CN107171681B

CN107171681B - 一种Ku波段高灵敏接收电路

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Publication number: CN107171681B
Application number: CN201710582028.4A
Authority: CN
Inventors: 孟俊锋; 裴泽
Original assignee: CETC 36 Research Institute
Current assignee: CETC 36 Research Institute
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2037-07-17
Also published as: CN107171681A

Abstract

本发明公开了一种Ku波段高灵敏接收电路，包括：射频放大电路、射频滤波电路、一混频电路、一本振电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二本振电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路，所述射频放大电路依次与所述射频滤波电路、一混频电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路串联；所述一混频电路还与所述一本振电路相连，所述二混频电路还与所述二混频电路相连。本发明的有益效果为：极大地减小了电路的结构尺寸、降低了电路的功耗、减轻了电路的重量，具有性能稳定、指标一致性高的特点；广泛适用于通讯系统、导航系统、雷达、空间电子技术的微波通信系统中。

Description

一种Ku波段高灵敏接收电路

技术领域

本发明涉及微波通信电子技术领域，尤其涉及一种微波通信技术领域中应用的Ku波段高灵敏接收电路，以及基于微组装技术的Ku波段高灵敏接收电路的小型化设计技术。

背景技术

由于低端频谱资源随着通信技术的飞速发展而日渐枯竭，以及随着大容量通信技术的需求日渐迫切，为适应这一发展趋势，微波通信技术正越发表现出更强劲的发展势头。

目前基于分离元器件、组件级联技术的Ku波段接收电路普遍存在着体积大、重量重、功耗大的缺陷。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种Ku波段高灵敏接收电路，通过微组装工艺将芯片级器件进行生产装配，有效解决了Ku波段微弱信号的接收问题，有效降低了生产成本、提高成产效率，可广泛应用于通讯系统、导航系统、雷达、空间电子技术等系统。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种Ku波段高灵敏接收电路，主要包括：射频放大电路、射频滤波电路、一混频电路、一本振电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二本振电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路，所述射频放大电路依次与所述射频滤波电路、一混频电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路串联；所述一混频电路还与所述一本振电路相连，所述二混频电路还与所述二本振电路相连。

本发明一种Ku波段高灵敏接收电路，各器件之间的输入输出均能实现良好的匹配，本发明接收电路灵敏度高，噪声系数低至1.7～2.1dB；频段覆盖带宽，工作带宽覆盖2.1GHz；有效解决了Ku波段微弱信号的接收问题；本发明基于微组装技术的小型化设计，极大地减小了产品的体积、重量、功耗，为产品拓展了更广阔的适用领域。

进一步的，所述射频放大电路为Ku波段低噪声放大芯片，用于对输入信号进行低噪声放大。

本发明使用低噪声放大芯片为接收到的Ku信号提供放大增益，由于其极低的噪声系数，使该电路接收更微弱的Ku信号成为可能，从而提高接收电路的灵敏度。

进一步的，所述射频滤波电路为Ku波段硅腔MEMS滤波器芯片，用于对工作频带外的信号进行滤波抑制。

本发明使用硅腔MEMS滤波器芯片替代现有技术中的原腔体滤波器，实现对带外干扰信号的抑制，保证工作频带内信号频谱的纯度；硅腔MEMS滤波器芯片在通带插损、阻带抑制等指标基本一致的前提下，体积不到腔体滤波器的1‰，重量不到腔体滤波器的1％，因此，硅腔MEMS滤波器芯片的使用极大地减小了产品的体积、重量。

进一步的，所述一混频电路为双平衡混频器芯片，用于将经过所述射频滤波电路滤波后的信号与所述一本振电路产生的点频本振信号进行混频。

本发明使用双平衡混频器芯片实现接收电路频谱的“搬移”，即把射频信号频谱“搬移”到一中频率；双平衡混频芯片的使用可极大地提高宽带工作模式下的隔离特性以及对偶次谐波的抑制。

