CN103956975B - 一种多通道相位匹配的下变频链路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道相位匹配的下变频链路，包括N路下变频通道、上变频校验通道、本振驱动电路以及电源模块，用于完成多路高频接收信号下变频至中频，应用于导弹、火箭等飞行器地面测控系统，属于毫米波电路设计技术领域。本发明采用多个下变频通道共用一个本振架构模式，下变频通道采用完全相同的架构，保证信号通过路径产生的相移稳定；采用全新本振链路配置模式，为各通道混频器提供功率相等、频谱纯净的本振信号；采用高线性的无源混频器，能够更好对组合频率进行抑制。本发明各通道具备一致的相位特性，使各通道在环境条件下相对相位波动小，提高了多通道下变频通道相对相位性能指标，并具备扩展性，使设备应用更加灵活、方便。

Description

一种多通道相位匹配的下变频链路

技术领域

本发明涉及一种下变频链路，尤其涉及一种多通道相位匹配的毫米波下变频链路，应用于导弹、火箭等飞行器地面测控系统，完成多路高频接收信号下变频至中频，属于毫米波电路设计技术领域。

背景技术

随着导弹、火箭等飞行器测控技术的快速发展，测控系统频段也已经由S频段向毫米波快速发展，毫米波具有频带宽、干扰少、波束窄等诸多优点，但同时由于其波长短，相位敏感，尤其是多通道间相位一致性更难控制。对于双通道单脉冲测控体制而言，和路信号与差路信号经下变频链路产生的相位波动变化对测控精度至关重要。通常情况下，设备在完成初始校准后，随温度等环境因素变化，多通道间产生的相对相位波动是系统测量误差的重要来源之一。在高精度的测控系统中，尤其是毫米波频段，设计低相位波动变频通道尤为重要。

现有技术中，一般采用加热恒温技术来补偿温度波动而带来的变频通道相位波动，但针对多通道模块进行恒温设备比较复杂，且加热恒温技术使电路工作在较高的温度下，减少器件工作寿命；同时现有技术多采用谐波混频模式，以降低本振信号的频率，但这种模式下混频输出相位随本振功率敏感，多通道间一致性差，不能满足高精度的测量要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种多通道相位匹配的下变频链路，可应用于毫米波波段，具有多通道间相对相位波动小的特点，解决毫米波测控中通道间相位波动的问题。

本发明的技术解决方案是：一种多通道相位匹配的下变频链路，包括N路下变频通道、上变频校验通道、本振驱动电路以及电源模块；

本振驱动电路将接收的本振信号进行倍频放大后功分为N路，功分后的信号经过滤波得到N路功率相等、频谱纯净的本振信号，分别输出给N路下变频通道；

N路下变频通道的电路组成相同，每一路下变频通道接收一路高频输入信号，在本振驱动电路提供的功率相等、频谱纯净的本振信号的作用下，将接收的高频输入信号下变频至中频信号后输出；

上变频校验通道接收一路中频信号，并将接收的中频信号上变频至校验高频信号，分别耦合至N路下变频通道的输入端，实现对N路下变频通道的射频闭环校准；

电源模块为整个链路提供直流供电；

N大于等于1，N由实际需求决定；

所述每路下变频通道均包括第一滤波器、第一放大器、混频器、第一温补衰减器、第二温补衰减器、第二滤波器、第三滤波器、第二放大器、数控衰减器、第三放大器和匹配网络；

第一滤波器对接收高频输入信号，进行滤波处理；第一滤波器处理后的信号经第一放大器进行低噪声放大，放大后的信号输出给混频器，混频器对该信号和经过第一温补衰减器处理的本振信号进行混频得到中频输出信号，该中频输出信号经过第二温补衰减器处理后依次经过第二滤波器和第三滤波器滤波，滤波后的中频输出信号经过第二放大器放大后输出给数控衰减器，数控衰减器对接收到的中频输出信号的增益进行调整，调整后的中频输出信号经过第三放大器放大后输出给匹配网络，经匹配网络均衡带内幅频特性和相频特性后向外输出。

