CN100355212C - 一体化Ku波段高平衡度多通道接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体化Ku波段高平衡度多通道接收机。PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器依次连接构成并列的多通道接收信号输入，每个通道的混频器上还连接中频正交移相电路，接收信号先通过PIN管开关电路实现信号选通或关闭，选通的信号通过低噪声放大器后进入混频器，功分器将等分的本振信号送入混频器，与下变频产生中频信号，然后输出至中频正交移相电路，实现中频移相。本发明克服了用单通道接收机来构成多路接收增加的成本、体积和重量以及可靠性的下降等一系列问题，为多通道传输系统提供了优良的接收效果，在中频电路部分加入移相电路，降低了制作的难度，具有低噪声、高增益、高镜像抑制、良好的幅度以及相位平衡度等特性。
Description
一技术领域
本发明涉及一种可广泛应用于雷达、通信、无线接入网、遥测、跟踪接收等领域的微波组件，特别是一种一体化Ku波段高平衡度多通道接收机。
二背景技术
Ku波段多通道接收机是通信和雷达系统接收通道的关键器件，现有的Ku波段接收机一般都是单通道的。如文献“Ku频段低噪声微波接收机”，通信技术与发展，1990(1)，p57-60报道了一种应用于Ku频段卫星电视直播和通信系统的单通道低噪声微波接收机。其低噪声放大器采用的是两级场效应管，噪声系数为3dB、增益为19dB。在混频器研制中，功率混合电路采用的是不等负载3dB混合环，这种结构的两个输出端口并非位于一侧，因而对连结半导体器件带来了一定的困难，增加了研制的难度，为了抑制镜频干扰，制作了一个低通滤波器，镜频干扰抑制度不高。目前的多通道接收机大多采用单通道接收机简单的搭建在一起构成多路接收，体积重量较大，可靠性也受影响。
三发明内容
本发明的目的在于提供一种工作频率16～17GHz，噪声系数小于5dB，增益大于30dB，接收通道之间的隔离度大于40dB，接收通道幅度不一致性小于2dB，通道相位不一致性小于10°的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，它包括PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器，其特征在于PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器依次连接构成并列的多通道fS接收信号输入，每个通道的混频器上还连接中频正交移相电路，每个通道的接收信号fS首先通过PIN管开关电路，实现信号选通或关闭；选通的信号通过低噪声放大器进行低噪声放大后进入混频器；本振信号fp通过功分器将等分的本振信号分别接至每个通道的混频器，与下变频产生中频信号fif，然后输出至中频正交移相电路，实现中频移相，最后信号输出，信号输入到基带处理部分。
本发明采用中频移相方案实现了通道之间的高相位平衡度，在中频电路部分加入移相电路，其电路使用集总元件来实现，与射频部分的移相电路相比减小了体积，也降低了制作的难度，而且在中频部分加入移相电路，可以同时结合镜像抑制混频器的电路结构，将中频正交耦合器与移相电路结合在了一起。本发明采用了镜像抑制混频器和低插损的开关以降低整机的噪声系数。在实现开关、低噪声放大器以及镜像抑制混频器等关键器件的时候尽量采用管芯，以减小整机的体积和重量。整体则采用了多芯片组装(MCM)技术，和用分立元件构成的接收机相比，其体积、重量大大减轻，而可靠性和性能大为提高。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、一体化的多通道接收机很好地克服了用单通道接收机来构成多路接收，所增加的成本、体积和重量以及可靠性的下降等一系列问题，为多通道传输系统提供了优良的接收效果；2、本发明在满足高性能指标的前提下，采用管芯和小型化、重量轻的微波集成电路，以及多芯片组装，实现超小型体积的要求；3、整个多通道接收机具有高功率PIN开关、低噪声、增益、高镜像抑制、良好的幅度以及相位平衡度等特性。
四附图说明
图1是本发明的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机的构成框图。
图2是本发明的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机的中频移相电路原理图。
图3是本发明的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机的中频移相电路图。
图4是本发明一体化Ku波段高平衡度多通道接收机的镜像抑制混频器构成图。
五具体实施方式
下面结合附图对三通道的Ku波段接收机作进一步描述。
结合图1，将Ku波段三通道接收机组成单元PIN管开关、低噪声放大器、镜像抑制混频器和正交移相器按图示进行连接，本振信号通过功分器分为三路，将本振功率平均分配给三个接收通道。电路所用的介质板采用Rogers公司的5880介质板，介电常数为2.2。
接收信号fS首先通过PIN管开关，将信号选通或关闭；选通的信号通过低噪声放大器进行低噪声放大；之后进入镜像抑制混频器；本振信号fp通过功分器将等分的本振信号分别接至每个通道的混频器，与接收的信号fS下变频产生中频信号fif，然后输出至中频正交移相电路，实现中频移相，最后信号输入到基带处理部分。
