CN103259559B - W波段收发组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯和雷达技术领域，特别涉及一种W波段收发组件。W波段收发组件，包括本振功率分配板、发射链路、接收链路、本振链路。其中包括单通道接收模块、三通道接收模块、上变频模块、功率合成模块、倍频模块。各功能模块都通过波导接口垂直连接在本振功率分配板上。本发明的各个功能模块通过波导接口垂直连接在波导型本振功率分配板上，减小了封装、互连所带来的寄生效应；功能模块中的各元器件采用三维立体结构布置，射频链路中的元器件与电源印制电路板通过绝缘子垂直互连，增强了电源和元器件的隔离，提高了收发组件的电磁兼容性。同时不同腔体层安装不同的电子元器件，处于同层的各元器件采用平面混合集成的方式布置，实现W波段收发组件的小型化和集成化和高可靠性。

Description

W波段收发组件

技术领域

本发明涉及通讯和雷达技术领域，特别涉及一种W波段收发组件。

背景技术

根据频率划分，毫米波一般指的是波长介于1mm～10mm的电磁波，毫米波相较其他波段有波长短，穿透电离层的能力强，具有比红外和可见光更强的穿透烟尘、云雾等恶劣天气的能力，能全天候工作，而且由于相对带宽较宽，可以实现点对点大容量通信和高分辨率成像。其中W波段是毫米波中的重要的窗口频率，该波段的收发技术研究是目前毫米波应用中的热门课题。W波段由于频率更高，波长更短，在同样口径的天线下，波长短能实现窄波束、低副瓣，这样就能提供极高的精度和良好的分辨力。W波段系统可以应用于很多场合如高铁防撞、精确制导、盲降等领域。目前国外很多国家都在开展W波段设备的研制工作，并且已经取得了很大的进展。美国的毫米波设备在W波段已实用化，正在向更高频率发展；而国内由于工艺条件和器件的限制，在这方面工作开展相对较晚，所以在技术水平上已经落后于发达国家。由于目前W波段系统都向可靠性、小型化、轻型化方向发展，因此作为W波段系统中的重要组成部份——W波段收发组件，目前还难以达到小型化、高集成度、高可靠性的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用以满足W波段整机和系统使用需求的小型化、高集成度的W波段收发组件。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

W波段收发组件，包括本振波导型功率分配板、发射链路、接收链路及本振链路，所述接收链路包括W波段单通道接收模块、W波段三通道接收模块；所述发射链路包括W波段上变频模块、八路功率合成模块；所述本振链路包括八路倍频模块，W波段单通道接收模块、W波段三通道接收模块、W波段上变频模块、八路功率合成模块、八路倍频模块都直接通过波导接口垂直连接在本振波导型功率分配板上。

上述W波段收发组件中，所述接收链路用于将W波段接收信号通过低噪声放大后下变频到中频输出。

上述W波段收发组件中，所述接收链路中的W波段单通道接收模块采用混合集成技术，能够实现将W波段的射频信号下变频到S波段中频信号。

上述W波段收发组件中，所述发射链路用于将中频信号上变频为W波段信号后经功率合成模块放大输出。

上述W波段收发组件中，所述发射链路中的W波段上变频模块采用混合集成技术，能够实现将S波段的中频信号上变频到W波段射频信号。

上述W波段收发组件中，所述W波段单通道接收模块包括上层腔体和下层腔体，所述上层腔体内安装有电源印制电路板和绝缘子，下层腔体的顶部安装有射频链路，所述电源印制电路板通过绝缘子与射频链路垂直连接，所述上层腔体和下层腔体内还分别设置有波导结构，所述波导结构用于波导结构与微带结构的过渡。

上述W波段收发组件中，所述W波段单通道接收模块还包括盖板，所述盖板、上层腔体和下层腔体呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起。所述盖板用于保护电源印制电路板并起到电磁兼容的效果。

