CN107104691B - 一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统 - Google Patents

一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，包括：包括：激励源模块、频率源组件、N通道串馈耦合电路、N通道变频接收组件、数字处理电路；所述激励源模块的检测信号输出端与N通道串馈耦合电路的检测端口相连，所述频率源组件的各个输出端分别与激励源模块、N通道变频接收组件和数字处理电路的相应输入端相连，所述N通道变频接收组件与所述N通道串馈耦合电路一体化设计，所述的N通道变频接收组件的输出端与数字处理电路的输入端相连。本发明采用串馈耦合的方式，将一路接收机的检测信号耦合到N个接收通道中，节约了N通道功分器或N掷开关电路的使用，简化了系统设备量，节约成本。

Description

一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统
技术领域
本发明涉及雷达、通讯、电子对抗系统中信号收发技术领域，特别涉及一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统。
背景技术
数字化有源相控阵系统在接收状态下的工作原理是将天线接收到的信号经过低噪声放大和幅相加权以后通过子阵合成网络形成N个子阵再放大变频到中频信号进行子阵数字化处理，因此至少需要N个接收通道对天线阵面的信号进行接收处理。为了对全机进行准确的故障定位以提高故障平均修复时间(MTTR)，一般均要求接收系统具有完善的机内测试设备(BITE)。对于接收机自检状态下，需判断N个接收通道的工作是否正常，至少需要产生N个接收机检测信号。因此常规的有源相控阵系统的接收系统主要包括激励源、频率源、N个通道的变频接收和N通道数字处理电路，以及为了产生N个接收机检测信号的N路功分器模块或N掷开关模块。而随着目前载机平台的发展和数字光穿舱技术的成熟应用，接收系统往往放置于舱外。舱外的空间及其有限，对接收系统的小型化设计提出了更严苛的要求。常规应用方式会带来如下问题：
1.对于N个子阵的有源相控阵系统来说，由激励源产生一个接收机检测信号，然后需通过N路功分器或者N掷开关模块产生或切换出N路接收机检测信号，直接增加了系统的设备量和重量。
2.N个接收通道的电路内部需要设计N路耦合器，增加了接收通道的体积。
3.N个接收通道结构上需要设计N个接收机自检输入端口，即至少需要2N个输入端口才能实现系统的BITE功能。除了增加了连接器和电缆重量以外，接收通道的外形尺寸也会增加，意味着重量也会相应增加。
4.以上三点均会带来体积、重量的迅速增加和设备量复杂化等问题，因此常规的有源阵列设计需要均衡系统性能与上述问题之间的矛盾，在允许的空间条件下选择较少的子阵划分方式实现，或者取消BITE功能。
随着数字化有源相控阵系统的发展，雷达、对抗、电侦及通信系统对大阵面、多功能应用需求的出现，充分发挥DBF技术的优点，同时也不能忽略全机准确的故障定位功能，设计出一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，解决了数字化有源相控阵系统中子阵划分数量和全机故障检测定位功能之间的矛盾，并且使多通道接收系统适应日益有限的载荷空间的要求。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，在不减少子阵数量的前提下，采用将串馈耦合器与多通道变频接收一体化设计，在不增加系统设备量的前提下实现了多通道接收机的自检功能，使整个接收系统具备完善的机内测试设备以方便进行准确的故障定位。
为了实现上述目的，本发明提供一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，包括：激励源模块、频率源组件、N通道串馈耦合电路、N通道变频接收组件、数字处理电路；
所述激励源模块的检测信号输出端与N通道串馈耦合电路的检测端口相连，所述激励源模块用于将检测信号传输至N通道串馈耦合电路；
所述频率源组件的各个输出端分别与激励源模块、N通道变频接收组件和数字处理电路的相应输入端相连，所述频率源组件用于产生全机工作所需的所有本振信号和时钟信号；
所述N通道变频接收组件与所述N通道串馈耦合电路一体化设计，所述N通道串馈耦合电路属于N通道变频接收组件的一部分，其检测端口属于N通道变频接收组件的一个输入端口，所述的N通道变频接收组件的输出端与数字处理电路的输入端相连；
