CN104467904B - 一种基于收发双源本振的毫米波收发前端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于收发双源本振的毫米波收发前端，发射本振基频源用于产生发射工作频率信号，接收本振基频源用于产生接收工作频率信号；所述发射本振基频源的输出端与所述发射倍频单元的输入端相连，所述发射倍频单元的输出端与功放或发射天线相连；所述接收本振基频源的输出端与所述接收第一本振倍频单元的输入端相连；所述接收第一本振倍频单元的输出端与所述超外差接收单元的第一本振输入端相连；所述超外差接收单元的输入端连接接收天线，第二本振输入端与所述接收第二本振产生单元的输出端相连；所述接收第二本振产生单元的两个输入端分别接收发射工作频率信号和接收工作频率信号。本发明可获得高信噪比的零中频IQ信号。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波探测应用技术领域，特别是涉及一种基于收发双源本振的毫米波收发前端。
背景技术
在一些毫米波雷达或者毫米波三维成像等毫米波探测应用领域中，都需要检测出回波信号的幅度和相位，以重构探测目标，通常都是通过将毫米波频率变频到可处理的正交IQ中频信号，再通过对IQ信号的数字信号处理获得回波信号的幅度和相位，因此如何获得高信噪比的IQ信号以及尽量简单的后端数字信号处理过程则非常重要。
一种常用的毫米波收发前端是通过对毫米波回波信进行一次正交混频直接变频到零中频IQ信号。该结构由于是采用发射信号作为混频本振，本振信号和回波信号自相关，因此可以直接对零中频的IQ信号通过简单运算获得回波信号的幅度和相位，但该结构缺点在于从毫米波直接变频到零中频会引入大量的低频噪声和直流噪声，无法获得比超外差接收机好的信噪比。
另一种毫米波收发前端则是在接收端作二次变频的超外差结构，该结构的两次混频的本振都与发射信号独立，此时回波信号的幅度和相位都是随时间变化的随机值，需要在数字域对IQ信号进行复杂信号处理，增加了信号处理复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于收发双源本振的毫米波收发前端，可获得高信噪比的零中频IQ信号，并且该零中频IQ信号可以直接通过简单运算获得回波信号的幅度和相位。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于收发双源本振的毫米波收发前端，包括发射本振基频源、接收本振基频源、发射倍频单元、接收第一本振倍频单元、接收第二本振产生单元和超外差接收单元，所述发射本振基频源用于产生发射工作频率信号，所述接收本振基频源用于产生接收工作频率信号；所述发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率不相等；所述发射本振基频源的输出端与所述发射倍频单元的输入端相连，所述发射倍频单元用于将发射工作频率信号的频率扩大N倍；所述发射倍频单元的输出端与功放或发射天线相连；所述接收本振基频源的输出端与所述接收第一本振倍频单元的输入端相连，所述接收第一本振倍频单元用于将接收工作频率信号的频率扩大N倍；所述接收第一本振倍频单元的输出端与所述超外差接收单元的第一本振输入端相连；所述超外差接收单元的输入端连接接收天线用于接收回波信号，第二本振输入端与所述接收第二本振产生单元的输出端相连；所述超外差接收单元用于产生零中频IQ信号；所述接收第二本振产生单元的两个输入端分别接收发射工作频率信号和接收工作频率信号；所述接收第二本振产生单元用于将发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差扩大N倍。
所述发射本振基频源与接收本振基频源的输出信号均由锁相环电路产生，并由外部数字控制单元通过数字接口改变工作频率。
所述发射倍频单元包括第一功分器和第一多级倍频链路；所述第一功分器的输入端与所述发射本振基频源的输出端相连，所述第一功分器的一个输出端与第一多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的一个输入端相连；所述第一多级倍频链路的输出端与功放或发射天线相连；所述接收第一本振倍频单元包括第二功分器和第二多级倍频链路；所述第二功分器的输入端与所述接收本振基频源的输出端相连，所述第二功分器的一个输出端与第二多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的另一个输入端相连；所述第二多级倍频链路的输出端与超外差接收单元的第一本振输入端相连。
所述接收第二本振产生单元包括依次连接的本振基频混频器和第三多级倍频链路；所述本振基频混频器用于对发射工作频率信号和接收工作频率信号进行混频得到发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差的信号。
所述超外差接收单元包括依次连接的低噪声放大器、单端混频器、中频带通滤波器、中频放大器和正交IQ混频器。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在采用超外差接收机结构的基础上在第二级混频本振中引入发射信号基频源，从而使回波信号与本振具有相关性，使得最终混频得到的零中频IQ信号可以与直接混频得到的零中频IQ信号一样，通过简单运算获得回波信号的幅度和相位。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中发射倍频单元的结构示意图；
图3是本发明中接收第二本振产生单元的结构示意图；
图4是本发明中超外差接收单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于收发双源本振的毫米波收发前端，如图1所示，包括发射本振基频源11、接收本振基频源12、发射倍频单元13、接收第一本振倍频单元14、接收第二本振产生单元16和超外差接收单元15，所述发射本振基频源11用于产生发射工作频率信号，所述接收本振基频源12用于产生接收工作频率信号；所述发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率不相等；所述发射本振基频源11的输出端与所述发射倍频单元13的输入端相连，所述发射倍频单元13用于将发射工作频率信号的频率扩大N倍；所述发射倍频单元13的输出端与功放或发射天线相连；所述接收本振基频源12的输出端与所述接收第一本振倍频单元14的输入端相连，所述接收第一本振倍频单元14用于将接收工作频率信号的频率扩大N倍；所述接收第一本振倍频单元14的输出端与所述超外差接收单元15的第一本振输入端相连；所述超外差接收单元15的输入端连接接收天线用于接收回波信号，第二本振输入端与所述接收第二本振产生单元16的输出端相连；所述超外差接收单元15用于产生零中频IQ信号；所述接收第二本振产生单元16的两个输入端分别接收发射工作频率信号和接收工作频率信号；所述接收第二本振产生单元16用于将发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差扩大N倍。