所述本振驱动电路包括第四放大器、倍频器、第四滤波器、第五放大器、N个第五滤波器、功分器、电源模块；

第四放大器接收本振信号并对其进行放大，倍频器对经第四放大器放大的本振信号进行倍频处理，处理后的信号经第四滤波器滤波后输出给第五放大器放大，第五放大器放大后的信号输出给功分器，功分器将接收到的信号功分成N路信号，功分后的每一路信号经过一个第五滤波器进行窄带滤波后输出给一路下变频通道，功分后的N路信号经过N个第五滤波器进行窄带滤波后分别输出给N路下变频通道；电源模块为第三放大器、第四放大器和倍频器供电。

所述倍频器选用美国Hittite公司的HMC576；第五滤波器为带通滤波器；功分器采用输出各路幅相一致的威尔金森功分器；第三放大器和第四放大器采用输出1dB压缩点达21dBm的放大器。

混频器选用无源基波混频器，实现对组合频率的抑制；第二滤波器为低通滤波器，第三滤波器为带通滤波器。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用了多通道匹配设计方法，多通道间物理尺寸严格一致，在前期设计和加工阶段即进行控制，减少后期调试工作量，实现信号通道绝对相移一致；并采用多个下变频通道共用一个本振架构模式，同时本振链路配置选用了高输出压缩点的放大器和功分四路一致性很好的功分网络，使得本振功率大小满足变频本振接口功率，并确保功分后四路本振信号幅度一致性好；并采用窄带滤波方法，对本振输出频谱进行滤波，防止各次谐波及杂波进入变频通道；采用了无源基波混频器，并对混频器本振输入口与功分器输出口进行匹配，提高杂波抑制。实现了在宽温度范围(-40℃～50℃)，实测多通道间相对相位波动小于8°。现有基于谐波混频的下变频信道，输出相位对本振功率敏感，实测相对相位波动远远大于此结果。

(2)现有的本振驱动电路多采用在混频入口进行放大的方法，以保证本振信号到混频器入口有足够的功率，这样使得各路本振信号产生非线性，使得本振通道相位一致性不好。本发明的本振驱动电路包含本振倍频、滤波、放大、功分部分，集成度更高，并且将放大模块设计在功分之前，减小放大器的数量，同时减少各路本振链路的不一致性，另外，本振各路设计窄带滤波器，提高本振频谱纯度。

(3)现有的毫米波下变频链路多为定制化生产，不具备配置能力。本发明的下变频链路，按照共本振可配置思路进行架构，技术指标优良，可根据不同的需求设计成为单路或多路，产品扩展性强，可以完全取代普通的下变频链路，可适用于不同的测量需求，节约开发周期，降低研发成本。

附图说明

图1是本发明设计的4通道下变频链路的原理图；

图2是下变频通道电路结构图；

图3是本振驱动电路的电路结构图(以下变频链路为4通道为例)。

具体实施方式

下面通过实施实例并结合附图对本发明进行详细的描述。

本发明提出一种多通道相位匹配的下变频链路，应用在毫米波频段，可满足目前高精度测量要求，同时也可以完全取代普通的下变频链路，可适用于不同的测量需求，降低研发成本，节约开发周期。

本发明的多通道相位匹配的下变频链路包括N路下变频通道、上变频校验通道、本振驱动电路以及电源模块，其中N大于等于1，N由实际需求决定。

本振驱动电路将接收的本振信号进行倍频放大后功分为N路，功分后的信号经过滤波得到N路功率相等、频谱纯净的本振信号，分别输出给N路下变频通道；

N路下变频通道采用完全相同的架构，保证信号通过路径产生的相移一致。N路下变频通道分别接收N路高频输入信号，每一路下变频通道接收一路高频输入信号，并将接收的高频输入信号下变频至中频信号后输出；N路下变频通道的电路组成相同，在本振驱动电路提供的功率相等、频谱纯净的本振信号的作用下，使得输入的N路高频输入信号通过N路下变频通道产生的相移稳定，实现N路下变频通道间的相位变化一致性；

上变频校验通道接收一路中频信号，在外界本振信号的作用下将接收的中频信号上变频至校验高频信号，校验高频信号经过功分后分别耦合至N路下变频通道的输入端，实现对N路下变频通道的射频闭环校准；