所述N通道串馈耦合电路设有N个回波端口和一个检测端口，所述N通道串馈耦合电路通过回波端口接收回波信号，并将回波信号作为主路信号，采用微带线的形式传输，检测信号送到检测端口后，在检测端口处过渡到N通道串馈耦合电路的中间层的带状线中，采用带状线的形式传输；
其中，N个回波端口的微带线平行排列，检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，带状线的另一端接一定阻值的负载电阻，即形成N通道串馈耦合电路，用于将一路检测信号的能量分别耦合到N条主路上；
所述数字处理电路用于处理所述N通道变频接收组件传输过来的信号。
进一步的，所述激励源模块通过开关切换产生两路信号，一路为发射激励信号，用于驱动后级发射电路，另一路为检测信号，送给接收通道进行故障检测。
进一步的，所述N通道变频接收组件内部集成了N个接收通道，N个接收通道仅需一个本振输入端口，本振输入端口与所述频率源组件连接，在N通道变频接收组件内部通过多层电路或者上下腔的形式进行功分送给各个接收通道，各个接收通道之间用腔体隔筋进行隔离以保证必要的隔离度。
进一步的，所述N通道串馈耦合电路采用多层布线的方式与所述N通道变频接收组件集于一体。
进一步的，在接收机自检模式下，由所述激励源模块产生的检测信号通过检测端口送入N通道串馈耦合电路中，通过N通道串馈耦合电路，将检测信号的能量耦合到N个回波端口的主路中去，再经过N通道变频接收组件处理，并将信号变频到中频频率送给数字处理电路中处理。
进一步的，所述N通道变频接收组件对由N通道串馈耦合电路耦合后的信号至少进行变频、放大和滤波处理。
进一步的，所述数字处理电路对N通道变频接收组件送来的N通道中频模拟信号进行AD转换和数字下变频，形成IQ基带信号，并对输入中频信号的功率进行检测判断，形成TTL故障电平，以完成整个多通道变频接收通道的故障检测功能。
进一步的，检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，中间用大面积地层隔开，且在微带线与带状线交叉处的正下方地上开小孔，则用于将检测信号的能量耦合到主路上。
进一步的，所述N通道串馈耦合电路的耦合度由微带线与带状线之间的开孔尺寸和角度决定，在设计的时候需用软件进行仿真优化，以设计出符合系统要求的耦合度。
进一步的，所述N通道变频接收组件数量为多个，每个所述N通道变频接收组件中的N通道串馈耦合电路的检测端口分别与所述激励源模块的检测信号输出端连接。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用串馈耦合的方式，将一路接收机的检测信号耦合到N个接收通道中，节约了N通道功分器或N掷开关电路的使用，简化了系统设备量，节约成本。
2.本发明将多通道变频接收电路集成设计为一个组件，激励源模块只需产生一组本振信号，在N通道变频接收组件内部进行功分，这样提高了系统的集成度，大大降低系统的体积和重量。
3.本发明通过多层布线方式，将N通道串馈耦合电路与多通道变频接收电路的输入端(即N通道变频接收组件)一体化设计，这样仅需要N+1个输入端连接器，即可实现N通道的故障检测功能，减少了N-1个连接器的电路空间和电缆重量。并且由于多层立体电路的应用，不会额外增加电路更多的空间。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的系统组成架构框图；
图2为本发明的单通道耦合电路的仿真结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，参考附图1-2所示，包括：激励源模块1、频率源组件2、N通道串馈耦合电路3、N通道变频接收组件4、数字处理电路5。
激励源模块1的检测信号输出端与N通道串馈耦合电路3的检测端口相连，激励源模块4用于将检测信号传输至N通道串馈耦合电路3；其中，激励源模块4通过开关切换产生两路信号，一路为发射激励信号，用于驱动后级发射电路，另一路为检测信号，送给接收通道进行故障检测。
频率源组件2的各个输出端分别与激励源模块1、N通道变频接收组件4和数字处理电路5的相应输入端相连，频率源组件2用于产生全机工作所需的所有本振信号和时钟信号。
N通道变频接收组件4与N通道串馈耦合电路3一体化设计，采用多层布线的方式。N通道串馈耦合电路3属于N通道变频接收组件4的一部分，其检测端口属于N通道变频接收组件4的一个输入端口，N通道变频接收组件4的输出端与数字处理电路5的输入端相连。
