CN106411335A - L、s频段机载收发信道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种L、S频段机载收发信道，其包括发射信号本振单元、下行接收信道和上行发射信道；发射信号本振单元包括晶振，与晶振连接的第一功分器，分别与第一功分器连接的第一滤波器和第一衰减器，与第一衰减器连接的第一放大器，与所示第一放大器连接的第二功分器，以及分别与第二功分器连接的发射一本振、接收本振和发射二本振；下行接收信道与发射一本振的输出端连接，上行发射信道分别与接收本振和发射二本振连接。本机载收发信道的接收性能和发射性能高，接收和发射信号稳定可靠，且其接收信号不受发射信号干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种L、S频段机载收发信道。
背景技术
信道是变频器模块的重要组成部分，要满足测控系统需求，为改善镜频抑制，减小带内组合频率分量，通常采用两次变频方案。现有技术高本振产生小步进，低本振固定的规划方案，要求高本振频综既要产生小步进又要能覆盖相对比较宽的带宽，由此只能运用比较复杂的DDS+PLL的多环混频锁相电路，其中DDS、分频器、混频器都会引入不希望的频率分量，杂散抑制很难做到。
发明内容
本发明的目的是提供一种L、S频段机载收发信道，以解决现有记载收发信道的接收性能和发射性能低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种L、S频段机载收发信道，包括发射信号本振单元、下行接收信道和上行发射信道；发射信号本振单元包括晶振，与晶振连接的第一功分器，分别与第一功分器连接的第一滤波器和第一衰减器，与第一衰减器连接的第一放大器，与所示第一放大器连接的第二功分器，以及分别与第二功分器连接的发射一本振、接收本振和发射二本振；下行接收信道与发射一本振的输出端连接，上行发射信道分别与接收本振和发射二本振连接。
进一步地，发射一本振包括依次连接的第一衰减器、第四放大器、倍频器、第三滤波器和第五放大器，第一衰减器的输入端与第二功分器的输出端连接。
进一步地，接收本振包括第一频率综合器、第二滤波器和第二放大器，第一频率综合器的输入端与第二功分器的输出端连接。
进一步地，发射二本振包括依次连接的第二频率综合器、第三滤波器和第三放大器；第二频率综合器的输入端与第二功分器的输出端连接。
进一步地，下行接收信道包括依次连接的第一双工器、第一隔离器、第六放大器、第一混频器、第五滤波器、第七放大器、第二衰减器、第八放大器和第六滤波器；第二放大器的输出端与第一混频器的输入端连接。
进一步地，上行发射信道包括依次连接的第二混频器、第七滤波器、第九放大器、第三混频器、三级放大单元和第二隔离器和第二双工器；第五放大器的输出端与第二混频器的输入端连接；第三放大器的输出端与第三混频器的输入端连接。
进一步地，三级放大单元包括依次连接的第八滤波器、第十放大器、第九滤波器、第十一放大器和第十二放大器。
本发明的有益效果为：本机载收发信道的接收性能和发射性能高，接收和发射信号稳定可靠，且其接收信号不受发射信号干扰。
附图说明
图1为本发明一个实施例的发射信号本振单元的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的下行接收信道的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的上行发射信道的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本申请公开了一种L、S频段机载收发信道，包括发射信号本振单元、下行接收信道和上行发射信道。其中，如图1所示，发射信号本振单元包括晶振，与晶振连接的第一功分器，分别与第一功分器连接的第一滤波器和第一衰减器，与第一衰减器连接的第一放大器，与所示第一放大器连接的第二功分器，以及分别与第二功分器连接的发射一本振和接收本振和发射二本振。下行接收信道与发射一本振的输出端连接，上行发射信道分别与接收本振的输出端和发射二本振的输出端连接。
其中，上述发射一本振包括依次连接的第一衰减器、第四放大器、倍频器、第三滤波器和第五放大器，第一衰减器的输入端与第二功分器的输出端连接。接收本振包括第一频率综合器、第二滤波器和第二放大器，第一频率综合器的输入端与第二功分器的输出端连接。发射二本振包括依次连接的第二频率综合器、第三滤波器和第三放大器；第二频率综合器的输入端与第二功分器的输出端连接。
中频输出相位噪声与射频输出相位噪声主要取决于内部本振源相位噪声，本振源近端相噪由参考源的相位噪声决定，本实施例中选择100MHz晶振(OCXO)做为系统的参考源。
接收本振采用第一频率综合器(选用LTC6948-2集成VCO的PLL芯片)，采用20MHz做为鉴相频率，以无源低通滤波器做环路滤波，并通过对其相应寄存器的值进行合理配置，来获得较好的相噪指标及杂散抑制指标，利用LTC6947/48FracNWizard Design Tool软件仿真，得到接收信道在1780.5MHz时输出的相位噪声值如表1所示。环路滤波器设计可以兼顾相位噪声与杂散抑制。
表1接收本振输出相噪值