进一步的，所述一本振电路为基于微封装的点频数字锁相环电路，用于产生点频本振信号。

本发明使用基于微封装的点频数字锁相环电路替代现有技术中的原点频源电路，由于微封装小型化技术的使用，可显著减小电路的体积、重量、功耗。

进一步的，所述一中频滤波电路为硅腔MEMS滤波器芯片，用于滤除带外的杂波干扰信号。

本发明使用硅腔MEMS滤波器芯片替代现有技术中的原腔体滤波器，可显著减小滤波器的体积、重量。

进一步的，所述一中频放大电路使用1dB压缩点功率高达15dBm的高P-1放大器芯片，用于对滤波后的信号进行放大。

本发明使用高P-1放大器芯片，高P-1可有效提高接收通道线性工作区间、抑制工作通带内组合干扰的产生，本发明放大芯片的使用对减小电路的体积、重量具有显著的作用。

进一步的，所述二混频电路为双平衡混频器芯片，用于将经过所述一中频放大电路放大后的信号与所述二本振电路产生的扫频本振信号进行混频。

本发明使用双平衡混频器芯片实现接收电路频谱的“搬移”，即把一中信号频谱“搬移”到二中频率；双平衡混频芯片的使用可极大地提高宽带工作模式下的隔离特性以及对偶次谐波的抑制。

进一步的，所述二本振电路为基于微封装的扫频数字锁相环电路，用于产生扫频本振信号。

本发明使用基于微封装的扫频数字锁相环电路替代现有技术中的原锁相环电路，由于微封装的扫频数字锁相环电路的使用，可显著减小电路的体积、重量、功耗。

进一步的，所述二中频开关滤波电路为MMIC开关滤波器芯片，用于对杂波干扰信号进行滤除且对中频带宽进行选择。

本发明使用MMIC开关滤波器芯片可显著减小滤波器的体积、重量，因为MMIC开关滤波器芯片体积、重量不足传统开关滤波组件的1‰。

进一步的，所述二中频放大电路使用1dB压缩点功率高达18dBm的高P-1放大器芯片，用于对信号进行放大。

本发明使用高P-1放大器芯片，高P-1可有效提高接收通道内对杂波干扰的抑制，放大芯片的使用对减小电路的体积、重量具有显著的作用。

进一步的，本发明Ku波段高灵敏接收电路的所有芯片输入、输出阻抗均为标准的50Ω。

本发明所有输入、输出阻抗均为标准的50Ω，可实现电路级间的良好匹配，改善输出信号的波动幅度。

本发明有益效果如下：

(1)本发明一种Ku波段高灵敏接收电路选用的器件均为芯片级器件，采用微组装工艺进行生产装配，极大地减小了电路的结构尺寸、降低了电路的功耗、减轻了电路的重量，同时还具有性能稳定、指标一致性高的特点；

(2)本发明Ku波段高灵敏接收电路器件间的输入输出均实现良好的匹配，可广泛适用于通讯系统、导航系统、雷达、空间电子技术、电子对抗、卫星通信等各类微波通信系统中；

(3)本发明Ku波段高灵敏接收电路适合批量生产，可有效降低生产成本、提高成产效率；

(4)本发明Ku波段高灵敏接收电路采用二次混频模式，把接收到ku波段信号通过二次混频后输出中频信号，有效解决了Ku波段微弱信号的接收问题；

(5)本发明Ku波段高灵敏接收电路采用全芯片小型化设计技术及微组装装配工艺，使接收电路在降低功耗、减轻重量、减小体积等方面均有极大幅度的提高；本发明Ku波段高灵敏接收电路体积为现有设计的5％、重量为现有设计的12％、功耗为现有设计的33％、接收灵敏度提高1～2dB；

(6)本发明Ku波段高灵敏接收电路具有接收灵敏度高、动态大、体积小、重量轻等优点，其在工作频带内稳定性能好，工作温度范围宽的特点，具有广泛的应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明一种Ku波段高灵敏接收电路的原理框图；

图2为本发明微封装点频数字锁相环电路的结构图；

图3为本发明微封装扫频数字锁相环电路的结构图；

图4为本发明二中频开关滤波电路的结构图；

图中，1-射频放大电路，2-射频滤波电路，3-一混频电路，4-一本振电路，5-一中频滤波电路，6-一中频放大电路，7-二混频电路，8-二本振电路，9-二中频开关滤波电路，10-二中频放大电路，11-射频信号，12-中频信号，13-微封装点频数字锁相环电路参考输入，14-微封装点频数字锁相环电路鉴相器，15-2/4/8分频，16-有源环路滤波器，17-高通滤波器，18-微封装点频数字锁相环电路压控振荡器，19-功分器，20-微封装点频数字锁相环电路放大器，21-微封装点频数字锁相环电路电源输入，22-微封装点频数字锁相环电路输出，23-微封装扫频数字锁相环电路参考输入，24-微封装扫频数字锁相环电路鉴相器，25-运算放大器，26-微封装扫频数字锁相环电路压控振荡器，27-1/8分频器，28-滤波器，29-微封装扫频数字锁相环电路控制输入，30-微封装扫频数字锁相环电路电源输入，31-微封装扫频数字锁相环电路放大器，32-微封装扫频数字锁相环电路输出，33-二中频信号输入，34-第一SP3T开关，35-第一中频滤波器,36-第二中频滤波器，37-第三中频滤波器，38-第二SP3T开关，39-中频输出，40-二中频开关滤波电路控制输入，41-二中频开关滤波电路电源输入。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例

