增益放大器的控制信號(hào)輸入端口與控制單元的發(fā)射控制通信輸出端口相連；功率放大器的輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的發(fā)射射頻信號(hào)輸入端口相連。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)為：

(1)采用TDD時(shí)分雙工模式，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；

(2)接收機(jī)采用80dB大動(dòng)態(tài)范圍設(shè)計(jì)，可保證無(wú)人機(jī)在近距離和遠(yuǎn)距離情況下都能可靠的工作；接收機(jī)AGC電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行量化輸出，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)接收信號(hào)的強(qiáng)度；

(3)發(fā)射機(jī)功率采用大、中、小三檔可調(diào)設(shè)計(jì)，使無(wú)人機(jī)在近距離飛行時(shí)采用小功率工作，以降低功耗；

(4)工作頻道可調(diào)，共設(shè)計(jì)96個(gè)收發(fā)工作頻道，在通信受到干擾時(shí)可以進(jìn)行頻道切換，避免通信中斷；

(5)結(jié)構(gòu)小型化，采用單PCB設(shè)計(jì)，運(yùn)用小封裝器件，單PCB設(shè)計(jì)，使其體積達(dá)到63mm*63mm*12mm，重量小于45克，可適用于對(duì)載荷要求更高的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊原理框圖。

圖2本實(shí)用新型接收機(jī)原理框圖。

圖3本實(shí)用新型發(fā)射機(jī)原理框圖。

圖4本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊外形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-4對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述：

見(jiàn)圖1為本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊原理框圖，包括接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、頻綜單元、控制單元和射頻開(kāi)關(guān)；

所述的控制單元的接收控制出入端口與接收機(jī)的控制信號(hào)出入端口相連；控制單元的發(fā)射控制輸出端口與發(fā)射機(jī)的控制信號(hào)輸入端口相連；控制單元的頻道切換控制出入端口與頻綜單元的控制信號(hào)出入端口相連；控制單元的收發(fā)切換控制輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)輸入端口相連；

頻綜單元的接收本振輸出端口與接收機(jī)的本振輸入端口相連；發(fā)射本振輸出端口與和發(fā)射機(jī)的本振信號(hào)輸入端口相連；

接收機(jī)的射頻信號(hào)輸入端口與射頻開(kāi)關(guān)的接收射頻信號(hào)輸出端口相連；接收機(jī)的中頻信號(hào)輸出端口與外部設(shè)備相連；

發(fā)射機(jī)的中頻信號(hào)輸入端口與外部設(shè)備相連；發(fā)射機(jī)的射頻信號(hào)輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的發(fā)射射頻信號(hào)輸入端口相連；

射頻開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)出入端口與外部設(shè)備相連。

其中，控制單元采用C51型單片機(jī)C8051F330實(shí)現(xiàn)通信、控制功能。

如圖2本實(shí)用新型接收機(jī)原理框圖，接收機(jī)AGC電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行量化輸出，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)接收信號(hào)的強(qiáng)度，包括：預(yù)選射頻濾波器、低噪聲放大器、后選射頻濾波器、模擬衰減器、第一混頻器、第一中頻濾波器、第一可調(diào)增益放大器、第二可調(diào)增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器；

所述的預(yù)選射頻濾波器的輸入端口與射頻開(kāi)關(guān)射頻信號(hào)的輸出端口相連；預(yù)選射頻濾波器的輸出端口與低噪聲放大器的輸入端口相連；低噪聲放大器的輸出端口與后選射頻濾波器的輸入端口相連；后選射頻濾波器的輸出端口與模擬衰減器的輸入端口相連；模擬衰減器的輸出端口與第一混頻器的射頻輸入端口相連；第一混頻器的本振輸入端口與頻綜單元的接收本振輸出端口相連；第一混頻器的中頻輸出端口與第一中頻濾波器的輸入端口相連；第一中頻濾波器輸出端口與第一可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第一可調(diào)增益放大器的輸出端口與第二可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第二可調(diào)增益放大器的輸出端口與外部設(shè)備相連；A/D轉(zhuǎn)換器的AGC電壓控制出入端口分別與模擬衰減器、第一可調(diào)增益放大器和第二可調(diào)增益放大器的AGC電壓控制出入端口相連；A/D轉(zhuǎn)換器的控制信號(hào)出入端口與控制單元的接收控制通信出入端口相連。

工作原理為：接收來(lái)自射頻開(kāi)關(guān)接收射頻信號(hào)輸出端口的接收射頻信號(hào)，由預(yù)選射頻濾波器進(jìn)行接收頻率選擇；再由低噪聲放大器進(jìn)行接收信號(hào)電平放大，然后由后選射頻濾波器進(jìn)行鏡像頻率抑制；通過(guò)模擬衰減器進(jìn)行功率調(diào)整后進(jìn)入第一混頻器混頻；第一混頻器輸出的中頻信號(hào)由第一中頻濾波器進(jìn)行濾波處理；再經(jīng)過(guò)第一可調(diào)增益放大器和第二可調(diào)增益放大器進(jìn)行功率放大和AGC控制后將中頻信號(hào)輸出至外部設(shè)備，由第一可調(diào)增益放大器、第二可調(diào)增益放大器和模擬衰減器共同實(shí)現(xiàn)80dB的AGC大動(dòng)態(tài)范圍；A/D轉(zhuǎn)換器將AGC電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸出給控制單元進(jìn)行數(shù)字量化處理。