发射信号本振单元分为发射一本振和发射二本振，信道相位噪声取决于差的本振相位噪声。其中发射一本振为参考晶振3倍频得到300MHz；发射二本振由LTC6948-2锁相得到1830.5MHz～2030.5MHz。
发射一本振为100MHz×3＝300MHz，由倍频恶化公式20Log(3)＝9.54；由此可以得到发射一本振输出相噪值如表：
表2发射一本振输出相噪值
发射二本振选用LTC6948-2集成VCO的PLL芯片，采用20MHz做为鉴相频率，以无源低通滤波器做环路滤波，并通过对其相应寄存器的值进行合理配置，来获得较好的相噪指标及杂散抑制指标。利用LTC6947/48FracNWizardDesign Tool软件仿真，得到接收信道在2030.5MHz时输出的相位噪声值如表3所示。环路滤波器设计兼顾相位噪声与杂散抑制。
表3发射二本振输出相噪值
上行最终的射频输出相位噪声应该按照本振相位噪声最差的来表征，所以上行输出相位噪声以发射二本振的相噪输出为依据。
100MHz输出时钟由内置100MHz参考源经第一功分器功分输出，在通过第一滤波器做铝箔处理，其输出相位噪声与100MHz参考源一致，如表4所示：
表4 100MHz参考相噪
| Phase Noise | SSB@1Hz | dBc/Hz | - | - | - | - |
| Phase Noise | SSB@10Hz | dBc/Hz | - | - | -100 | - |
| Phase Noise | SSB@100Hz | dBc/Hz | - | - | -130 | - |
| Phase Noise | SSB@1KHz | dBc/Hz | - | - | -160 | - |
| Phase Noise | SSB@10KHz | dBc/Hz | - | - | -174 | - |
| Phase Noise | SSB@100KHz | dBc/Hz | - | - | -174 | - |
综上所述可以得出中频输出相位噪声、射频输出相位噪声与100MHz输出时钟相位噪声设计指标结论如表5所示：
表5中频输出相噪、射频输出相噪与100MHz时钟输出相噪表
由表5可看出设计稳定度与相位噪声值皆能达到要求指标值。
如图2所示，下行接收信道包括依次连接的第一双工器、第一隔离器、第六放大器、第一混频器、第五滤波器、第七放大器、第二衰减器、第八放大器和第六滤波器；第二放大器的输出端与第一混频器的输入端连接。接收链路的指标分配主要包括接收链路的噪声和增益的分配。
下行接收信道中的双工器、滤波器设计时带内波动均<±0.2dB，增益平坦度影响主要取决于放大器增益平坦度，可通过在中频处使用低通滤波器实现带外杂波抑制。从小型化设计考虑，MINI的低通滤波器在调试电路时根具实际指标情况加入电路。
下行接收信道的镜像抑制指标由双功器+腔体滤波器来实现，接收频率为1750.5MHz～1850.5MHz，下变频信道通过一次变频实现，变频本振为1680.5MHz～1780.5MHz，所以镜像频率为1610.5MHz～1710.5MHz。双工器对镜频频率抑制可以满足≥50dBc的指标要求。
本下行接收信道的抗过载能力≥30dBm(相对于最大输入电平，时间1min，过载时，最大中频输出幅度≤10dBm)
过载时，主要烧毁第六放大器(第一级低噪声放大器MML20242HT1)，其极限条件指标如表6所示：
表6低噪声放大器极限指标列表
| Rating | Symbol | Value | Unit |
| Supply Voltage | VDD | 6 | V |
| Supply Current | IDD | 300 | mA |
| RF lnput Power(3) | Pin | 28 | dBm |
| Storage Temperature Range | Tstg | -65to+150 | ℃ |
| Junction Temperature | TJ | 175 | ℃ |
由(表6)低噪声放大器极限输入可以到达28dBm，不能达到30dBm，所以在低噪声放大器和双工器之间加入一级限幅器(第一隔离器)保证30dBm信号输入后对其进行限幅，使进入低噪声放大器的信号小于10dBm。确保大功率输入时，上电1分钟之内，低噪声放大器不损坏。当10dBm信号进入低噪声放大器后其后所有放大器均饱和输出，为使中频输出幅度≤10dBm，则在中频输出级设计一级限幅二极管(其作用可以保护与本信道对接的基带模块)。
下行接收信道的输入射频信号为1750.5MHz～1850.5MHz，输入驻波与第一双工器驻波相关，第一双工器为腔体结构，可以实现小于1.5的输入驻波。下行接收信道的输出中频信号电平为-40dBm～0dBm，优化输出驻波，可以在输出端口加入衰减器，匹配驻波。同时也不影响输出功率。
如图3所示，上行发射信道包括依次连接的第二混频器、第七滤波器、第九放大器、第三混频器、三级放大单元和第二隔离器和第二双工器。第五放大器的输出端与第二混频器的输入端连接；第三放大器的输出端与第三混频器的输入端连接。其中，三级放大单元包括依次连接的第八滤波器、第十放大器、第九滤波器、第十一放大器和第十二放大器。