一种Ku波段高灵敏接收电路，如图1所示，包括：射频放大电路1、射频滤波电路2、一混频电路3、一本振电路4、一中频滤波电路5、一中频放大电路6、二混频电路7、二本振电路8、二中频开关滤波电路9、二中频放大电路10；

其中，射频放大电路1、射频滤波电路2、一混频电路3依次串联；一混频电路3分别单独与射频滤波电路2、一本振电路4和一中频滤波电路5连接；一中频滤波电路5、一中频放大电路6、二混频电路7依次串联；二混频电路7分别单独与一中频放大电路6、二本振电路8和二中频开关滤波电路9连接；二混频电路7与二中频开关滤波电路9、二中频放大电路10依次串联；本实施例中Ku波段高灵敏接收电路的所有芯片输入、输出阻抗均为标准的50Ω。

本实施例Ku波段高灵敏接收电路的主要工作原理为：接收到的Ku波段信号输入到射频放大电路1后，由放大器对输入信号进行低噪声放大；放大后的信号输入到射频滤波电路2，由滤波电路对工作频带外的信号进行滤波抑制；信号经滤波后输入到一混频电路3，并与一本振电路4产生的点频本振信号混频输出一中频信号，一中频信号输入到一中频滤波电路5，一中频滤波电路5滤除带外的杂波干扰信号；信号经一中频滤波电路5滤波后输入到一中频放大电路6，一中频放大电路6对信号进行放大；放大后的一中频信号输入到二混频电路7，并与二本振电路8产生的二本振信号混频输出二中频信号，二中频信号输入到二中频开关滤波电路9，二中频开关滤波电路9对杂波干扰信号进行滤除且对中频带宽进行选择；最后信号输入到二中频放大电路10，经二中频放大电路10的放大器对中频信号放大后输出。

本实施例中，射频放大电路1为Ku波段低噪声放大芯片，可选地：Ku波段低噪声放大芯片为HITTITE公司的HMC903芯片；射频滤波电路2为Ku波段硅腔MEMS滤波器芯片；一混频电路3为双平衡混频器芯片，可选地：一混频电路使用的双平衡混频器芯片为HITTITE公司的HMC774混频器芯片；一本振电路4为基于微封装点频数字锁相环电路；一中频滤波电路5为硅腔MEMS滤波器芯片；一中频放大电路6为1dB压缩点功率高达15dBm的高P-1放大器芯片，可选地：一中频放大电路使用的放大器芯片为HITTITE公司的HMC392芯片；二混频电路7为双平衡混频器芯片，可选地：二混频电路使用的双平衡混频器芯片为HITTITE公司的HMC525混频器芯片；二本振电路8为基于微封装的扫频数字锁相环电路，可选地：二本振电路为扫频数字锁相环频率源芯片；二中频开关滤波电路9为MMIC开关滤波器芯片；二中频放大电路10为1dB压缩点功率高达18dBm的高P-1放大器芯片，可选地，二中频放大电路使用的放大器芯片为BW185芯片。

微封装点频数字锁相环电路的具体结构形式见图2，功分器19与放大器20相连，同时，功分器19依次与高通滤波器17、2/4/8分频15、鉴相器14、有源环路滤波器16及压控振荡器18相串联并形成环路；其工作原理为：参考输入13将参考频率输入到鉴相器14中，在输入参考频率的参与下，数字锁相环电路对输出点频频率进行捕获及锁定，最终由放大器20输出稳定的点频频率源信号，其中，参考输入13是通过外部输入将参考频率输入带鉴相器14中，参考频率也称为标准频率。