上述W波段单通道接收模块中，所述射频链路包括低噪声放大器、镜像抑制滤波器、混频器、驱动放大器、中频放大器、中频衰减器，各元器件采用平面混合集成的方式布置。

上述W波段单通道接收模块中，所述射频链路包括一个低噪声放大器、一个镜像抑制滤波器、一个混频器、一个驱动放大器、两个中频放大器、一个中频衰减器。

上述W波段单通道接收模块中，所述电源印制电路板包括输入输出的焊盘、LDO稳压电路以及由调制器和MOS管组成的脉冲调制电路。电源印制电路板用于完成模块的供电及控制工作。

上述W波段单通道接收模块中，所述电源印制电路板的插座上还连接有中频微型连接器，所述中频微型连接器包括一个中频微型插座与一根中频微型电缆组件，其连接方式为盲插连接。

上述W波段单通道接收模块中，所述W波段单通道接收模块包括射频输入接口，中频输出接口及外部电源、控制信号输入接口。所述外部电源、控制信号输入接口通过飞线与电源印制电路板连接，所述中频微型连接器作为中频输出接口。

上述W波段收发组件中，所述W波段三通道接收模块由三路完全相同的W波段单通道接收模块组成，通过一块完整的电源印制电路板实现供电与控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的各个功能模块通过波导接口垂直连接在本振波导型功率分配板上，减小了封装、互连所带来的寄生效应；功能模块中的各元器件采用三维立体结构布置，射频链路中的元器件与电源印制电路板通过绝缘子垂直互连进行供电，增强了电源和元器件的隔离，提高了收发组件的电磁兼容性，保证了W波段收发组件的稳定性和可靠性。

功能模块的三维立体结构中，不同腔体层安装不同的电子元器件，再通过绝缘子进行垂直互连。处于同层的各元器件采用平面混合集成的方式布置，使模块中信号走线、焊盘、管脚等的间距和尺寸极大的减小，功能模块的尺寸也得以相应减小。由于各个功能模块的尺寸很小，使得W波段收发组件可以高密度的集成各种功能电路模块，实现W波段收发组件的小型化和集成化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明中W波段单通道接收模块的整体结构示意图。

图4为本发明中W波段单通道接收模块的拆分结构示意图。

图5为本发明中W波段单通道接收模块的电路原理图。

图6为图4中电源印制电路板的电路原理框图。

图7为本发明中W波段三通道接收模块的整体结构示意图。

图8为本发明中W波段上变频模块的整体结构示意图。

图9为本发明中W波段上变频模块的拆分结构示意图。

图10为本发明中W波段上变频模块的电路原理图。

图11为本发明中八路功率合成模块的整体结构示意图。

图12为本发明中八路功率合成模块的拆分结构示意图。

图13为本发明中八路倍频模块的整体结构示意图。

图14为本发明中八路倍频模块的拆分结构示意图。

图中标记：1-本振波导型功率分配板，2-发射链路，3-接收链路，4-本振链路，11-W波段单通道接收模块，12-W波段三通道接收模块，13-W波段上变频模块，14-八路功率合成模块，15-八路倍频模块。

W波段单通道接收模块：101-盖板，102-上层腔体，103-下层腔体，104-电源印制电路板，105-绝缘子，106-中频微型连接器。1001-低噪声放大器，1002-镜像抑制滤波器，1003-混频器，1004-驱动放大器，1005第一中频放大器，1006-中频衰减器，1007-第二中频放大器。1041-第一LDO稳压芯片，1042-第二LDO稳压芯片，1043-MOS开关，1044-MOS驱动芯片。

W波段上变频模块：301-盖板,302-上层腔体,303-下层腔体,304-电源印制电路板,305-绝缘子,306-中频微型连接器。3001-第一W波段放大器,3002-第二W波段放大器,3003-中频衰减器,3004-W波段混频器,3005-第三W波段放大器,3006-第四W波段放大器器。

