CN105743534A - 一种多通道收发组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变频信道技术领域，具体的说是一种通过三维集成的方式实现微小型化设计的多通道收发组件，包括两个6通道窄带接收模块、宽带发射模块、宽带接收模块、窄带接收中频模块、电源控制模块、本振模块和时钟信号模块；整体呈三层结构，其中上层包括实现Ku频段到275MHz的两个6通道窄带接收模块和窄带接收中频模块；中间层包括电源控制模块；下层包括实现两次变频的宽带发射模块和宽带接收模块、时钟信号模块。各层之间电源及低频信号通过连接器互连，射频信号通过绝缘子互连。本申请产品内部空间三层互连，模块及PCB板较多，因此复杂度较高，集成度高。
Description
技术领域
本发明涉及变频信道技术领域，具体的说是一种通过三维集成的方式实现微小型化设计的多通道收发组件。
背景技术
变频信道是无线电通信、雷达系统的关键部分。为满足弹载、机载等使用环境的要求，在满足系统性能指标要求的情况下还必须满足其特殊的安装和使用环境。变频信道通常包括一路接收、一路发射以及一路本振源。接收通道通过低噪声放大器将信号放大后直接变频到中频，在通过滤波器提取需要的信号；发射通道个中频信号直接变频到射频信号，然后通过滤波放大后输出；传统方式下的变频信道采用混合集成的方式完成电路实施。
面对目前各通信及雷达平台对变频信道的体积、外形要求逐步严苛后，传统方式的弊端组件显露，其缺陷主要有以下两点：
1、采用混合集成方式实现的变频信道，器件按照直线进行排列，且无源滤波器采用分离的器件进行，导致整个体积庞大，无法与平台的气动性能联合考虑；
2、采用传统的一收一发的模式，集成度低，电路组装复杂，导致工艺要求高，且批量生产一致性差。
如专利申请号为CN200720174672.X，申请日：2007-08-21，公开号为：CN201087947，公开日：2008-07-16，名称为“多通道数字上变频系统头”的实用新型专利，技术方案为：本实用新型公开了多通道数字上变频系统，包括通道数据输出端口、第一级内插滤波器组、多通道NCO产生模块、第一级复数调制和信号累加处理模块、第二级内插滤波器组、第二级复数调制处理模块、第三级正交调制处理模块、增益调节模块、本振抑制模块，所述通道数据输出端口顺序通过第一级内插滤波器组、第一级复数调制和信号累加处理模块、第二级内插滤波器组、第二级复数调制处理模块、第三级正交调制处理模块、增益调节模块与本振抑制模块信号输入端口连接，所述多通道NCO产生模块输出端口与第一级复数调制和累加处理模块信号输入端口连接。
上述专利虽然也能实现多通道的信号变频，但是其不是采用数字处理方式，并且整体外形较大、功耗较高，集成度较低。
发明内容
为了克服现有技术中的上述问题，现在特别提出一种多通道收发组件。
为实现上述技术目的，本发明技术方案如下：
一种多通道收发组件，其特征在于：包括两个6通道窄带接收模块、宽带发射模块、宽带接收模块、窄带接收中频模块、电源控制模块、本振模块和时钟信号模块；整体呈三层结构，其中上层包括实现Ku频段到275MHz的两个6通道窄带接收模块和窄带接收中频模块；中间层包括电源控制模块；下层包括实现两次变频的宽带发射模块和宽带接收模块、时钟信号模块。各层之间电源及低频信号通过连接器互连，射频信号通过绝缘子互连。
所述三层结构互连通过LTCC小模块实现，将放在同一水平面的多个芯片或器件分解到空间上垂直的多个水平面上，把印有电路图形的平面电路，通过层间垂直互联向Z向拓展为三维电路的生瓷片叠层。
还包括有参考源模块和收发本振模块，所述参考源模块是1个独立晶振，所述收发本振模块是2个独立PCB板。
所述6通道窄带接收模块包括LTCC、芯片和腔体，所述本振模块包括1个PCB板，所述窄带接收中频模块包括PCB板；所述宽带发射模块、宽带接收模块均包括LTCC和腔体，所述时钟信号模块包括PCB板；所述6通道窄带接收模块具体包括低噪放、混频器、驱动放大器和滤波器；所述宽带发射模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述窄带接收中频模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述电源控制模块包括DCDC、LDO和稳压器；所述本振模块包括单片机、鉴相器、VCO和运放；所述时钟信号模块包括放大器、信号发生器和功分器
