CN102025422B

CN102025422B - 一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统

Info

Publication number: CN102025422B
Application number: CN2010105731397A
Authority: CN
Inventors: 喻梦霞; 徐军; 李桂萍
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2010-12-04
Filing date: 2010-12-04
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2030-12-04
Also published as: CN102025422A

Abstract

一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统，属于电子技术领域。本发明采用单倍频链将低频本振信号倍频至Ku波段，在Ku波段将本振信号功分成N路，然后选择其中幅相一致性较好的M路分别倍频至Ka波段，滤波后再经混频器变频至满足应用需求的Ka波段。本发明能够产生多路幅相一致性较好的Ka波段毫米波信号，以满足Ka波段毫米波整机系统的应用需求；同时具有实现容易、电路相对简单、成本相对低廉的特点。

Description

一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及微波、毫米波上变频系统，尤其是具有良好幅相一致性多路输出的Ka波段毫米波上变频系统。

背景技术

毫米波广泛应用于雷达和制导系统、电子对抗、毫米波通信、引信、气象研究、卫星遥感等领域。在微波、毫米波整机系统中，性能优越的上变频系统对整机系统性能起着关键性的作用。现有的微波、毫米波整机系统通常需要使用多路(有的多达几十上百路)微波、毫米波信号，并且需要这多路微波、毫米波信号具有良好的幅相一致性。

为了使微波、毫米波上变频系统产生具有良好幅相一致性的多路输出，理论上有以下两种方式：一是首先将低频本振信号功分成多路本振输出信号，然后对每一路本振输出信号进行反复倍频，最后经混频产生所需要的微波、毫米波信号；另一种方式是首先将低频本振信号进行反复倍频，然后经混频产生所需频率的微波、毫米波信号，最后经功分处理得到多路输出。前一种方式实现电路过于复杂、成本较高且由于器件差异会导致最终多路输出的幅相一致性较差；后一种方式实现电路简单、成本较低，但是难点在于后端功分电路的设计(由于在毫米波频段，器件尺寸很小，加工精度难以保证最终多路输出信号的幅相一致性)。

发明内容

本发明提供一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统，该方法能够产生多路幅相一致性较好的Ka波段毫米波信号；同时依据该方法所实现的Ka波段多路毫米波信号产生系统能够输出具有良好幅相一致性的多路毫米波输出信号，以满足Ka波段毫米波整机系统的应用需求。本发明具有实现容易、电路相对简单、成本相对低廉的特点。

本发明技术方案如下：

一种Ka波段多路毫米波信号产生方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：采用倍频链路将频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号上变频至Ku波段，得到Ku波段的本振信号；所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个倍频单元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号。

步骤2：采用功率分配器将Ku波段本振信号等幅功分成N路Ku波段本振信号；所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，同一级的功分器为一分二功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号。

步骤3：从N路Ku波段本振信号中选择幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号，分别送入M个倍频器作倍频处理，每个倍频器的输出信号再经过放大、滤波后得到M路Ka波段本振信号，其中N＞M。

步骤4：采用M个混频器分别将步骤3所选择的M路Ka波段本振信号变频至满足应用需求频率的M路Ka波段毫米波输出信号。

上述技术方案中，为了进一步提高步骤4所得M路Ka波段毫米波输出信号之间的幅相一致性和保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度，可采用M个具有扇形开路结构的微带带通滤波器分别对步骤4所得的M路Ka波段毫米波输出信号进行滤波处理。所述具有扇形开路结构的微带带通滤波器见中国专利申请“一种具有扇形开路结构的微带带通滤波器”(申请号：200910167913.1)。

根据上述技术方案所实现的一种Ka波段多路毫米波信号产生系统，如图1所示，包括倍频链路、N路功率分配器和M路并行的变频器。低频本振信号经倍频链路多次倍频至Ku波段，然后经N路功率分配器等幅功分成N路Ku波段本振信号，其中幅相一致性较好的M(M＜N)路Ku波段本振信号分别经一个变频器上变频至Ka波段，最终M路并行的上变频器各自输出一路、总共M路Ka波段毫米波信号。

如图2所示，所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个倍频单元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号。

所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，所有功分器为一分二的威尔金森功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号。

所述M路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器和一个具有扇形开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路Ku波段本振信号经倍频器倍频至Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满足应用需求频率的Ka波段毫米波输出信号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。

需要补充说明的是：

1、频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号可采用现有各种频率源产生。

2、倍频链中的二倍频单元没有单独采用二倍频器，而是由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成，其中滤波器的作用是滤除倍频过程中产生的杂波信号，而放大器的作用是补偿功率的损失。

3、为了增加系统的抗电磁干扰能力，可根据实际需要将倍频链、功率分配器和变频器安装于一个或多个金属腔体中；若实际采用了多个金属腔体，则不同金属腔体之间的部件之间采用同轴电缆连接。

本发明有益效果如下：

1、本发明为了产生多路Ku波段毫米波信号，采用单倍频链路将低频本振信号上变频至Ka波段，然后再Ka波段功分成多路Ka波段本振信号，能够节省大量本振信号上变频过程中的器件成本，同时能够获得幅相一致性较好的多路本振信号。