电源模块为整个链路提供直流供电，一般为+7V；

以N＝4为例，说明本发明的内容。如图1所示为4通道下变频链路的原理图。

本振驱动电路将接收的本振信号进行倍频放大后功分为4路，功分后的信号经过滤波得到4路功率相等、频谱纯净的本振信号，分别输出给4路下变频通道；

4路下变频通道采用完全相同的架构，保证信号通过路径产生的相移一致。4路下变频通道分别接收4路高频输入信号，每一路下变频通道接收一路高频输入信号，并将接收的高频输入信号下变频至中频信号后输出；4路下变频通道的电路组成相同，在本振驱动电路提供的功率相等、频谱纯净的本振信号的作用下，使得输入的4路高频输入信号通过4路下变频通道产生的相移稳定，实现4路下变频通道间的相位变化一致性；

上变频校验通道与下变频通道互逆，上变频校验通道接收中频信号，在外界提供的本振信号作用下，将接收的中频信号经过处理得到校验高频信号，并将该校验高频信号功分4路后分别耦合至4路下变频通道输入端，实现对4路下变频通道的射频闭环校准。

如图2所示，每路下变频通道均包括第一滤波器、第一放大器、混频器、第一温补衰减器、第二温补衰减器、第二滤波器、第三滤波器、第二放大器、数控衰减器、第三放大器和匹配网络。其中第二滤波器为低通滤波器，第三滤波器为带通滤波器。第一滤波器对高频输入信号进行预滤波，对镜像频率、上行频率进行抑制；第一滤波器处理后的信号经第一放大器进行低噪声放大，以保证接收通道的噪声性能，放大后的信号输出给混频器，混频器对该信号和经过第一温补衰减器处理的本振输出信号进行下变频得到中频输出信号；其中混频器选用无源混频器，具有较高的IP3，提高信道的线性度，对组合频率进行足够的抑制，防止组合频率对输出信号的相位产生扰动，本振信号经第一温补衰减器处理的作用是确保本振信号随温度变化功率稳定；混频后的中频输出信号经过第二温补衰减器处理后依次经过低通滤波器和中频滤波器滤波，以保证中频输出信号的频谱纯度；滤波后的中频输出信号经过第二放大器放大后输出给数控衰减器进行处理，数控衰减器对变频通道增益进行调整，适应输入信号的动态范围；每路下变频通道的末级为匹配网络，匹配网络对带内幅频特性、相频特性进行均衡；经数控衰减器处理后的中频输出信号经过第三放大器放大后输出给匹配网络，经匹配网络处理后向外输出。其中混频器选用无源基波混频器，实现对组合频率的抑制。

如图3所示为对应于4通道下变频链路的本振驱动电路的电路结构图，本振驱动电路包括第四放大器、倍频器、第四滤波器、第五放大器、4个第五滤波器、功分器、电源模块。其中4个第五滤波器均为带通滤波器。倍频器对经第四放大器放大的本振信号进行倍频处理，处理后的信号经第二滤波器滤波后输出给第五放大器放大，放大后的信号输出给功分器，功分器将接收到的信号功分成4路信号，4路信号经带通滤波器滤波后分别输出给4路下变频通道(功分后的每一路信号经过一个带通滤波器进行窄带滤波后输出给一路下变频通道，功分后的4路信号经过4个带通滤波器进行窄带滤波后分别输出给4路下变频通道)；电源模块为第四放大器、第五放大器和倍频器供电。倍频器选用Hittite公司的HMC576，具有极低的相位噪声特性，输出频带较宽。两级滤波器滤除倍频后产生的各次谐波与杂波，输出信号具有较高的频谱纯度。功分器采用输出各路幅相一致的威尔金森(Wilkinson)功分器，各路插损不一致性小于0.1dB，相位不一致性小于1°；第五放大器采用输出1dB压缩点达21dBm的放大器，并且第五放大器工作在饱和阶段，输出功率稳定，加之在各路下变频通道的混频器本振入口设计第一温补衰减器，确保为各下变频通道混频器提供功率相等、频谱纯净的本振信号。本振驱动电路将放大设计到功分之前，可简化功分器输出四路的设计，功分输出四路一致性更易实现。

