CN103715990A - 一种多通道宽带的下变频系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道宽带的下变频系统，该系统集成4通道宽带微带滤波器组、混频电路和中频信号调节电路，完成4GHz～12GHz分段滤波和下变频功能。该下变频系统采用高、低本振结合的变频方式，中频频率为1.9214GHz，将4～12GHz射频输入分为四通道分别进行输入信号的预选滤波，消除镜像干扰。再通过基于二次封装的微波芯片SP4T开关进行选通，送入混频电路获取中频信号，经过调节统一输出。采用分段开关切换的方式，将射频信号进行分段滤波，降低了镜像信号的干扰，并采用高低本振结合的方式，即采用5.9214-10.0786GHz的本振信号，节省了本振资源，能实现PXI单槽体积下4-12GHz镜像抑制下变频功能。

Description

一种多通道宽带的下变频系统

技术领域

本发明属于小型化微波宽带下变频技术领域，尤其涉及一种多通道宽带的下变频系统。

背景技术

随着微波测试系统的发展，对微波测试系统采用小型化、宽频带的要求进一步提高。目前的下变频组件一般采用的是内部各功能模块独立设计，再进行二次集成设计的思路，这种设计体积较大或者只实现信号分析的功能并不能完成使用频带内频谱测量的功能。为保证实现宽频带频谱测量的功能和进一步实现小型化，射频电路和结构的设计成为了小型化宽带微波测试组件发展的瓶颈。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多通道宽带的下变频系统，采用高低本振结合的方式对射频信号进行分段滤波，降低了镜像信号的干扰，节省了本振资源，能实现PXI单槽体积下4-12GHz镜像抑制下变频功能。

本发明的多通道宽带的下变频系统包括：

开关滤波单元、混频单元以及放大衰减单元；

其连接关系为：开关滤波单元、混频单元、放大衰减单元依次连接；

进一步的，所述开关滤波单元包括：第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关，四个各不相同的镜像抑制滤波器，该四个各不相同的镜像抑制滤波器分别为4-6GHZ镜像抑制滤波器、8-10GHZ镜像抑制滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、10-12GHZ镜像抑制滤波器；4-6GHZ镜像抑制滤波器和8-10GHZ镜像抑制滤波器共用6-8GHZ本振信号，6-8GHZ镜像抑制滤波器和10-12GHZ镜像抑制滤波器共用8-10GHZ本振信号；

4-12GHZ射频信号经所述第一单刀四掷开关进入四个各不相同的镜像抑制滤波器，每个镜像抑制滤波器采用分配给自身的本振信号对输入的射频信号进行滤波和镜像信号的抑制后经第二单刀四掷开关输出给混频单元；混频单元对所接收的射频信号进行下变频后输出2GHZ中频信号；放大衰减单元对所述2GHZ中频信号进行功率调整后输出；

进一步的，在所述4-6GHZ镜像抑制滤波器中增加一段6GHZ扇形低通微带滤波器，所述4-6GHZ镜像抑制滤波器与所述6GHZ扇形低通微带滤波器串联。

进一步的，在所述6-8GHZ镜像抑制滤波器中增加两段8GHZ扇形低通微带滤波器；且8GHZ扇形低通微带滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、8GHZ扇形低通微带滤波器依次串联。

进一步的，所述8-10GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该8-10GHZ镜像抑制滤波器中的耦合单元均向上扭转相同角度，该角度的范围为15-35度；

所述10-12GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该10-12GHZ镜像抑制滤波器的耦合单元横向线性放置，且所述耦合单元间的连接部上下交错。

本发明的有益效果在于：

本发明还通过对四段混频方案中高低本振的结合使用的方法来降低对本振信号资源的要求，从而降低系统成本。

本发明采用微带电路整版PCB的设计和多种微带滤波器设计技术，保证了信号采集过程和模块使用的可靠性，能实现在PXI单槽有限架构内4-12GHz的镜像抑制下变频功能，达到了测试设备的模块化、小型化和宽带化。

附图说明

图1是本发明的多通道宽带的下变频系统示意图；

图2为本发明的多通道宽带的下变频系统中混频方案的高低本振以及镜像产生示意图；

图3为本发明的多通道宽带的下变频系统的8-10GHZ镜像抑制滤波器示意图；

图4为本发明的多通道宽带的下变频系统的10-12GHZ镜像抑制滤波器示意图。

具体实施方式

本发明要解决的技术问题是突破现有下变频模块体积大或不能完成频谱分析的瓶颈，提供一种在现有器件以及加工的基础上，实现下变频组件小型化和宽带的系统。采用该系统可以实现PXI单槽体积下4-12GHz镜像抑制下变频功能，并降低了本振资源的使用。