上行发射信道链路的指标分配，主要包括输出功率和增益的分配，链路增益和输出功率分配是否恰当直接关系到工作是否稳定和满足指标要求，是发射通道设计的重点和难点。
上行发射信道采用回退法进行设计，根据指标要求，第十二功率放大器最后输出的P-1dB功率为7W(38.5dBm)，由于功放输出后加有第二双工器和第二隔离器，两个器件的总插损为1.0dB+0.7dB＝1.7dB。所以在第十二功率放大器的末级输出功率必须达到40.2dBm(10.47W)才能满足要求，考虑到频率较高，带线路径损耗，我们选择输出功率大于41dBm(12W)的功率管作为末级输出。然后根据末级管子来选择各级推动管的增益和输出功率，末级器件我们选择效率较高的GaN HEMT功率管CGH40010，推动级输出的最小需要(P-1dB计算)：P-1dB＝41.13-11.5＝29.63dBm
推动级选用AH314，P-1dB＝33dBm，增益G＝23，所以推动级的前一级最小输出P-1dB为：P-1dB＝33-23＝10dBm；再依次类推得出如图3所示的链路功率电平分配。
上行发射信道中的双工器、滤波器设计时带内波动均<±0.2dB，增益平坦度影响主要取决于放大器增益平坦度，可以估算出上行发射信道中选用的主要放大器任意10MHz范围内，增益平坦度＜0.1dB，4级放大器与滤波器的不平度叠加后，理论可以＜1dB，通过调试优化，可以实现＜0.8dB。
上行发射信道的杂波主要来源与混频杂散、本振泄漏、本振源的鉴相杂散。其中，带内杂散要取决于频率源的鉴相杂散，发射二本振鉴相频率也采用的20MHz，本申请通过两次变频，分段滤波方式，设计混频频点未落入带内的方式，使带内杂波远大于60dBc。
发射一本振是由晶振倍频而来，根据所需点频，设计合适的窄带滤波器，杂波抑制度能达到65dBc。谐波抑制采用MINI低通辅助抑制的方式实现抑制度达55dBc对引入混频器的杂波得到有效抑制。
带外杂波由介质滤波器实现，介质滤波器指标如下表：发射信道通过介质滤波器后，带外杂散抑制可以实现：≥55dB(带外)
表7介质滤波器指标
从小型化设计考虑，MINI的低通滤波器在调试电路时根据实际指标情况加入电路来实现抑制远端的谐波与杂波。
上行发射信道的输出射频信号为2200.5MHz～2400.5MHz，输出驻波与双功器驻波相关，双功器为腔体结构，可以实现小于1.5的输入驻波。输入中频信号电平为-12dBm～-9dBm，优化输入驻波，可以在输出端口加入衰减器，匹配驻波。同时也不影响输出功率。
收发隔离主要取决于第二双工器在接收与发射端之间的通道隔离度，收发隔离大于75dB；发射时，功率为38.5dBm，接收对其抑制后为-37.5dBm，进入接收通道，接收通道的滤波器对其进行抑制，从而实现收发通道互不干挠。
Claims (7)
1.一种L、S频段机载收发信道，其特征在于，包括发射信号本振单元、下行接收信道和上行发射信道；
所述发射信号本振单元包括晶振，与晶振连接的第一功分器，分别与第一功分器连接的第一滤波器和第一衰减器，与所述第一衰减器连接的第一放大器，与所示第一放大器连接的第二功分器，以及分别与所述第二功分器连接的接收本振、发射一本振和发射二本振；
所述下行接收信道与所述发射一本振的输出端连接，所述上行发射信道分别与所述接收本振的输出端和发射二本振的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述发射一本振包括依次连接的第一衰减器、第四放大器、倍频器、第三滤波器和第五放大器，所述第一衰减器的输入端与第二功分器的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述接收本振包括第一频率综合器、第二滤波器和第二放大器，所述第一频率综合器的输入端与所述第二功分器的输出端连接。
4.根据权利要求2所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述发射二本振包括依次连接的第二频率综合器、第三滤波器和第三放大器；所述第二频率综合器的输入端与所述第二功分器的输出端连接。
5.根据权利要求3所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述下行接收信道包括依次连接的第一双工器、第一隔离器、第六放大器、第一混频器、第五滤波器、第七放大器、第二衰减器、第八放大器和第六滤波器；所述第二放大器的输出端与第一混频器的输入端连接。
6.根据权利要求4所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述上行发射信道包括依次连接的第二混频器、第七滤波器、第九放大器、第三混频器、三级放大单元和第二隔离器和第二双工器；所述第五放大器的输出端与第二混频器的输入端连接；所述第三放大器的输出端与第三混频器的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的L、S频段机载收发信道，其特征在于，所述三级放大单元包括依次连接的第八滤波器、第十放大器、第九滤波器、第十一放大器和第十二放大器。
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