CN104104407B - 一种多功能微波收发前端 - Google Patents

Abstract

一种多功能微波收发前端，包括双通道收发开关模块、功放模块、接收模块、检波模块、分频模块和电源模块，如附图1所示；电源模块为功放模块、接收模块、检波模块、分频模块提供电源，并为双通道收发开关模块提供驱动控制信号；双通道收发开关模块实现两个通道收发功能的切换控制；功放模块实现对宽带微波信号的功率放大；接收模块实现对宽带微波信号的限幅、低噪声放大、滤波和功率分配；检波模块实现对宽带微波信号的高动态检波；分频模块实现对宽带微波信号的分频和放大。本发明可实现对宽带微波信号的多功能处理，包括双通道收发切换、功率放大、低噪声接收放大、检波和分频等。

Description

一种多功能微波收发前端

技术领域

本发明涉及一种多功能微波收发前端，适用宽带雷达系统收发前端。

背景技术

当前的雷达系统正向小体积、高集成度、宽频带、大功率、反应时间短的趋势发展，这就要求微波收发前端应有较小的体积、较高的输出功率、较低的功耗和较短的反应时间。对于具有极化选择功能的大功率双通道微波收发前端而言，双通道收发开关模块的设计是影响系统体积、输出功率和反应时间的关键部件。普通的PIN开关矩阵或波导开关矩阵实现的双通道收发开关组件均无法同时满足功率容量大和响应时间短的要求；收发前端的链路设计和功能组成也影响着系统体积和性能，功能过于分散导致系统体积大、低，无法满足整机小型化需求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多功能微波收发前端，实现了多功能、小型化、高集成度，有效降低了大功率信号的输出插损，提高了整机输出功率和响应速度。

本发明的技术解决方案是：

一种多功能微波收发前端，包括：双通道收发开关模块、功放模块、接收模块、检波模块、分频模块、电源模块；接收模块包括限幅器、低噪声放大器、滤波器、功分器和增益放大器；

电源模块为功放模块、接收模块、检波模块和分频模块供电；外部输入的上行宽带微波信号通过功放模块进行功率放大，放大之后的信号通过双通道收发开关模块的上行通道输入接口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的第一端口将信号输出；

外部输入的下行宽带微波信号通过双通道收发开关模块的第二端口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的下行通道输出接口将信号输出给接收模块中的限幅器进行限幅处理，限幅处理之后的信号依次经过低噪声放大器和滤波器进行低噪声放大和带通滤波，之后通过一分三功分器，其中一路送入增益放大器进行增益放大并输出；另外两路信号分别送入检波模块和分频模块，检波模块对输入到其中的信号进行检波并输出，分频模块将输入到其中的信号进行分频处理，之后输出。

还包括控制模块，控制模块发送控制信号给所述双通道收发开关模块，控制双通道收发开关模块的第一端口和第二端口互换，使得通过功放模块进行功率放大之后的信号通过双通道收发开关模块的第一端口或者第二端口

输出；同时，通过控制第一端口和第二端口互换实现外部输入的下行宽带微波信号通过第二端口或第一端口输入。

上行输出信号通过所述第一端口输出时，下行宽带微波信号通过第二端口输入；上行输出信号通过所述第二端口输出时，下行宽带微波信号通过第一端口输入。

所述双通道收发开关模块包括第一PIN开关、第二PIN开关、第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器，第一PIN开关包括一个输入端口、两个输出端口和一个控制端口，第二PIN开关包括两个输入端口、一个输出端口和一个控制端口，第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器均包括三个端口；

第一PIN开关的输入端口作为所述双通道收发开关模块的上行通道输入端口，第一PIN开关的一个输出端口连接到第一微波铁氧体环形器的第一端口，第一PIN开关的另一个输出端口连接到第二微波铁氧体环形器的第一端口，第一微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的一个输入端口，第二微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的另一个输入端口，第二PIN开关的输出端口作为所述双通道收发开关模块的下行通道输出端口，第一微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第一端口，第二微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第二端口；第一PIN开关的控制端口和第二PIN开关的控制端口接收来自控制模块的控制信号。

所述第一微波铁氧体环形器的第一端口、第二端口和第三端口呈顺时针排列；第二微波铁氧体环形器的第一端口、第二端口和第三端口呈逆时针排列。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过合理的射频链路设计和模块设计，实现了宽带双通道微波收发前端，该前端具有多功能、低功耗、控制简单的优点。