所述滤波器为无源滤波器，包括信号输入端口、输出端口、电感和电容，其中一个电感和一个电容并联形成第一组，一个电感和一个电容并联形成第二组，两组并联后的电感和电容再相互串联，在两组之间还设置有电感，该电感接地，第一组和信号输入端口之间设置有电感，该电感接地，第二组和输出端口之间设置有电感，该电感接地。
所述宽带接收模块、宽带发射模块和6通道窄带接收模块均为二次变频结构。
所述宽带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将输入的宽带接收信号变频至一固定的中频载波频率4.2GHz，再直接解调至基带，基带频率是0中频，带宽300MHz；宽带接收模块的信号输入端口通过微带线实现耦合，以增加弱耦合的方式实现通道校准功能。
所述6通道窄带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将信号下变频至固定的一中频载波频率4.2GHz，再采用固定的二本振频率3.925GHz将信号下变频至275MHz滤波后输出。
所述宽带发射通道采用固定的1825MHz本振将输入的275MHz信号上变频到2.1GHz频率后再次倍频产生4.2GHz中频；采用跳变的二本振频率11550MHz～12050MHz与4.2GHz中频混频，输出激励信号。
所述时钟信号模块选用100MHz晶振，晶振功分后作为本振模块参考和时钟信号源参考。
所述宽带接收模块和6通道窄带接收模块均采用LTCC技术进行组件整合。
本发明的工作原理为：信号输入给6通道接收模块，经过放大、滤波和变频后输出给窄带中频模块，并且经过放大、混频、放大、滤波后再输出；本振模块为6通道接收模块提供一本振信号进行变频，同时为窄带中频模块提供二本振信号进行变频。
输入一个中频信号给宽带发射模块，由宽带发射模块对其进行放大、混频、倍频、混频、滤波、放大再输出。
宽带接收模块接收一个射频信号，对其进行放大、滤波、混频在放大、混频、滤波、放大输出。
所述参考源包括一本振、二本振、时钟信号的产生器
收发本振即为二本振和一本振。
时钟信号分配模块对晶振输入的信号进行分配，从而产生各种时钟信号。
所述宽带发射模块与宽带接收模块相互独立。具体而言是在硬件空间上增加隔条以实现独立。
本发明的有益效果：
1、本申请采用数字处理方式，在数字处理方式上更符合信号处理等相关技术处理；采用模拟接收方式进行信号接收放大处理，由于模块及通道较多，所以功耗相对较小；整体外形也小；本申请产品内部空间三层互连，模块及PCB板较多，因此复杂度较高，集成度高。
2、宽带接收模块、窄带接收模块均采用LTCC工艺实现模块的纵向尺寸压缩，降低组装难度的同时提高可靠性。
3、将本振信号源以及时钟信号集成在组件内部降低系统的空间尺寸，实现整体结构小型化。
4、本发明由窄带本振模块、宽带收发时钟控制板、12通道窄带接收板、供电板组成。整个组件结构紧凑，在289mm*120mm*35mm空间内分三层结构来实现，其中上层主要包括窄带接收12个通道的Ku频段到275MHz的变频模块；中间层包括电源模块，下层为宽带收发时钟控制板，包括宽带收发2个通道的两次变频、各个参考时钟及控制。
4、该变频信道将多路收发通道统一考虑，采用三维集成与模块化设计结合的方式实现小型化设计，较传统方式设计的多通道变频信道体积缩小25%~40%。
5、本发明采用的LC滤波器属于无源滤波器，不需要提供电源，方便调试，结构简单，投资少，运行可靠性高；成本低，而且能够针对杂散信号进行调节抑制，抑制度很高，可达40分贝；带内平坦度更好同时插损低，在1G的插损可达0.5分贝。
附图说明
图1为本发明整体示意图。
图2为本发明滤波器结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种多通道收发组件包括两个6通道窄带接收模块、宽带发射模块、宽带接收模块、窄带接收中频模块、电源控制模块、本振模块和时钟信号模块；整体呈三层结构，其中上层包括实现Ku频段到275MHz的两个6通道窄带接收模块和窄带接收中频模块；中间层包括电源控制模块；下层包括实现两次变频的宽带发射模块和宽带接收模块、时钟信号模块。各层之间电源及低频信号通过连接器互连，射频信号通过绝缘子互连。
所述三层结构互连通过LTCC小模块实现，将放在同一水平面的多个芯片或器件分解到空间上垂直的多个水平面上，把印有电路图形的平面电路，通过层间垂直互联向Z向拓展为三维电路的生瓷片叠层。
LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔，精密导体浆料印刷等工艺制成的所需要的电路图形，并将多个被动组件如滤波器，电阻等埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在其表面上可以贴装IC和有源器件，制成无源有源的功能模块。能够做到尺寸压缩是因为LTCC能做到很多层，每层厚度很薄，能够做到0.01-0.1mm不等的厚度，而普通PCB板一层介质厚度通常为0.254，0.127等，相对LTCC很厚，所以LTCC总体厚度能够压缩很多。
信号输入给6通道接收模块，经过放大、滤波和变频后输出给窄带中频模块，并且经过放大、混频、放大、滤波后再输出；本振模块为6通道接收模块提供一本振信号进行变频，同时为窄带中频模块提供二本振信号进行变频。
本申请采用数字处理方式，在数字处理方式上更符合信号处理等相关技术处理；采用模拟接收方式进行信号接收放大处理，由于模块及通道较多，所以功耗相对较小；整体外形也小；本申请产品内部空间三层互连，模块及PCB板较多，因此复杂度较高，集成度高。
实施例2
一种多通道收发组件，其特征在于：包括两个6通道窄带接收模块、宽带发射模块、宽带接收模块、窄带接收中频模块、电源控制模块、本振模块和时钟信号模块；整体呈三层结构，其中上层包括实现Ku频段到275MHz的两个6通道窄带接收模块和窄带接收中频模块；中间层包括电源控制模块；下层包括实现两次变频的宽带发射模块和宽带接收模块、时钟信号模块。各层之间电源及低频信号通过连接器互连，射频信号通过绝缘子互连。
所述三层结构互连通过LTCC小模块实现，将放在同一水平面的多个芯片或器件分解到空间上垂直的多个水平面上，把印有电路图形的平面电路，通过层间垂直互联向Z向拓展为三维电路的生瓷片叠层。
LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔，精密导体浆料印刷等工艺制成的所需要的电路图形，并将多个被动组件如滤波器，电阻等埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，在其表面上可以贴装IC和有源器件，制成无源有源的功能模块。能够做到尺寸压缩是因为LTCC能做到很多层，每层厚度很薄，能够做到0.01-0.1mm不等的厚度，而普通PCB板一层介质厚度通常为0.254，0.127等，相对LTCC很厚，所以LTCC总体厚度能够压缩很多。
还包括有参考源模块和收发本振模块，所述参考源模块是1个独立晶振，所述收发本振模块是2个独立PCB板。
所述6通道窄带接收模块包括LTCC、芯片和腔体，所述本振模块包括1个PCB板，所述窄带接收中频模块包括PCB板；所述宽带发射模块、宽带接收模块均包括LTCC和腔体，所述时钟信号模块包括PCB板；所述6通道窄带接收模块具体包括低噪放、混频器、驱动放大器和滤波器；所述宽带发射模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述窄带接收中频模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述电源控制模块包括DCDC、LDO和稳压器；所述本振模块包括单片机、鉴相器、VCO和运放；所述时钟信号模块包括放大器、信号发生器和功分器
所述滤波器为无源滤波器，包括信号输入端口、输出端口、电感和电容，其中一个电感和一个电容并联形成第一组，一个电感和一个电容并联形成第二组，两组并联后的电感和电容再相互串联，在两组之间还设置有电感，该电感接地，第一组和信号输入端口之间设置有电感，该电感接地，第二组和输出端口之间设置有电感，该电感接地。
图2中标号L1，L2，L3，L4，L5为绕线电感，C1，C2为陶瓷电容。L1和C1形成并联谐振，提供零点，对带外信号进行抑制，同理，L2和C2进一步对带外信号进行抑制，电感L3，L4，L5配合L1，C1，L2，C2调节信号带内平坦度及信号带宽。此滤波器的电感电容封装均为0603，整个滤波器尺寸较小，如图2所示，IN为信号输入端口，用微带线与外部电路进行连接，OUT为输出端口，为微带线进行输出到终端SMA接头。
所述宽带接收模块、宽带发射模块和6通道窄带接收模块均为二次变频结构。
所述宽带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将输入的宽带接收信号变频至一固定的中频载波频率4.2GHz，再直接解调至基带，基带频率是0中频，带宽300MHz；宽带接收模块的信号输入端口通过微带线实现耦合，以增加弱耦合的方式实现通道校准功能。