八路功率合成模块：401-上功放模块，402-下功放模块，4011-上腔体，4012-下腔体，4013-中间层腔体，4014-功放印制电路板，4015-绝缘子。

八路倍频模块：501-盖板，502-上层腔体，503-下层腔体，504-电源印制电路板，505-绝缘子。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1、附图2所示，本实施例的W波段收发组件，包括本振功率分配板1、发射链路2、接收链路3及本振链路4，所述接收链路1包括W波段单通道接收模块11、W波段三通道接收模块12，所述发射链路2包括W波段上变频模块13、八路功率合成模块14，所述本振链路4包括八路倍频模块15。W波段单通道接收模块11、W波段三通道接收模块12、W波段上变频模块13、八路功率合成模块14、八路倍频模块15都直接通过波导接口连接在本振波导型功率分配板1上。各个功能模块通过波导接口垂直连接在本振波导型功率分配板1上，减小了封装、互连所带来的寄生效应，保证了W波段收发组件的稳定性和可靠性。

所述W波段收发组件的工作原理为，在W波段收发组件中，所述接收链路3用于将W波段接收信号通过低噪声放大后下变频到中频输出。接收链路3中的W波段单通道接收模块11与W波段三通道接收模块12，能够实现将接收到的W波段射频信号下变频到S波段中频信号。发射链路2中的W波段上变频模块13能够实现将S波段的中频信号上变频到W波段射频信号，再经八路功率合成模块14放大输出。本振链路4中的八路倍频模块15将X波段的本振信号八倍频到W波段以提供接收与发射链路的本振驱动信号。

1、接收链路中的W波段单通道接收模块具体结构为：

如附图3、附图4所示，W波段单通道接收模块11包括盖板101、上层腔体102、下层腔体103，所述上层腔体102内安装有电源印制电路板104和绝缘子105，下层腔体103的顶部安装有射频链路，所述电源印制电路板104通过绝缘子105与射频链路垂直连接。所述上层腔体102和下层腔体103内还分别设置有波导结构(上腔体和下腔体中分别设置第一波导结构和第二波导结构)。所述电源印制电路板104的插座上还连接有中频微型连接器106。

如附图5所示，所述射频链路包括一个低噪声放大器1001，一个镜像抑制滤波器1002，一个混频器1003，一个驱动放大器1004，两个中频放大器(第一中频放大器1005，第二中频放大器1007)，一个中频衰减器1006，各元器件采用平面混合集成的方式布置。

W波段单通道接收模块中盖板101、上层腔体102和下层腔体103呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起。所述电源印制电路板104包括输入输出的焊盘、LDO稳压电路以及由调制器和MOS管组成的脉冲调制电路。W波段单通道接收模块11还包括射频输入接口，中频输出接口及外部电源、控制信号输入接口。所述外部电源、控制信号输入接口通过飞线106与电源印制电路板104连接。所述中频微型连接器106作为中频输出接口，中频微型连接器106包括一个中频微型插座与一根中频微型电缆组件，其连接方式为盲插连接。

W波段单通道接收模块将接收到的W波段射频信号下变频到S波段中频信号，其工作原理为：如附图5所示，射频输入信号从射频输入接口进入第一波导结构进行波导—微带变换后到达第一低噪声放大器1001，经第一低噪声放大器1001后经过镜像抑制滤波器1002滤波，到达混频器1003下变频到中频，后经过第一中频放大器1005放大，再经过中频衰减器1006衰减，最后经第二中频放大器1007放大后由中频输出接口输出。本振链路4中的本振输入信号输入第二波导结构进行波导—微带变换后到达驱动放大器1004，经驱动放大后为混频器1003提供本振驱动功率。

