CN107809217A

CN107809217A - 一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器

Info

Publication number: CN107809217A
Application number: CN201711224804.XA
Authority: CN
Inventors: 余承伟; 刘立浩; 崔平
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-03-16

Abstract

本发明公开了一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，属于C/Ku上变频器技术领域。它由PLS锁相源、LTCC本振电路、LTCC中频电路、混频电路、LTCC射频电路、ARM控制电路等部件组成。它通过CAN接口进行模拟和数字衰减控制及锁定状态上报，内部实现由采用LTCC工艺多层设计的PLS锁相源、LTCC本振电路、LTCC中频电路、混频电路及LTCC射频电路实现C到Ku频段上变频的目的。本发明具有体积小、重量轻、杂散低、集成度高、功耗低、性能稳定可靠等优点，能够在较恶劣环境下正常工作，特别适用于作为轻小型系统和设备的Ku频段上变频器。

Description

一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器

技术领域

本发明涉及C/Ku上变频器技术领域，特别是指一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器。

背景技术

目前，机载、弹载等平台对卫星通信系统及设备的体积、重量、功耗及抗振性等方面要求越来越苛刻，这就要求变频器设备具有小型化、轻量化、低功耗以及强抗震性的特点。但是，受传统生产加工工艺限制，目前传统变频器在轻小型化、抗振性方面的性能无法进一步提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其能够在恶劣环境下正常工作，具有体积小、重量轻、杂散低、集成度高、功耗低、性能稳定可靠等特点。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其包括PLS锁相源、混频电路和ARM控制电路，还包括LTCC本振电路、LTCC中频电路和LTCC射频电路；其中：

PLS锁相源将由其第1端口输入的10MHz参考基准源信号变换为X频段信号，然后通过其第2端口输出至LTCC本振电路的第1端口，并将告警指示信号通过其第3端口输出至ARM控制电路的第1端口，所述10MHz参考基准源信号来自于所述LTCC中频电路的输出；

LTCC本振电路使由其第1端口输入的X频段信号通过LTCC层间过渡电路，然后依次对信号进行滤波和放大，最后通过其第2端口输出至混频电路的第1端口；

LTCC中频电路通过第1端口接收参考基准源与C频段合路信号，并经多工器将合路信号分离为参考基准源信号和C频段信号，其中，C频段信号经过衰减控制和放大后，通过其第2端口输出至混频电路的第3端口，参考基准源信号通过其第4端口输出至PLS锁相源的第1端口；

混频电路将从其第1端口输入的X频段信号和第3端口输入的C频段信号进行混频得到Ku频段信号，并通过其第2端口将Ku信号输出至LTCC射频电路的第1端口；

LTCC射频电路对从第1端口输入的Ku信号依次进行滤波和放大，然后通过其第2端口进行输出；

ARM控制电路将从其第1端口接收的告警指示信号转换为CAN锁定指示信号，然后通过其第3端口输出，此外，ARM控制电路的第3端口还用于接收外部电源和CAN衰减控制信号，在ARM控制电路内CAN衰减控制信号被转换为电压和TTL衰减控制信号，所述电压和TTL衰减控制信号通过ARM控制电路的第2端口输出至LTCC中频电路的第3端口。

可选的，所述LTCC本振电路包括顺次设置的LTCC层间过渡电路、X频段带通滤波器和本振放大电路；其中，LTCC层间过渡电路用于实现X频段信号在底面微带线、层间带状线和顶面微带线之间的依次过渡传输，所述X频段带通滤波器用于对已通过LTCC层间过渡电路的X频段信号进行滤波，所述本振放大电路用于将滤波后的X频段信号进行功率放大。

可选的，所述LTCC中频电路包括多工器、模拟衰减器、数控衰减器和中频放大器；其中，多工器对接收到的10MHz参考基准源与C频段合路信号进行信号分离，并将分离后的C频段中频信号和参考基准源信号分别输出至模拟衰减器和PLS锁相源；所述模拟衰减器用于对C频段中频信号进行模拟衰减控制并输出至数控衰减器；所述数控衰减器用于对C频段中频信号进行数字衰减控制并输出至中频放大器；所述中频放大器用于对输入的C频段中频信号进行放大并输出至所述混频电路的第3端口；所述ARM控制电路将电压和TTL衰减控制信号分别输出至所述模拟衰减器和数控衰减器。

可选的，所述LTCC射频电路包括依次相连的Ku频段带通滤波器和射频放大器；其中，Ku频段带通滤波器用于滤除所述混频电路输出信号中的带外杂散信号，所述射频放大器用于对所述Ku频段带通滤波器的输出信号进行功率放大。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明的本振电路、中频电路及射频电路均采用LTCC工艺多层设计实现，体积重量缩小约为当前产品的1/4。

2、本发明集成化程度高，功耗低，调试工作量小，能够在-40℃～+55℃的恶劣环境温度下正常工作。

3、本发明结构紧凑，抗振性好，具有较强的推广应用价值。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1是本发明实施例的电路结构框图；

图2是图1中本振电路的电路结构框图；

图3是图1中LTCC中频电路的电路结构框图；

图4是图1中LTCC射频电路的电路结构框图；。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1所示，一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其由PLS锁相源、混频电路、ARM控制电路、LTCC本振电路、LTCC中频电路和LTCC射频电路组成；其中：

上述实施例中，PLS锁相源将10MHz参考基准源信号变换为11.5GHz本振信号，PLS锁相源可以采用市售专用的锁相源PLS-11500G制作；混频电路将输入的本振信号与中频信号进行混频输出Ku频段射频信号，混频电路可以采用市售专用的混频器HMC554制作；ARM控制电路用于接收外部电源和CAN衰减控制信号，并将CAN衰减控制信号转换为电压和TTL衰减控制信号，ARM控制电路可以采用市售专用的ARM芯片STM32F103RET6TR制作。