所述6通道窄带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将信号下变频至固定的一中频载波频率4.2GHz，再采用固定的二本振频率3.925GHz将信号下变频至275MHz滤波后输出。
所述宽带发射通道采用固定的1825MHz本振将输入的275MHz信号上变频到2.1GHz频率后再次倍频产生4.2GHz中频；采用跳变的二本振频率11550MHz～12050MHz与4.2GHz中频混频，输出激励信号。
所述时钟信号模块选用100MHz晶振，晶振功分后作为本振模块参考和时钟信号源参考。
所述宽带接收模块和6通道窄带接收模块均采用LTCC技术进行组件整合。
信号输入给6通道接收模块，经过放大、滤波和变频后输出给窄带中频模块，并且经过放大、混频、放大、滤波后再输出；本振模块为6通道接收模块提供一本振信号进行变频，同时为窄带中频模块提供二本振信号进行变频。
输入一个中频信号给宽带发射模块，由宽带发射模块对其进行放大、混频、倍频、混频、滤波、放大再输出。
宽带接收模块接收一个射频信号，对其进行放大、滤波、混频在放大、混频、滤波、放大输出。
所述参考源包括一本振、二本振、时钟信号的产生器
收发本振即为二本振和一本振。
时钟信号分配模块对晶振输入的信号进行分配，从而产生各种时钟信号。
所述宽带发射模块与宽带接收模块相互独立。具体而言是在硬件空间上增加隔条以实现独立。
本申请采用数字处理方式，在数字处理方式上更符合信号处理等相关技术处理；采用模拟接收方式进行信号接收放大处理，由于模块及通道较多，所以功耗相对较小；整体外形也小；本申请产品内部空间三层互连，模块及PCB板较多，因此复杂度较高，集成度高。
宽带接收模块、窄带接收模块均采用LTCC工艺实现模块的纵向尺寸压缩，降低组装难度的同时提高可靠性。将本振信号源以及时钟信号集成在组件内部降低系统的空间尺寸，实现整体结构小型化。
本发明由窄带本振模块、宽带收发时钟控制板、12通道窄带接收板、供电板组成。整个组件结构紧凑，在289mm*120mm*35mm空间内分三层结构来实现，其中上层主要包括窄带接收12个通道的Ku频段到275MHz的变频模块；中间层包括电源模块，下层为宽带收发时钟控制板，包括宽带收发2个通道的两次变频、各个参考时钟及控制。
该变频信道将多路收发通道统一考虑，采用三维集成与模块化设计结合的方式实现小型化设计，较传统方式设计的多通道变频信道体积缩小25%~40%。本发明采用的LC滤波器属于无源滤波器，不需要提供电源，方便调试，结构简单，投资少，运行可靠性高；成本低，而且能够针对杂散信号进行调节抑制，抑制度很高，可达40分贝；带内平坦度更好同时插损低，在1G的插损可达0.5分贝。
Claims (10)
1.一种多通道收发组件，其特征在于：包括两个6通道窄带接收模块、宽带发射模块、宽带接收模块、窄带接收中频模块、电源控制模块、本振模块和时钟信号模块；整体呈三层结构，其中上层包括实现Ku频段到275MHz的两个6通道窄带接收模块和窄带接收中频模块；中间层包括电源控制模块；下层包括实现两次变频的宽带发射模块和宽带接收模块、时钟信号模块，各层之间电源及低频信号通过连接器互连，射频信号通过绝缘子互连。
2.根据权利要求1所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述三层结构互连通过LTCC小模块实现，将放在同一水平面的多个芯片或器件分解到空间上垂直的多个水平面上，把印有电路图形的平面电路，通过层间垂直互联向Z向拓展为三维电路的生瓷片叠层。
3.根据权利要求2所述的一种多通道收发组件，其特征在于：还包括有参考源模块和收发本振模块，所述参考源模块是1个独立晶振，所述收发本振模块是2个独立PCB板。
4.根据权利要求3所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述6通道窄带接收模块包括LTCC、芯片和腔体，所述本振模块包括1个PCB板，所述窄带接收中频模块包括PCB板；所述宽带发射模块、宽带接收模块均包括LTCC和腔体，所述时钟信号模块包括PCB板；所述6通道窄带接收模块具体包括低噪放、混频器、驱动放大器和滤波器；所述宽带发射模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述窄带接收中频模块具体包括低噪放、温补衰减器、混频器、驱动放大器和滤波器；所述电源控制模块包括DCDC、LDO和稳压器；所述本振模块包括单片机、鉴相器、VCO和运放；所述时钟信号模块包括放大器、信号发生器和功分器。