将N通道串馈耦合电路与多通道变频接收电路的输入端(即N通道变频接收组件)一体化设计，这样仅需要N+1个输入端连接器，即可实现N通道的故障检测功能，减少了N-1个连接器的电路空间和电缆重量。并且由于多层立体电路的应用，不会额外增加电路更多的空间。
在接收机自检模式下，由激励源模块1产生的检测信号通过检测端口送入N通道串馈耦合电路3中，通过N通道串馈耦合电路3，将检测信号的能量耦合到N个回波端口的主路中去，再经过N通道变频接收组件4处理，进行后续的变频放大滤波等处理后，并将信号变频到中频频率送给数字处理电路5中处理。
具体的，N通道串馈耦合电路3设有N个回波端口和一个检测端口，N通道串馈耦合电路3通过回波端口接收回波信号，并将回波信号作为主路信号，采用微带线的形式传输，检测信号送到检测端口后，在检测端口处过渡到N通道串馈耦合电路3的中间层的带状线中，采用带状线的形式传输。
其中，N个回波端口的微带线平行排列，检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，带状线的另一端接一定阻值的负载电阻，即形成N通道串馈耦合电路，用于将一路检测信号的能量分别耦合到N条主路上；检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，中间用大面积地层隔开，且在微带线与带状线交叉处的正下方地上开小孔，则用于将检测信号的能量耦合到主路上。
N通道串馈耦合电路3的耦合度由微带线与带状线之间的开孔尺寸和角度决定，在设计的时候需用Ansoft公司的HFSS软件建模进行仿真优化，以设计出符合系统要求的耦合度。
此外，N通道串馈耦合电路3的耦合度设计需遵循一条原则：接收机检测信号的幅度不能影响到系统的校正精度，即在N通道变频接收组件4的内部，在工作模式下耦合到主路的接收机检测信号幅度不能影响到主路的工作信号。这里的接收机检测信号幅度大小与激励源模块1的激励信号功率、开关隔离度以及N通道串馈耦合电路的耦合度相关。
设激励源模块1的激励信号功率幅度为Pr，开关隔离度为ISO，N通道串馈耦合电路3的耦合度为D，则耦合到N通道变频接收组件4主路的检测信号幅度Pin为：Pin＝Pr-ISO-D，进入到N通道变频接收组件4回波端口的校正回波信号最小为Pt，则Pin至少比Pt的幅度低20～30dB以上才不会影响到校正回波信号的正常传输从而不会影响到系统的校正精度。根据以上公式即可推算出串馈耦合电路的耦合度。
N通道变频接收组件4内部集成了N个接收通道，N个接收通道仅需一个本振输入端口，本振输入端口与频率源组件2连接，在N通道变频接收组件4内部通过多层电路或者上下腔的形式进行功分送给各个接收通道，各个接收通道之间用腔体隔筋进行隔离以保证必要的隔离度。
数字处理电路5用于处理N通道变频接收组件传输过来的信号。具体为，数字处理电路5对N通道变频接收组件4送来的N通道中频模拟信号进行AD转换和数字下变频，形成IQ基带信号，并对输入中频信号的功率进行检测判断，形成TTL故障电平，以完成整个多通道变频接收通道的故障检测功能。
本发明的N通道变频接收组件4数量可以为多个，每个N通道变频接收组件4中的N通道串馈耦合电路3的检测端口分别与激励源模块1的检测信号输出端连接。
本发明基于子阵数量N＝8的情况下进行设计。在N>8的情况下也可以采用本设计思路，当N通道变频接收组件集成设计有困难时，可以将多通道变频拆成2个、3个或多个组件，每个组件同样可以采取本设计思路。
工作原理：由激励源模块用开关切换产生一路接收机自检信号，通过N通道串馈耦合电路将输入的接收机自检信号串馈耦合到多通道的主路信号中去。在接收机自检模式下，N通道变频接收组件将接收机自检信号变频到中频频率，由数字处理电路对中频频率的功率进行检测判断，产生对应的TTL故障检测电平，以完成多通道接收机的故障检测功能。
本发明的有益效果为：
1.本发明采用串馈耦合的方式，将一路接收机的检测信号耦合到N个接收通道中，节约了N通道功分器或N掷开关电路的使用，简化了系统设备量，节约成本。
2.本发明将多通道变频接收电路集成设计为一个组件，激励源模块只需产生一组本振信号，在N通道变频接收组件内部进行功分，这样提高了系统的集成度，大大降低系统的体积和重量。