本发明主要通过将发射信号的基频源引入到第二本振中，从而使回波信号与最后一级混频本振具有相关性，从而可以直接对零中频IQ信号进行处理。
所述发射本振基频源与接收本振基频源的输出信号均由锁相环电路产生，并由外部数字控制单元通过数字接口改变工作频率。发射本振基频源的输出信号频率f1与接收本振基频源的输出信号频率f2不一样，两者的频率差值为△f＝|f1-f2|，两者频率相差不超过5％。
如图2所示，所述发射倍频单元13包括第一功分器和第一多级倍频链路；所述第一功分器的输入端与所述发射本振基频源的输出端相连，所述第一功分器的一个输出端与第一多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的一个输入端相连；所述第一多级倍频链路的输出端与功放或发射天线相连。
所述接收第一本振倍频单元包括第二功分器和第二多级倍频链路；所述第二功分器的输入端与所述接收本振基频源的输出端相连，所述第二功分器的一个输出端与第二多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的另一个输入端相连；所述第二多级倍频链路的输出端与超外差接收单元的第一本振输入端相连。
发射倍频单元和接收第一本振倍频单元由相同的N级倍频链路实现，将发射本振基频源和接收本振基频源的输出信号倍频到毫米波频段，同时在信号输入端将基频信号通过功分器功分到接收第二本振产生单元。
如图3所示，所述接收第二本振产生单元16包括依次连接的本振基频混频器161和第三多级倍频链路162；所述本振基频混频器161用于对发射工作频率信号和接收工作频率信号进行混频得到发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差的信号，该信号再由第三多级倍频链路162扩大N倍后传输至所述超外差接收单元的第二本振输入端。
如图4所示，所述超外差接收单元15包括依次连接的低噪声放大器151、单端混频器152、中频带通滤波器153、中频放大器154和正交IQ混频器155。
该毫米波收发前端的发射频率为N×f1，回波信号频率也为N×f1。单端混频器152的本振频率为N×f2，单端混频得到的单端中频频率为N×(f1-f2)，此时中频信号经过相应的中频带通滤波器153和中频放大器154进入到正交IQ混频器155的射频输入端。正交IQ混频器155的本振频率为N×(f1-f2)，因此最终可得到零中频IQ信号。
不难发现，本发明在采用超外差接收机结构的基础上在第二级混频本振中引入发射信号基频源，从而使回波信号与本振具有相关性，使得最终混频得到的零中频IQ信号可以与直接混频得到的零中频IQ信号一样，通过简单运算获得回波信号的幅度和相位。
Claims (6)
1.一种基于收发双源本振的毫米波收发前端，包括发射本振基频源、接收本振基频源、发射倍频单元、接收第一本振倍频单元、接收第二本振产生单元和超外差接收单元，其特征在于，所述发射本振基频源用于产生发射工作频率信号，所述接收本振基频源用于产生接收工作频率信号；所述发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率不相等；所述发射本振基频源的输出端与所述发射倍频单元的输入端相连，所述发射倍频单元用于将发射工作频率信号的频率扩大N倍；所述发射倍频单元的输出端与功放或发射天线相连；所述接收本振基频源的输出端与所述接收第一本振倍频单元的输入端相连，所述接收第一本振倍频单元用于将接收工作频率信号的频率扩大N倍；所述接收第一本振倍频单元的输出端与所述超外差接收单元的第一本振输入端相连；所述超外差接收单元的输入端连接接收天线用于接收回波信号，所述超外差接收单元的第二本振输入端与所述接收第二本振产生单元的输出端相连；所述超外差接收单元用于产生零中频IQ信号；所述接收第二本振产生单元的两个输入端分别接收发射工作频率信号和接收工作频率信号；所述接收第二本振产生单元用于将发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差扩大N倍。
2.根据权利要求1所述的基于收发双源本振的毫米波收发前端，其特征在于，所述发射本振基频源与接收本振基频源的输出信号均由锁相环电路产生，并由外部数字控制单元通过数字接口改变工作频率。
3.根据权利要求1所述的基于收发双源本振的毫米波收发前端，其特征在于，所述发射倍频单元包括第一功分器和第一多级倍频链路；所述第一功分器的输入端与所述发射本振基频源的输出端相连，所述第一功分器的一个输出端与第一多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的一个输入端相连；所述第一多级倍频链路的输出端与功放或发射天线相连；所述接收第一本振倍频单元包括第二功分器和第二多级倍频链路；所述第二功分器的输入端与所述接收本振基频源的输出端相连，所述第二功分器的一个输出端与第二多级倍频链路的输入端相连，另一个输出端与接收第二本振产生单元的另一个输入端相连；所述第二多级倍频链路的输出端与超外差接收单元的第一本振输入端相连。
4.根据权利要求1所述的基于收发双源本振的毫米波收发前端，其特征在于，所述接收第二本振产生单元包括依次连接的本振基频混频器和第三多级倍频链路；所述本振基频混频器用于对发射工作频率信号和接收工作频率信号进行混频得到发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差的信号。
5.根据权利要求1所述的基于收发双源本振的毫米波收发前端，其特征在于，所述超外差接收单元包括依次连接的低噪声放大器、单端混频器、中频带通滤波器、中频放大器和正交IQ混频器。
6.根据权利要求1所述的基于收发双源本振的毫米波收发前端，其特征在于，所述发射工作频率信号和接收工作频率信号的频率差不超过5％。
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