本发明在中频电路部分加入移相电路，其电路使用集总元件来实现，与射频部分的移相电路相比减小了体积，也降低了制作的难度，而且在中频部分加的移相电路，可以同时结合镜像抑制混频器的电路结构，将中频正交耦合器与移相电路结合在了一起，采用可变相位的正交耦合器。原理图如图2所示，R1和R2构成了电压偏置网络，变容二极管D1、D2负端给以正电压偏置，使其工作在变容二极管特性曲线的线性部分。变容二极管D1、D2正端通过R4加以控制电压，控制电压可正可负，但变动范围必须使变容二极管工作在线性区，不然波形将产生畸变，谐波抑制达不到指标要求。其交流等效图为图3所示。改变控制电压VS，从而改变变容二极管的可变电容C，实现自动移相。影响移相器移相范围的因素有：变容二极管特性曲线的斜率；加在变容管的控制电压的大小；变容二极管偏置工作点的选择。变容二极管的特性曲线的线性度和一致性是影响谐波抑制度的重要因素，变容二极管工作点选择由频率和谐波抑制要求因素决定，具体电路实现上保证选在线性区域大的范围，不使加入控制电压后，超出线性区，不然谐波抑制度将达不到要求。
小型化大功率Ku波段PIN管用来控制Ku波段接收机的每个通道的通断，当前端发射信号时，开关处于断开状态，避免功率很大的发射信号烧毁低噪声高放和下变频器等；当前端接受信号时，开关处于导通状态。因此要求PIN管开关具有插损小和功率容量大等特点。选定MA/COM公司的型号为MA4GP907的PIN管，可以工作到40GHz，开关速度为2nS。采用三管滤波器式微波开关，其结构相对简单，同时又能得到很好的隔离度。实现了PIN管开关插损小和功率容量大等特点。
小型化高增益Ku波段低噪声放大器采用HEMT(高电子迁移率晶体管)制作放大器。选用Filtronic公司的LP7512，本发明采用一个前置放大器和主放大器级联的方法。利用微波电路设计软件在圆图上对电路进行匹配，从而得到合适的匹配电路结构，然后对电路参数进行优化，最终得到满足指标要求的低噪声放大器。
小型化Ku波段镜像抑制混频器。采用镜像抑制混频器，使接收机能够自动识别和抑制镜像噪声。选用HITTITE公司的单片集成的无源双平衡混频器HMC260来构成。图3是镜像抑制混频器的原理图。这种混频器包括了两只单片集成无源平衡混频器、一只交叉指耦合器和一只威尔金斯(Wilkinson)功率分配器。交叉指耦合器，是一种宽频带耦合器件，频带宽度可做到1～1.5倍频程，交叉指耦合器的耦合段有两个短指和两个长指，还有一段互通微带。结构原则是短指长度约为工作频段内最高频率的四分之一波长，而长指为最低工作频率的四分之一波长，各相应耦合指用跳线相连。当信号电压uS由信号输入端口馈入交叉指耦合器后，将分别在混频器I、II的输入端口①及②上产生两个大小相等、相位相差90°的信号电压uS1和uS2，该电压与由本振端口来的、经由同相功率分配器平分的同相本振电压up1和up2分别作用于混频器I及II，而在两混频器中频输出端⑤及⑥上产生大小相近、相互正交的两个中频电压。
利用微波设计软件将前面研制好的Ku波段的开关、低噪声放大器以及镜像抑制混频器级联，对电路的部分参数进行微调，重点是级间匹配电路的优化，最终得到了单通道接收机的完整电路。Ku波段多通道要求将本振功率平均分配给三个接收通道，本发明采用两级微带功分器级联来实现。第一级制成不等分功率分配器，分配比例为1∶2，第二级制成二等分功率分配器。由三个单通道接收机和三路均分功分器构成了一个Ku波段三通道接收机。
Claims (5)
1、一种一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，它包括PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器，其特征在于PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器依次连接构成并列的多通道fs接收信号输入，每个通道的混频器上还连接中频正交移相电路，每个通道的接收信号fs首先通过PIN管开关电路，实现信号选通或关闭；选通的信号通过低噪声放大器进行低噪声放大后进入混频器；本振信号fp通过功分器将等分的本振信号分别接至每个通道的混频器，与下变频产生中频信号fif，然后输出至中频正交移相电路，实现中频移相，最后信号输出。
2、根据权利要求1所述的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，其特征在于：PIN管开关电路、低噪声放大器、混频器依次连接构成并列的三通道fs接收信号输入。
3、根据权利要求1或2所述的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，其特征在于：所述的PIN管开关采用三管滤波器式微波开关。
4、根据权利要求1或2所述的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，其特征在于：所述的混频器采用镜像抑制混频器，由两只单片集成无源平衡混频器、一只交叉指耦合器和一只威尔金斯功率分配器构成。
5、根据权利要求1所述的一体化Ku波段高平衡度多通道接收机，其特征在于：所述的正交移相器采用正交信号输入，由一对变容二极管构成可变相位正交移相器。
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