W波段单通道接收模块的供电及控制工作原理为：如图6所示，电源印制电路板104包含多个输入输出的焊盘、两个LDO稳压芯片(第一LDO稳压芯片1041、第二LDO稳压芯片1042)、一个由调制器和MOS管组成的脉冲调制电路。电源印制电路板104的负电压通过外部飞线到印制电路板的输入焊盘，经由第一LDO稳压芯片1041稳压后到输出焊盘，再经飞线连接到绝缘子105，给射频链路供电；正电压由外部飞线到印制电路板104的输入焊盘，经由第二LDO稳压芯片1042稳压后到MOS开关1043，通过MOS开关1043控制后到印制电路板输出焊盘，再经飞线连接到绝缘子105，给射频链路提供电压；控制信号由外部飞线到印制电路板104输入焊盘，再经由MOS驱动芯片1044形成控制信号来控制MOS开关1043的通断，以实现脉冲工作模式。

2、接收链路中的W波段三通道接收模块具体结构为：

如附图7所示，W波段三通道接收模块12由三路完全相同的W波段单通道接收模块组成，通过一块完整的电源印制电路板对其实现供电与控制。

3、发射链路中的W波段上变频模块具体结构为：

如附图8、附图9所示，W波段上变频模块13包括盖板301、上层腔体302、下层腔体303，所述上层腔体302内安装有电源印制电路板304和绝缘子305，下层腔体303的顶部安装有射频链路，所述电源印制电路板304通过绝缘子305与射频链路垂直连接，所述上层腔体302和下层腔体303内还分别设置有波导结构。所述电源印制电路板304的插座上还连接有中频微型连接器306。如附图10所示，所述射频链路包括第一W波段放大器3001和第二W波段放大器3002、W波段混频器3004、第三W波段放大器3005和第四W波段放大器器3006、中频衰减器3003，各元器件采用平面混合集成的方式布置。

W波段上变频模块13中盖板301、上层腔体302和下层腔体303呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起。所述电源印制电路板304包括输入输出的焊盘、LDO稳压电路以及由调制器和MOS管组成的脉冲调制电路。所述W波段上变频模块13还包括本振输入接口、中频输入接口、射频输出接口及外部电源、控制信号输入接口。所述中频微型连接器306作为中频输入接口。所述外部电源、控制信号输入接口通过飞线与电源印制电路板304连接。所述中频微型连接器306包括一个中频微型插座与一根中频微型电缆组件，其连接方式为盲插连接。

W波段上变频模块将S波段的中频信号上变频到W波段射频信号的工作原理为：如附图10所示，经八路倍频模块15倍频过后的本振信号从本振输入接口依次输入第一W波段放大器3001和第二W波段放大器3002放大后，然后再与从中频输入接口进入的中频信号一起通过混频器3004进行上变频，上变频后的射频信号经第三W波段放大器3005和第四W波段放大器器3006后由射频输出接口输出。中频衰减器3003用于控制发射功率电平。

4、发射链路中的八路功率合成模块具体结构为：

如附图11、附图12所示，八路功率合成模块14包括两块结构相同且对称设置的上功放模401和下功放模块402，以及位于两功放模块之间的中间层腔体4013，中间层腔体4013内包括波导结构。所述上功放模块401和下功放模块402分别包括腔体(上功放模块401包括上腔体4011、下功放模块402包括下腔体4012)，分别安装在上腔体4011、下腔体4012内的功放印制电路板4014、功分器、合路器，分别安装在上腔体4011、下腔体4012正面的绝缘子4015和四个平行设置的射频芯片。所述功放印制电路板4014通过绝缘子4015与射频芯片垂直连接。

上腔体4011、中间层腔体4013与下腔体4012呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起，中间层腔体4013内的波导结构也分别与上层功放模块401和下层功放模块402垂直相连。八路功率合成模块还包括输入、输出波导接口，两个检测波导接口，其中输入波导接口、输出波导接口分别位于八路功率合成模块的左右两端，两个检测波导接口分别位于八路功率合成模块的两侧。