本发明将4-12GHz的射频输出信号经过第一单刀四掷开关后，分别通过4-6GHz、6-8GHz、8-10GHz、10-12GHz四组滤波器，再经过第二单刀四掷开关进行合路，已完成对输出待分析信号分段滤波和镜像抑制的处理，随后进入混频单元产生2GHz中频信号，再经过由放大器和数控小步进衰减器组成的放大衰减单元后统一输出。

上述方法中，为了降低微带滤波器组的体积需求并同时满足其分段滤波以及镜像抑制的功能，对四组宽带微带滤波器分别采用了不同的设计方法，并对微带电路PCB的设计采用整版设计，以保证在PXI单槽架构下完成4-12GHz镜像抑制下变频功能。

本发明采用开关微带滤波器的核心结构，完成对输出待分析信号的处理，以实现频谱分析的功能。本发明还通过对四段混频方案中高低本振的结合使用的方法来降低对本振信号资源的要求，从而降低系统成本。

图1是本发明的多通道宽带的下变频系统示意图；如图1所示，输入的待分析信号（4-12GHz射频信号）经过第一单刀四掷开关，经过四组宽带微带滤波器，四组宽带微带滤波器的频段分别为4-6GHz、6-8GHz、8-10GHz和10-12GHz，再经过第二单刀四掷开关完成合路，在这个开关滤波单元中实现对信号的滤波以及镜像信号的抑制功能，然后信号通过混频单元，产生2GHz的中频信号，在混频单元中，还需对本振信号进行通断控制，以降低整机系统中干扰信号的泄露。中频信号再经过一个放大器和一个5位数控15.5dB衰减范围的步进衰减器组成的放大衰减单元，调整输出功率平坦度后统一输出。

图2为本发明的多通道宽带的下变频系统中混频方案的高低本振以及镜像产生示意图。如图2所示，在4-6GHz，6-8GHz两个频段内，混频单元本振使用高本振，即本振分别采用6-8GHz，8-10GHz，镜像频率则在8-10GHz，10-12GHz范围内；在8-10GHz，10-12GHz两个频段内，混频单元本振使用低本振，即本振依然采用6-8GHz，8-10GHz，镜像频率变化到了4-6GHz，6-8GHz范围内。这样的高低本振混合混频设计大大减少了对本振资源的要求，减少了系统资源的浪费。

在4-6GHz，6-8GHz两组滤波器中，根据混频方案，分别需要抑制在频段8-10GHz，10-12GHz的镜像信号，由于滤波器频率相对较低，主体带通滤波器部分采用了发卡式微带滤波器的设计，为了增强对镜像信号的抑制，分别在4-6GHz滤波器中增加了一段6GHz扇形低通微带滤波器；在6-8GHz滤波器中增加了两段对10-12GHz频率抑制不同的8GH在扇形低通微带滤波器。所述4-6GHZ镜像抑制滤波器与所述6GHZ扇形低通微带滤波器串联，8GHZ扇形低通微带滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、8GHZ扇形低通微带滤波器依次串联。

8-10GHz滤波器中，为了克服频段较高、带宽宽的问题，并同时保证同代性能的压力，使用传统的平行耦合线式带通滤波器并进行了整体的扭转设计，以减少对PCB体积的消耗。如图3所示，8-10GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该8-10GHZ镜像抑制滤波器中的耦合单元均向上扭转相同角度，该角度的范围为15-35度；

10-12GHz滤波器中，由于频段较高，对低端镜像的抑制的压力较小，对体积做了着重的优化，在传统平行耦合线滤波器设计的基础上，实现了一种新型的平行耦合线带通微带滤波器设计。如图4所示，10-12GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该10-12GHZ镜像抑制滤波器的耦合单元横向线性放置，且所述耦合单元间的连接部上下交错。

工作步骤如下：

步骤1，将输入的4-12GHZ射频信号经开关滤波单元进行分段滤波和镜像抑制处理输出优化射频信号；

步骤2，混频单元对所述优化射频信号进行下变频后输出2GHZ中频信号；

步骤3，放大衰减单元对输出的2GHZ中频信号调整功率后，输出功率平坦度为10dB的2GHZ中频信号；

进一步的，所述步骤1包括：

步骤11，第一单刀四掷开关将4-12GHZ射频信号分为四路，该四路4-12GHZ射频信号分别进入4-6GHZ镜像抑制滤波器、8-10GHZ镜像抑制滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、10-12GHZ镜像抑制滤波器；