扫频数字锁相环频率源电路的具体结构形式见图3，压控振荡器26与放大器31相连，同时，压控振荡器26依次与1/8分频器27、滤波器28、鉴相器24、运算放大器25相串联并形成环路；其工作原理为：输入频率23向鉴相器24中输入参考频率，控制输入29向1/8分频器27中输入控制指令，控制指令的参数是分频比；当控制指令改变分频比，则1/8分频器中的频率发生变化，该频率与鉴相器24中的参考频率进行比较后输出所需频率，然后数字锁相环电路按照控制要求对输出频率进行捕获及锁定，最终由放大器31输出稳定的频率源信号。

二中频开关滤波电路的具体结构形式见图4，第一滤波器35、第二滤波器36、第三滤波器37分别与第一SP3T开关34、第二SP3T开关38相连，第一SP3T开关34、第二SP3T开关38分别位于第一滤波器35、第二滤波器36、第三滤波器37的两侧；其工作原理为：二中频信号经第一SP3T开关34分别传递至第一滤波器35、第二滤波器36、第三滤波器37后再传至第二SP3T开关38，按控制要求分别送不同带宽的中频滤波器进行滤波，滤波后输出中频信号。

本实施例一种Ku波段高灵敏接收电路的测试结果见表1：

表1Ku波段高灵敏接收电路的测试结果

由表1能够明显看出，本实施例一种Ku波段高灵敏接收电路的指标实现与现有设计等同的体积为原设计的5％、重量为原设计的12％、功耗为原设计的33％、接收灵敏度提高1～2dB。

综上所述，本发明提供了一种Ku波段高灵敏接收电路，电路采用全芯片微组装设计，电路高度集成；本发明实现了高度贯彻产品小型化、减重、降功耗的设计理念，极大地减小了电路的结构尺寸、降低了电路的功耗、减轻了电路的重量，同时还具有性能稳定、指标一致性高的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，主要包括：射频放大电路、射频滤波电路、一混频电路、一本振电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二本振电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路，所述射频放大电路依次与所述射频滤波电路、一混频电路、一中频滤波电路、一中频放大电路、二混频电路、二中频开关滤波电路、二中频放大电路串联；所述一混频电路还与所述一本振电路相连，所述二混频电路还与所述二本振电路相连；

所述一本振电路为基于微封装的点频数字锁相环电路；一本振电路中，功分器(19)与第一放大器(20)相连，同时，功分器(19)依次与高通滤波器(17)、2/4/8分频器(15)、第一鉴相器(14)、有源环路滤波器(16)及第一压控振荡器(18)相串联并形成环路；参考输入(13)将参考频率输入到第一鉴相器(14)；第一放大器(20)输出稳定的点频频率源信号到一混频电路；

所述一中频滤波电路为硅腔MEMS滤波器芯片；

所述二本振电路为基于微封装的扫频数字锁相环电路，二本振电路中，第二压控振荡器(26)与第二放大器(31)相连，同时，第二压控振荡器(26)依次与1/8分频器(27)、滤波器(28)、第二鉴相器(24)、运算放大器(25)相串联并形成环路；输入频率(23)向第二鉴相器(24)中输入参考频率，控制输入(29)向1/8分频器(27)中输入控制指令，控制指令的参数是分频比；当控制指令改变分频比，则1/8分频器(27)中的频率发生变化，该频率与第二鉴相器(24)中的参考频率进行比较后输出所需频率，由第二放大器(31)输出稳定的频率源信号到二混频电路。

2.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述射频放大电路为Ku波段低噪声放大芯片，用于对输入信号进行低噪声放大。

3.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述射频滤波电路为Ku波段硅腔MEMS滤波器芯片，用于对工作频带外的信号进行滤波抑制。

4.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述一混频电路为双平衡混频器芯片，用于将经过所述射频滤波电路滤波后的信号与所述一本振电路产生的点频本振信号进行混频。

5.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述一中频放大电路使用1dB压缩点功率高达15dBm的高P-1放大器芯片，用于对滤波后的信号进行放大。

6.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述二混频电路为双平衡混频器芯片，用于将经过所述一中频放大电路放大后的信号与所述二本振电路产生的扫频本振信号进行混频。

7.根据权利要求1所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述二中频开关滤波电路为MMIC开关滤波器芯片，用于对杂波干扰信号进行滤除且对中频带宽进行选择；二中频放大电路使用1dB压缩点功率高达18dBm的高P-1放大器芯片，用于对信号进行放大。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种Ku波段高灵敏接收电路，其特征在于，所述Ku波段高灵敏接收电路的所有芯片输入、输出阻抗均为标准的50Ω。