2、在本振信号的倍频过程中，每一个二倍频单元均采用了介质带通滤波器对二倍频信号进行滤波处理，对二倍频过程中产生的杂波信号能够进行很好的滤除；为了使得功分后的多路本振信号功率幅度满足要求，倍频链中采用了多级放大的方式予以保证。

3、本振信号的功分选择在Ka波段进行，而没有直接倍频至Ku波段再功分，是充分考虑了功分电路加工精度在Ku波段难以保证功分信号之间的幅相一致性，同时有考虑了尽量节约系统体积和成本，最终选择在Ka波段进行功分，在现有工艺条件下尽量保证多路本振信号的幅相一致性。

4、本发明将本振信号在Ka波段功分后，在功分路数大于实际需要的信号路数的基础上，可选择其中幅相一致性较好的本振信号，使得本发明在现有工艺条件下具有更大的灵活性。

附图说明：

图1是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统的原理框图。

图2是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中倍频链路结构示意图。

图3是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中N路功率分配器结构示意图。

图4是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中M路变频器的结构示意图。

具体实施方式

本发明在低频本振信号的具体频率、倍频链路的二倍频级数(设为n)、N路功率分配器的功分级数(设为k)、从N路Ka波段本振信号中选择的路数M、变频器中中频信号的选择以及整个系统中的滤波器、放大器均可以根据实际情况进行灵活设计，使得本发明具有各种灵活的实现方式。以下只是本发明的一个具体实施方式，而并非是对本发明进行的限定。

一种Ka波段多路毫米波信号产生系统，包括倍频链路、64路功率分配器和40路并行的变频器；60MHz的低频本振信号经倍频链路8次倍频至Ku波段，得到15.36GHz的Ku波段本振信号，然后经64路功率分配器等幅功分成64路Ku波段本振信号，其中幅相一致性较好的40路Ku波段本振信号分别经一个变频器上变频至Ka波段，最终40路并行的上变频器各自输出一路、总共40路Ka波段毫米波信号。

所述倍频链路由8个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个介质带通滤波器和一个放大器串联而成。

所述64路功率分配器由6级功分器级联而成，所有功分器为一分二威尔金森功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述64路功率分配器后等幅功分成64路Ku波段本振信号。

所述40路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器和一个具有扇形开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路15.36GHz的Ku波段本振信号经倍频器倍频至30.72GHz的Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满足应用需求频率的Ka波段毫米波输出信号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。

上述Ka波段多路毫米波信号产生系统，经实测，其关键技术指标如下：

(1)倍频链输入信号：60MHz；输入信号功率范围：-10dBm～+5dBm；

(2)中频输入频率：4.5GHz±500MHz；

(3)毫米波上变频器的相频特性

小于15°，幅频特性ΔA小于1.0dB(Δf＝1GHz)；

(4)任意两个毫米波上变频器之间的幅度差＜1.0dB，相位差＜15°(Δf＝1GHz)；

(5)1dB压缩点功率输出≥10dBm，总线性功率增益≥9dB；

(6)输出信号动态范围≥100dB；

(7)本振与输出信号隔离度≥35dB；

(8)任意两路毫米波上变频输出信号间的隔离≥60dB。

Claims

1.一种Ka波段多路毫米波信号产生方法，包括以下步骤：

步骤1：采用倍频链路将频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号上变频至Ku波段，得到Ku波段的本振信号；所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个二倍频单元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号；

步骤2：采用功率分配器将Ku波段本振信号等幅功分成N路Ku波段本振信号；所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，同一级的功分器为一分二功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号；

步骤3：从N路Ku波段本振信号中选择幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号，分别送入M个倍频器作倍频处理，每个倍频器的输出信号再经过放大、滤波后得到M路Ka波段本振信号，其中N>M；

步骤4：采用M个混频器分别将步骤3所得的M路Ka波段本振信号变频至满足应用需求频率的M路Ka波段毫米波输出信号。

2.根据权利要求1所述的Ka波段多路毫米波信号产生方法，其特征在于，采用M个具有扇形开路结构的微带带通滤波器分别对步骤4所得的M路Ka波段毫米波输出信号进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。

3.一种Ka波段多路毫米波信号产生系统，包括倍频链路、N路功率分配器和M路并行的变频器；低频本振信号经倍频链路多次倍频至Ku波段，然后经N路功率分配器等幅功分成N路Ku波段本振信号，其中幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号分别经一个变频器上变频至Ka波段，最终M路并行的上变频器各自输出一路、总共M路Ka波段毫米波信号，其中M<N；

所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个二倍频单元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号。

4.根据权利要求3所述的Ka波段多路毫米波信号产生系统，其特征在于，所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，所有功分器为一分二威尔金森功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号。

5.根据权利要求3所述的Ka波段多路毫米波信号产生系统，其特征在于，所述M路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器和一个具有扇形开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路Ku波段本振信号经倍频器倍频至Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满足应用需求频率的Ka波段毫米波输出信号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。