本发明采用多个下变频通道共用一个本振架构模式，下变频通道采用完全相同的架构，保证信号通过路径产生的相移一致；采用全新本振链路配置模式，为各通道混频器提供功率相等、频谱纯净的本振信号；采用高IP3的无源混频器，相比谐波混频器而言，能够更好对组合频率进行抑制。采用此种设计模式，各通道具备一致的相位特性，使各通道在环境条件下相对相位波动小，提高了多通道下变频通道相对相位性能指标，并具备扩展性，使设备应用更加灵活、方便。

多通道采用统一的架构模式，按照系统功能划分，分组集成化设计，组内射频电缆连接采用半刚性电缆进行连接，功能配置灵活，可根据不同的需求设计成为两路或多路，产品扩展性强，可以完全取代普通的下变频链路，可适用于不同的测量需求，节约开发周期，降低研发成本。

本发明中未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种多通道相位匹配的下变频链路，其特征在于：包括N路下变频通道、上变频校验通道、本振驱动电路以及电源模块；

本振驱动电路将接收的本振信号进行倍频放大后功分为N路，功分后的信号经过滤波得到N路功率相等、频谱纯净的本振信号，分别输出给N路下变频通道；

N路下变频通道的电路组成相同，每一路下变频通道接收一路高频输入信号，在本振驱动电路提供的功率相等、频谱纯净的本振信号的作用下，将接收的高频输入信号下变频至中频信号后输出；

上变频校验通道接收一路中频信号，并将接收的中频信号上变频至校验高频信号，分别耦合至N路下变频通道的输入端，实现对N路下变频通道的射频闭环校准；

电源模块为整个链路提供直流供电；

N大于等于1，N由实际需求决定；

N路下变频通道采用完全相同的架构，保证信号通过路径产生的相移一致，所述每路下变频通道均包括第一滤波器、第一放大器、混频器、第一温补衰减器、第二温补衰减器、第二滤波器、第三滤波器、第二放大器、数控衰减器、第三放大器和匹配网络；

第一滤波器接收高频输入信号，并对接收的高频输入信号进行滤波处理；第一滤波器处理后的信号经第一放大器进行低噪声放大，放大后的信号输出给混频器，混频器对该信号和经过第一温补衰减器处理的本振信号进行混频得到中频输出信号，该中频输出信号经过第二温补衰减器处理后依次经过第二滤波器和第三滤波器滤波，滤波后的中频输出信号经过第二放大器放大后输出给数控衰减器，数控衰减器对接收到的中频输出信号的增益进行调整，调整后的中频输出信号经过第三放大器放大后输出给匹配网络，经匹配网络均衡带内幅频特性和相频特性后向外输出。

2.根据权利要求1所述的一种多通道相位匹配的下变频链路，其特征在于：所述本振驱动电路包括第四放大器、倍频器、第四滤波器、第五放大器、N个第五滤波器、功分器、电源模块；

第四放大器接收本振信号并对其进行放大，倍频器对经第四放大器放大的本振信号进行倍频处理，处理后的信号经第四滤波器滤波后输出给第五放大器放大，第五放大器放大后的信号输出给功分器，功分器根据需要将接收到的信号功分成N路信号，功分后的每一路信号经过一个第五滤波器进行窄带滤波后输出给一路下变频通道，功分后的N路信号经过N个第五滤波器进行窄带滤波后分别输出给N路下变频通道；电源模块为第四放大器、第五放大器和倍频器供电。

3.根据权利要求2所述的一种多通道相位匹配的下变频链路，其特征在于：所述倍频器选用美国Hittite公司的HMC576；第五滤波器为带通滤波器；功分器采用输出各路幅相一致的威尔金森功分器；第四放大器和第五放大器均采用输出1dB压缩点达21dBm的放大器。

4.根据权利要求1所述的一种多通道相位匹配的下变频链路，其特征在于：所述混频器选用无源基波混频器，实现对组合频率的抑制；第二滤波器为低通滤波器，第三滤波器为带通滤波器。