(2)本发明通过采用由PIN开关和微波铁氧体器件的特殊组合组成的双通道微波收发开关模块，有效的降低了大功率信号的插入损耗，简化了电路结构。经实物测试，相比完全由PIN开关组成的双通道微波收发开关模块，在同等反应速度下，本双通道微波收发开关模块功率容量更高；相比完全由波导开关组成的双通道微波收发开关模块，本双通道微波收发开关模块的响应速度更快。并且本双通道收发开关组件的电路拓扑可移植到具有相同极化识别功能要求的其它频段、其它输出功率的宽带微波收发系统中。

附图说明

图1为本发明收发前端的组成框图；

图2为常规的双通道微波收发开关示意图；

图3为本发明双通道微波收发开关组成示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种多功能微波收发前端，包括：双通道收发开关模块、功放模块、接收模块、检波模块、分频模块、电源模块；接收模块包括限幅器、低噪声放大器、滤波器、功分器和增益放大器；

电源模块为功放模块、接收模块、检波模块和分频模块供电；外部输入的上行宽带微波信号通过功放模块进行功率放大，放大之后的信号通过双通道收发开关模块的上行通道输入接口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的第一端口将信号输出；

外部输入的下行宽带微波信号通过双通道收发开关模块的第二端口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的下行通道输出接口将信号输出给接收模块中的限幅器进行限幅处理，限幅处理之后的信号依次经过低噪声放大器和滤波器进行低噪声放大和带通滤波，之后通过一分三功分器，其中一路送入增益放大器进行增益放大并输出；另外两路信号分别送入检波模块和分频模块，检波模块对输入到其中的信号进行检波并输出，分频模块将输入到其中的信号进行分频处理，之后输出。

本发明收发前端还包括控制模块，控制模块发送控制信号给所述双通道收发开关模块，控制双通道收发开关模块的第一端口和第二端口互换，使得通过功放模块进行功率放大之后的信号通过双通道收发开关模块的第一端口或者第二端口输出；同时，通过控制第一端口和第二端口互换实现外部输入的下行宽带微波信号通过第二端口或第一端口输入。

上行输出信号通过所述第一端口输出时，下行宽带微波信号通过第二端口输入；上行输出信号通过所述第二端口输出时，下行宽带微波信号通过第一端口输入。

如图2所示，为现有技术中的收发开关模块实现形式。模块由4个单刀双掷开关组成，4个开关可以由PIN开关或波导开关实现。

第一开关包括两个输入端口和一个输出端口和一个控制端口，第三开关包括两个输出端口、一个输入端口和一个控制端口，第二开关和第四开关分别包括第一端口、第二端口、第三端口和一个控制端口。第一开关、第二开关、第三开关、第四开关按图示顺时针排列；

四个开关的工作状态共需要4组控制信号决定。

当4个开关分别由PIN开关实现时，收发开关模块具有体积小、功率容量低的特点；当4个开关分别由波导开关实现时，收发开关模块具有体积大、功率容量高的特点。

如图3所示，本发明双通道收发开关模块包括第一PIN开关、第二PIN开关、第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器，第一PIN开关包括一个输入端口、两个输出端口和一个控制端口，第二PIN开关包括两个输入端口、一个输出端口和一个控制端口，第一PIN开关和第二PIN开关为相同规格的单刀双掷开关。

第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器均包括三个端口；第一微波铁氧体环形器的信号流向为第一端口、第二端口和第三端口，且依次呈顺时针排列；第二微波铁氧体环形器的的信号流向为第一端口、第二端口和第三端口，且依次呈逆时针排列。

第一PIN开关的输入端口作为所述双通道收发开关模块的上行通道输入端口，第一PIN开关的一个输出端口连接到第一微波铁氧体环形器的第一端口，第一PIN开关的另一个输出端口连接到第二微波铁氧体环形器的第一端口，第一微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的一个输入端口，第二微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的另一个输入端口，第二PIN开关的输出端口作为所述双通道收发开关模块的下行通道输出端口，第一微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第一端口，第二微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第二端口；第一PIN开关的控制端口和第二PIN开关的控制端口接收来自控制模块的控制信号。

本发明一种多功能微波收发前端工作原理如下：

通过对所述双通道收发开关模块的状态控制，决定所述一种多功能微波收发前端的两种工作状态：第一种工作状态，下行信号通过所述多功能微波收发前端的第一端口输入，上行信号通过所述多功能微波收发前端的第二端口输出；第二种工作状态，下行信号通过所述多功能微波收发前端的第二端口输入，上行信号通过所述多功能微波收发前端的第一端口输出。