步骤12，4-6GHZ镜像抑制滤波器对8-10GHZ的镜像信号进行抑制，输出4-6GHZ射频信号；8-10GHZ镜像抑制滤波器对4-6GHZ的镜像信号进行抑制，输出8-10GHZ射频信号；6-8GHZ镜像抑制滤波器对10-12GHZ的镜像信号进行抑制，输出6-8GHZ射频信号；10-12GHZ镜像抑制滤波器对6-8GHZ的镜像信号进行抑制，输出10-12GHZ射频信号；

本步骤中，4-6GHZ镜像抑制滤波器中本振信号LO采用6-8GHZ，中频信号IF为2GHZ，根据|LO-RF|=IF获得镜像信号RF为4-6GHZ或8-10GHZ，此处的射频信号为4-6GHZ，由此确定镜像信号RF为8-10GHZ；

8-10GHZ镜像抑制滤波器中本振信号LO采用6-8GHZ，中频信号IF为2GHZ，根据|LO-RF|=IF获得镜像信号RF为4-6GHZ或8-10GHZ，此处的射频信号为8-10GHZ，由此确定镜像信号RF为4-6GHZ；

6-8GHZ镜像抑制滤波器中本振信号LO采用8-10GHZ，中频信号IF为2GHZ，根据|LO-RF|=ZF获得RF为6-8GHZ或10-12GHZ，此处的射频信号为6-8G HZ，由此确定镜像信号为10-12GHZ；

10-12GHZ镜像抑制滤波器中本振信号LO采用8-10GHZ，中频信号IF为2GHZ，根据|LO-RF|=ZF获得RF为6-8GHZ或10-12GHZ，此处的射频信号为10-12GHZ，由此确定镜像信号为6-8GHZ；

步骤13，输出的4-6GHZ射频信号、8-10GHZ射频信号、6-8GHZ射频信号、10-12GHZ射频信号经第二单刀四掷开关进行合路后，输出优化射频信号。

整体微带电路采用了整版PCB的设计，降低了对整体结构体积的需求。为了保证微带电路性能的实现在整版PCB中加入了调试贴片单元，结构采用了底板-腔体框架-盖板三部分的设计方式，对PCB中与射频走线相交的一些电源线和控制线采用了底面电缆的方式，降低了电源和控制信号对射频信号的影响。实测中频衰减器单元为不衰减，通过后期对衰减器的校正处理可将平坦度调节到理想使用范围，镜像抑制在全频段达到40dBc。

在整版PCB滤波器组部分添加了贴片调试单元，目的是微调滤波器的通带特性和匹配特性，其位置主要平行放置在非耦合路径的微带射频通路上，其尺寸大小的确定的主要因素是为了便于调试过程中贴片和主通路的连接，个数覆盖通路即可，经过仿真，所有贴片调试单元在未连接情况下不影响滤波器通带特性。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种多通道宽带的下变频系统，其特征在于，包括： 

开关滤波单元、混频单元以及放大衰减单元； 

其连接关系为：开关滤波单元、混频单元、放大衰减单元依次连接； 

进一步的，所述开关滤波单元包括：第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关，四个各不相同的镜像抑制滤波器，该四个各不相同的镜像抑制滤波器分别为4-6GHZ镜像抑制滤波器、8-10GHZ镜像抑制滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、10-12GHZ镜像抑制滤波器；4-6GHZ镜像抑制滤波器和8-10GHZ镜像抑制滤波器共用6-8GHZ本振信号，6-8GHZ镜像抑制滤波器和10-12GHZ镜像抑制滤波器共用8-10GHZ本振信号； 

4-12GHZ射频信号经所述第一单刀四掷开关进入四个各不相同的镜像抑制滤波器，每个镜像抑制滤波器采用分配给自身的本振信号对输入的射频信号进行滤波和镜像信号的抑制后经第二单刀四掷开关输出给混频单元；混频单元对所接收的射频信号进行下变频后输出2GHZ中频信号；放大衰减单元对所述2GHZ中频信号进行功率调整后输出。 

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述4-6GHZ镜像抑制滤波器中增加一段6GHZ扇形低通微带滤波器，所述4-6GHZ镜像抑制滤波器与所述6GHZ扇形低通微带滤波器串联。 

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述6-8GHZ镜像抑制滤波器中增加两段8GHZ扇形低通微带滤波器；且8GHZ扇形低通微带滤波器、6-8GHZ镜像抑制滤波器、8GHZ扇形低通微带滤波器依次串联。 

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述8-10GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该8-10GHZ镜像抑制滤波器中的耦合单元均向上扭转相同角度，该角度的范围为15-35度； 

所述10-12GHZ镜像抑制滤波器采用平行耦合线式带通滤波器，将该10-12GHZ镜像抑制滤波器的耦合单元横向线性放置，且所述耦合单元间的连接部上下交错。 

Images