如图2所示，LTCC本振电路由LTCC层间过渡电路、X频段滤波电路、本振放大电路组成。其中，LTCC层间过渡电路使11.5GHz本振信号从底面微带线、层间带状线、顶面微带线间依次过渡传输，该LTCC层间过渡电路可以采用一种马蹄形的LTCC层间过渡结构制作；X频段滤波电路用于滤除本振信号里的谐波杂散信号，该频段滤波电路可以采用X频段LTCC带通滤波器制作；本振放大电路用于对本振信号进行放大，该本振放大电路可以采用市售专用的放大器芯片HMC441制作。

如图3所示，LTCC中频电路包括多工器、模拟衰减器、数控衰减器和中频放大器。其中，多工器对外部输入的10MHz与C频段中频合路信号进行信号分离，分离出的C中频信号输出至模拟衰减器，该多工器可以采用LC薄膜多工器制作；模拟衰减器在ARM控制电路的控制下对C中频信号进行模拟衰减控制，该模拟衰减器可以采用市售专用的衰减器芯片HMC973LP3E；数控衰减器在ARM控制电路的控制下对C中频信号进行数控衰减，该数控衰减器可以采用市售专用的数控衰减芯片HMC425；中频放大器对C中频信号进行放大，该中频放大器可以采用市售专用的放大器NC1074C-0835制作。

如图4所示，LTCC射频电路由Ku频段带通滤波和射频放大器组成。其中，Ku频段带通滤波滤除混频后输出混频信号中的杂散信号，该Ku频段带通滤波可以采用Ku频段LTCC带通滤波器制作；射频放大器将混频后输出的Ku频段信号进行放大，该射频放大器可以采用市售专用的放大器HMC441制作。

本发明的简要工作原理如下：外部输入的10MHz参考基准源和C频段中频信号从输入端口B输入至多工器，由多工器分成两路信号：一路信号D为10MHz参考基准源输出给PLS锁相源，PLS锁相源最终输出11.5GHz本振信号，经LTCC本振电路的过渡、滤波和放大输出至混频电路；另一路C频段中频信号经过在ARM控制电路控制下的模拟衰减器和数控衰减器，然后放大输出至混频电路，在混频电路的作用下，经混频后滤波放大，最终从输出端口C输出Ku频段信号（14～14.5GHz）。

进一步地，多工器的第1输入端口接输入端口B的外部参考基准源和C中频的合路信号，在多工器的作用下将此合路信号分成参考基准源D和C中频两路信号，其中参考基准源D输入至PLS锁相源的第1输入端口，并使PLS锁相源锁相至11.5GHz做为本振信号输出，11.5GHz本振信号经过LTCC层间过渡、X频段带通滤波和本振放大电路后输出至混频电路的第1输入端口；多工器输出的另一路C中频信号经过在ARM控制电路控制下的模拟衰减器和数控衰减器以及中频放大后，输出至混频电路的第3输入端口。在两路信号的共同作用下，混频电路通过第2输出端口输出Ku频段混频信号，混频信号经过Ku频段带通滤波和射频放大后输出至输出端口C。

上述实施例可通过如下方式实现：将图1至图4中全部电路元器件通过印制板或微组装工艺安装在39.2毫米×33.1毫米×13毫米的屏蔽盒体内，再通过上、下盖板实现结构的密封。输入端口A通过一个4芯集成式玻璃绝缘子JMC-340-JH插座连接，输入端口B和输出端口C采用两个SMA-KFD315W射频插座连接，组装即可完成。

总之，本发明具有体积小、重量轻、杂散低、集成度高、功耗低、性能稳定可靠等优点，能够在较恶劣环境下正常工作，特别适用于作为轻小型系统和设备的Ku频段上变频器。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims

1.一种基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，包括PLS锁相源、混频电路和ARM控制电路，其特征在于：还包括LTCC本振电路、LTCC中频电路和LTCC射频电路；其中：

2.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其特征在于：所述LTCC本振电路包括顺次设置的LTCC层间过渡电路、X频段带通滤波器和本振放大电路；其中，LTCC层间过渡电路用于实现X频段信号在底面微带线、层间带状线和顶面微带线之间的依次过渡传输，所述X频段带通滤波器用于对已通过LTCC层间过渡电路的X频段信号进行滤波，所述本振放大电路用于将滤波后的X频段信号进行功率放大。

3.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其特征在于：所述LTCC中频电路包括多工器、模拟衰减器、数控衰减器和中频放大器；其中，多工器对接收到的10MHz参考基准源与C频段合路信号进行信号分离，并将分离后的C频段中频信号和参考基准源信号分别输出至模拟衰减器和PLS锁相源；所述模拟衰减器用于对C频段中频信号进行模拟衰减控制并输出至数控衰减器；所述数控衰减器用于对C频段中频信号进行数字衰减控制并输出至中频放大器；所述中频放大器用于对输入的C频段中频信号进行放大并输出至所述混频电路的第3端口；所述ARM控制电路将电压和TTL衰减控制信号分别输出至所述模拟衰减器和数控衰减器。

4.根据权利要求1所述的基于LTCC工艺的小型Ku频段上变频器，其特征在于：所述LTCC射频电路包括依次相连的Ku频段带通滤波器和射频放大器；其中，Ku频段带通滤波器用于滤除所述混频电路输出信号中的带外杂散信号，所述射频放大器用于对所述Ku频段带通滤波器的输出信号进行功率放大。