如圖3本實(shí)用新型發(fā)射機(jī)原理框圖，發(fā)射機(jī)功率采用大、中、小三檔可調(diào)設(shè)計(jì)，使無(wú)人機(jī)在近距離飛行時(shí)采用小功率工作，以降低功耗。由具有30dB增益調(diào)整范圍的第三可調(diào)增益放大器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)按一定的SPI控制協(xié)議進(jìn)行控制；包括：第二中頻濾波器、第二混頻器、射頻濾波器、第三可調(diào)增益放大器和功率放大器。

第二中頻濾波器的輸入端口與外部設(shè)備相連；第二中頻濾波器的輸出端口與第二混頻器的中頻輸入端口相連；第二混頻器的本振輸入端口與頻綜單元的發(fā)射本振輸出端口相連；第二混頻器的射頻輸出端口與射頻濾波器的輸入端口相連；射頻濾波器的輸出端口與第三可調(diào)增益放大器的輸入端口相連；第三可調(diào)增益放大器的輸出端口與功率放大器的輸入端口相連；第三可調(diào)增益放大器的控制信號(hào)輸入端口與控制單元的發(fā)射控制通信輸出端口相連；功率放大器的輸出端口與射頻開(kāi)關(guān)的發(fā)射射頻信號(hào)輸入端口相連。

工作原理為：接收來(lái)自外部設(shè)備的發(fā)射中頻信號(hào)，由第二中頻濾波器進(jìn)行濾波處理；再由第二混頻器進(jìn)行混頻；將混頻輸出的射頻信號(hào)由射頻濾波器進(jìn)行濾波；進(jìn)入第三可調(diào)增益放大器按控制單元設(shè)置的功率等級(jí)進(jìn)行功率放大，實(shí)現(xiàn)功率三檔可調(diào)；然后由功率放大器進(jìn)行功率放大，將滿(mǎn)足功率要求的射頻信號(hào)輸出至射頻開(kāi)關(guān)。

如圖4本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)通信收發(fā)模塊外形圖，結(jié)構(gòu)小型化，運(yùn)用小封裝器件，單PCB設(shè)計(jì)，使其體積達(dá)到63mm*63mm*12mm，重量小于45克，可適用于對(duì)載荷要求更高的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的原理為：

接收機(jī)接收來(lái)自射頻開(kāi)關(guān)接收射頻信號(hào)輸出端口的接收射頻信號(hào)由預(yù)選射頻濾波器進(jìn)行接收頻率選擇；再由低噪聲放大器進(jìn)行接收信號(hào)電平放大，再由后選射頻濾波器進(jìn)行鏡像頻率抑制；通過(guò)模擬衰減器進(jìn)行功率調(diào)整后進(jìn)入第一混頻器混頻；第一混頻器輸出的中頻信號(hào)由第一中頻濾波器進(jìn)行濾波處理；再經(jīng)過(guò)第一可調(diào)增益放大器和第二可調(diào)增益放大器進(jìn)行功率放大和AGC控制后將中頻信號(hào)輸出至外部設(shè)備，由第一可調(diào)增益放大器、第二可調(diào)增益放大器和模擬衰減器共同實(shí)現(xiàn)80dB的AGC大動(dòng)態(tài)范圍；A/D轉(zhuǎn)換器將AGC電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸出給控制單元進(jìn)行數(shù)字量化處理。

發(fā)射機(jī)接收來(lái)自外部設(shè)備的發(fā)射中頻信號(hào)由第二中頻濾波器進(jìn)行濾波處理；再由第二混頻器進(jìn)行混頻；將混頻輸出的射頻信號(hào)由射頻濾波器進(jìn)行濾波；進(jìn)入第三可調(diào)增益放大器按控制單元設(shè)置的功率等級(jí)進(jìn)行功率放大，實(shí)現(xiàn)功率三檔可調(diào)；然后由功率放大器進(jìn)行功率放大；將滿(mǎn)足功率要求的射頻信號(hào)輸出至射頻開(kāi)關(guān)。

頻綜單元為接收機(jī)和發(fā)射機(jī)提供本振信號(hào)，并通過(guò)控制單元實(shí)現(xiàn)頻道切換功能。

控制單元控制接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的收發(fā)狀態(tài)、發(fā)射機(jī)功率等級(jí)、接收機(jī)AGC量化處理等；

射頻開(kāi)關(guān)用于選通接收機(jī)或發(fā)射機(jī)與外部設(shè)備的連接狀態(tài)。