第一种工作状态：下行宽带微波信号通过所述多功能微波收发前端的第一端口输入，进入所述双通道收发开关模块的第一铁氧体环形器的第三端口，根据铁氧体环形器的特性，信号将通过第一铁氧体环形器的第一端口，并送至第一PIN开关的一个输入端口，此时需通过第一PIN开关的控制端口预置其开关状态；信号送至第一PIN开关的输出端口，并分别进入所述接收模块、测频模块和检波模块，并输出；上行宽带微波信号通过功放模块进行功率放大，放大之后的信号通过双通道收发开关模块的上行通道输入接口送入双通道收发开关模块中，再通过对双通道收发开关模块中第二PIN开关的控制，进入第一铁氧体环形器的第二端口输入，根据铁氧体环形器的特性，信号将从第一铁氧体环形器的第三端口输出，最终通过所述一种多功能微波收发前端的第二端口输出。

第二种工作状态：输入下行信号通过所述多功能微波收发前端的第二端口输入，进入所述双通道收发开关模块的第二铁氧体环形器的第三端口，根据铁氧体环形器的特性，信号将通过第二铁氧体环形器的第一端口，并送至第一PIN开关的另一个输入端口，此时需通过第一PIN开关的控制端口预置其开关状态；信号送至第一PIN开关的输出端口，并分别进入所述接收模块、测频模块和检波模块，并输出。上行宽带微波信号通过功放模块进行功率放大，放大之后的信号通过双通道收发开关模块的上行通道输入接口送入双通道收发开关模块中，再通过对双通道收发开关模块中第二PIN开关的控制，进入第二铁氧体环形器的第二端口输入，根据铁氧体环形器的特性，信号将从第一铁氧体环形器的第三端口输出，最终通过所述一种多功能微波收发前端的第一端口输出。

本发明一种多功能微波收发前端，相比现有技术，兼顾了较大的功率容量、较小的体积、较简单的控制信号数量和多功能的优点，有益于实现小型化、大功率、低成本和高可靠的微波收发前端。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种多功能微波收发前端，其特征在于包括：双通道收发开关模块、功放模块、接收模块、检波模块、分频模块、电源模块；接收模块包括限幅器、低噪声放大器、滤波器、功分器和增益放大器；

电源模块为功放模块、接收模块、检波模块和分频模块供电；外部输入的上行宽带微波信号通过功放模块进行功率放大，放大之后的信号通过双通道收发开关模块的上行通道输入接口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的第一端口将信号输出；

外部输入的下行宽带微波信号通过双通道收发开关模块的第二端口送入双通道收发开关模块中，再通过双通道收发开关模块的下行通道输出接口将信号输出给接收模块中的限幅器进行限幅处理，限幅处理之后的信号依次经过低噪声放大器和滤波器进行低噪声放大和带通滤波，之后通过一分三功分器，其中一路送入增益放大器进行增益放大并输出；另外两路信号分别送入检波模块和分频模块，检波模块对输入到其中的信号进行检波并输出，分频模块将输入到其中的信号进行分频处理，之后输出；

所述双通道收发开关模块包括第一PIN开关、第二PIN开关、第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器，第一PIN开关包括一个输入端口、两个输出端口和一个控制端口，第二PIN开关包括两个输入端口、一个输出端口和一个控制端口，第一微波铁氧体环形器和第二微波铁氧体环形器均包括三个端口；

第一PIN开关的输入端口作为所述双通道收发开关模块的上行通道输入端口，第一PIN开关的一个输出端口连接到第一微波铁氧体环形器的第一端口，第一PIN开关的另一个输出端口连接到第二微波铁氧体环形器的第一端口，第一微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的一个输入端口，第二微波铁氧体环形器的第二端口连接到第二PIN开关的另一个输入端口，第二PIN开关的输出端口作为所述双通道收发开关模块的下行通道输出端口，第一微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第一端口，第二微波铁氧体环形器的第三端口作为所述双通道收发开关模块的第二端口；第一PIN开关的控制端口和第二PIN开关的控制端口接收来自控制模块的控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种多功能微波收发前端，其特征在于：还包括控制模块，控制模块发送控制信号给所述双通道收发开关模块，控制双通道收发开关模块的第一端口和第二端口互换，使得通过功放模块进行功率放大之后的信号通过双通道收发开关模块的第一端口或者第二端口输出；同时，通过控制第一端口和第二端口互换实现外部输入的下行宽带微波信号通过第二端口或第一端口输入。

3.根据权利要求2所述的一种多功能微波收发前端，其特征在于：上行输出信号通过所述第一端口输出时，下行宽带微波信号通过第二端口输入；上行输出信号通过所述第二端口输出时，下行宽带微波信号通过第一端口输入。

4.根据权利要求1所述的一种多功能微波收发前端，其特征在于：所述第一微波铁氧体环形器的第一端口、第二端口和第三端口呈顺时针排列；第二微波铁氧体环形器的第一端口、第二端口和第三端口呈逆时针排列。

5.根据权利要求1所述的一种多功能微波收发前端，其特征在于：所述第一PIN开关和第二PIN开关为单刀双掷开关。