5、本振链路中的W波段倍频模块具体结构为：

如附图13、附图14所示，W波段倍频模块15包括盖板501、上层腔体502、下层腔体503，所述上层腔体502内安装有电源印制电路板504和绝缘子505，下层腔体503的顶部安装有射频链路，所述电源印制电路板504通过绝缘子505与射频链路垂直连接，所述上层腔体502内设置有波导结构。所述射频链路包括三个二倍频芯片、两个衰减器芯片、一个驱动放大芯片。盖板501、上层腔体502和下层腔体503呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起。所述电源印制电路板504包括输入输出的焊盘、LDO稳压电路。所述W波段倍频模块还包括基频输入接口、射频输出接口及外部电源、控制信号输入接口。

上述W波段单通道接收模块11、W波段三通道接收模块12、W波段上变频模块13、八路功率合成模块14、八路倍频模块15中的各元器件采用三维立体结构布置，射频链路中的元器件与电源印制电路板通过绝缘子垂直互连进行供电，增强了电源和元器件的隔离，提高了收发组件的电磁兼容性，保证了收发组件的稳定性和可靠性。同时三维立体结构布置使不同腔体层安装不同的电子元器件，再通过绝缘子进行垂直互连。处于同层的各元器件采用平面混合集成的方式布置，使模块中信号走线、焊盘、管脚等的间距和尺寸极大的减小。由于各个功能模块的尺寸很小，使得W波段收发组件可以高密度的集成各种功能电路模块，实现W波段收发组件的小型化和集成化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.W波段收发组件，包括本振波导型功率分配板(1)、发射链路(2)、接收链路(3)及本振链路(4)，所述接收链路(1)包括W波段单通道接收模块(11)、W波段三通道接收模块(12)；所述发射链路(2)包括W波段上变频模块(13)、八路功率合成模块(14)；所述本振链路(4)包括八路倍频模块(15)，其特征在于：W波段单通道接收模块(11)、W波段三通道接收模块(12)、W波段上变频模块(13)、八路功率合成模块(14)、八路倍频模块(15)都直接通过波导接口垂直连接在本振波导型功率分配板(1)上。

2.根据权利要求1所述的W波段收发组件，其特征在于：所述W波段单通道接收模块包括上层腔体和下层腔体，所述上层腔体内安装有电源印制电路板和绝缘子，下层腔体的顶部安装有射频链路，所述电源印制电路板通过绝缘子与射频链路垂直连接，所述上层腔体和下层腔体内还分别设置有波导结构。

3.根据权利要求2所述的W波段收发组件，其特征在于：所述W波段单通道接收模块还包括盖板，所述盖板、上层腔体和下层腔体呈上、中、下分布，并通过销钉定位，紧固螺钉将其组装在一起。

4.根据权利要求2所述的W波段收发组件，其特征在于：所述射频链路包括低噪声放大器、镜像抑制滤波器、混频器、驱动放大器、中频放大器、中频衰减器，各元器件采用平面混合集成的方式布置。

5.根据权利要求4所述的W波段收发组件，其特征在于：所述射频链路包括一个低噪声放大器、一个镜像抑制滤波器、一个混频器、一个驱动放大器、两个中频放大器、一个中频衰减器。

6.根据权利要求2所述的W波段收发组件，其特征在于：所述电源印制电路板包括输入输出的焊盘、LDO稳压电路以及由调制器和MOS管组成的脉冲调制电路。

7.根据权利要求2所述的W波段收发组件，其特征在于：所述电源印制电路板的插座上还连接有中频微型连接器，所述中频微型连接器包括一个中频微型插座与一根中频微型电缆组件，其连接方式为盲插连接。

8.根据权利要求2所述的W波段收发组件，其特征在于：所述W波段三通道接收模块由三路完全相同的W波段单通道接收模块组成，通过一块完整的电源印制电路板对其实现供电与控制关系。