5.根据权利要求4所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述滤波器为无源滤波器，包括信号输入端口、输出端口、电感和电容，其中一个电感和一个电容并联形成第一组，一个电感和一个电容并联形成第二组，两组并联后的电感和电容再相互串联，在两组之间还设置有电感，该电感接地，第一组和信号输入端口之间设置有电感，该电感接地，第二组和输出端口之间设置有电感，该电感接地。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述宽带接收模块、宽带发射模块和6通道窄带接收模块均为二次变频结构。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述宽带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将输入的宽带接收信号变频至一固定的中频载波频率4.2GHz，再直接解调至基带，基带频率是0中频，带宽300MHz；宽带接收模块的信号输入端口通过微带线实现耦合，以增加弱耦合的方式实现通道校准功能。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述6通道窄带接收模块采用跳变的本振频率11550MHz～12050MHz将信号下变频至固定的一中频载波频率4.2GHz，再采用固定的二本振频率3.925GHz将信号下变频至275MHz滤波后输出。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述宽带发射通道采用固定的1825MHz本振将输入的275MHz信号上变频到2.1GHz频率后再次倍频产生4.2GHz中频；采用跳变的二本振频率11550MHz～12050MHz与4.2GHz中频混频，输出激励信号。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的一种多通道收发组件，其特征在于：所述时钟信号模块选用100MHz晶振，晶振功分后作为本振模块参考和时钟信号源参考；所述宽带接收模块和6通道窄带接收模块均采用LTCC技术进行组件整合。
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Denomination of invention: Multichannel transmitting-receiving component Effective date of registration: 20190131 Granted publication date: 20180914 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU RDW TECH Co.,Ltd. Registration number: 2019510000015 |
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Denomination of invention: A multichannel transceiver module Effective date of registration: 20200814 Granted publication date: 20180914 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU RDW TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2020980005005 |
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Denomination of invention: A Multichannel Transceiver Module Effective date of registration: 20221021 Granted publication date: 20180914 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: CHENGDU RDW TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2022980018731 |