3.本发明通过多层布线方式，将N通道串馈耦合电路与多通道变频接收电路的输入端(即N通道变频接收组件)一体化设计，这样仅需要N+1个输入端连接器，即可实现N通道的故障检测功能，减少了N-1个连接器的电路空间和电缆重量。并且由于多层立体电路的应用，不会额外增加电路更多的空间。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于，包括：激励源模块、频率源组件、N通道串馈耦合电路、N通道变频接收组件、数字处理电路；
所述激励源模块的检测信号输出端与N通道串馈耦合电路的检测端口相连，所述激励源模块用于将检测信号传输至N通道串馈耦合电路；
所述频率源组件的各个输出端分别与激励源模块、N通道变频接收组件和数字处理电路的相应输入端相连，所述频率源组件用于产生全机工作所需的所有本振信号和时钟信号；
所述N通道变频接收组件与所述N通道串馈耦合电路一体化设计，所述N通道串馈耦合电路属于N通道变频接收组件的一部分，其检测端口属于N通道变频接收组件的一个输入端口，所述的N通道变频接收组件的输出端与数字处理电路的输入端相连；
所述N通道串馈耦合电路设有N个回波端口和一个检测端口，所述N通道串馈耦合电路通过回波端口接收回波信号，并将回波信号作为主路信号，采用微带线的形式传输，检测信号送到检测端口后，在检测端口处过渡到N通道串馈耦合电路的中间层的带状线中，采用带状线的形式传输；
其中，N个回波端口的微带线平行排列，检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，带状线的另一端接一定阻值的负载电阻，即形成N通道串馈耦合电路，用于将一路检测信号的能量分别耦合到N条主路上；
所述数字处理电路用于处理所述N通道变频接收组件传输过来的信号。
2.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述激励源模块通过开关切换产生两路信号，一路为发射激励信号，用于驱动后级发射电路，另一路为检测信号，送给接收通道进行故障检测。
3.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述N通道变频接收组件内部集成了N个接收通道，N个接收通道仅需一个本振输入端口，本振输入端口与所述频率源组件连接，在N通道变频接收组件内部通过多层电路或者上下腔的形式进行功分送给各个接收通道，各个接收通道之间用腔体隔筋进行隔离以保证必要的隔离度。
4.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述N通道串馈耦合电路采用多层布线的方式与所述N通道变频接收组件集于一体。
5.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：在接收机自检模式下，由所述激励源模块产生的检测信号通过检测端口送入N通道串馈耦合电路中，通过N通道串馈耦合电路，将检测信号的能量耦合到N个回波端口的主路中去，再经过N通道变频接收组件处理，并将信号变频到中频频率送给数字处理电路中处理。
6.如权利要求5所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述N通道变频接收组件对由N通道串馈耦合电路耦合后的信号至少进行变频、放大和滤波处理。
7.如权利要求1或5所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述数字处理电路对N通道变频接收组件送来的N通道中频模拟信号进行AD转换和数字下变频，形成IQ基带信号，并对输入中频信号的功率进行检测判断，形成TTL故障电平，以完成整个多通道变频接收通道的故障检测功能。
8.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：检测端口的带状线与N个回波端口的微带线相垂直，中间用大面积地层隔开，且在微带线与带状线交叉处的正下方地上开小孔，则用于将检测信号的能量耦合到主路上。
9.如权利要求8所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述N通道串馈耦合电路的耦合度由微带线与带状线之间的开孔尺寸和角度决定，在设计的时候需用软件进行仿真优化，以设计出符合系统要求的耦合度。
10.如权利要求1所述采用串馈耦合实现检测输入的多通道接收系统，其特征在于：所述N通道变频接收组件数量为多个，每个所述N通道变频接收组件中的N通道串馈耦合电路的检测端口分别与所述激励源模块的检测信号输出端连接。
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