CN107863987A - 一种超宽带e波段收发信机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带E波段收发信机，它能够实现超宽带的微波信号的信道传输。通过采用了两路低中频变频合路到5GHz超宽带的高中频，最后二次变频到E波段的方法，结合现有的器件资源和工艺水平，从而实现了超宽带绝对带宽的完全覆盖，并且可以保证该收发信机单元的通用性。该E波段收发信机单元具有超宽的信号带宽，可以有效地解决目前微波通信受载波频率限制，对于无法提供超过G比特级的数据传输速率的现状，满足高速宽带无线接入对带宽越来越大的需求。

Description

一种超宽带E波段收发信机

技术领域

本发明涉及通信领域中一种超宽带E波段收发信机，适用于无线通信领域中超宽带，超高速率信号的传输。

背景技术

随着现代科学技术水平的迅猛发展，无线通信中高速率，大容量的微波传输系统有着紧迫的需求。目前的光纤解决方案其造价高，铺设困难，因此应用受限。而且由于各种无线通信设备的广泛使用使得现有频谱资源越来越紧张，需要更高频段更高宽带宽的信道传输满足各基站到网络的传输。E波段微波传输系统的工作频率在70/80GHz，有高达10GHz的可用带宽，可以支持超大容量的点对点通信系统。并且此频段受其他频率频谱资源的干扰较小，可以实现较为可靠的微波系统传输。因此，这种超宽带的E波段微波收发信机是无线通信领域未来研究的一个重要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超宽带E波段收发信机，具有频段高，超宽带，高速率，大通信容量的优点。

本发明的目的是这样实现的：包括双工器、射频电路、中频电路、时钟及控制电路和电源电路；对于上行处理的数据，两路外部调制信号输入至中频电路的调制信号输入口；中频电路将输入的两路外部调制信号分别变频至不同载波频率，并进行滤波后合成一路超宽带的中频信号，输出至射频电路；射频电路将超宽带的中频信号再次进行上变频至E波段的超宽带信号，并输出至双工器；双工器滤出发射的超宽带信号经天线发射；

对于下行处理的数据，天线接收无线信号送至双工器的输入输出公共端；无线信号经双工器的输出口输出至射频电路的射频信号输入口；射频电路将无线信号由E波段的超宽带射频信号下变频至载波为中频的宽带信号，并输出至中频电路的中频信号输入口；中频电路将宽带信号进行功率分配为两路，并分别进行滤波后得到两路边带信号，将两路边带信号再进行下变频至两路低中频载波信号，将两路低中频载波信号进行信号的解调并输出；时钟及控制电路的时钟信号输出口分别与射频电路和中频电路的时钟信号输入口相连接，为整个收发信机提供统一的时钟参考；电源电路输出不同的电压提供给射频电路与中频电路；时钟及控制电路的控制线与射频电路，中频电路以及电源电路的控制线相连接，提供监控信号。

其中，接收通道中，射频电路包括第一放大器、第一滤波器、第一混频器、第一频率源、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器和第三放大器；中频电路包括分路器、第四滤波器、第五滤波器、第二混频器、第三混频器、第六滤波器、第七滤波器、第二频率源、第三频率源、第四放大器、第五放大器、第一增益放大器和第二增益放大器；无线信号经过双工器滤波后依次进入射频电路的第一放大器和第一滤波器进行放大和滤波，放大和滤波后的无线信号输出至第一混频器；第一频率源输出本振信号依次经过第二滤波器和第二放大器进行放大滤波后输出至第一混频器；第一混频器将放大滤波后的无线信号与本振信号进行混频下变频到载波为中频的宽带信号后依次经过第三滤波器和第三放大器送入中频电路的分路器；分路器将宽带信号进行分路后，将两路信号分别经第四滤波器和第五滤波器滤波得到两个子频带，将两个子频带分别对应输出至第二混频器和第三混频器；第二频率源产生本振信号，经第四放大器放大后输出至第二混频器；第三频率源产生本振信号，经第五放大器放大后输出至第三混频器；第二混频器和第三混频器分别将各自输入的本振信号与子频带混频进行下变频，形成低中频载波信号，并一一对应输出至第六滤波器和第七滤波器；第六滤波器和第七滤波器分别将输入的低中频载波信号进行滤波后一一对应输出至第一增益放大器和第二增益放大器；第一增益放大器和第二增益放大器将输入的滤波后的低中频载波信号放大后输出。

其中，发射通道中，中频电路包括第四混频器、第五混频器、第四频率源、第五频率源、第六放大器、第七放大器、第八滤波器、第九滤波器、第八放大器、第九放大器和合路器；射频电路包括第十滤波器、第六频率源、第十一滤波器、第十放大器、第六混频器、第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器；两路调制信号从外部送入中频电路的第四混频器和第五混频器；第四频率源产生本振信号，经第六放大器放大后输出至第四混频器；第五频率源产生本振信号，经第七放大器放大后输出至第五混频器；第四混频器和第五混频器分别将输入的本振信号和调制信号进行混频并上变频至高中频载波信号，第四混频器输出的高中频载波信号经第八滤波器和第八放大器进行滤波放大后输出至合路器，第五混频器输出的高中频载波信号经第九滤波器和第九放大器进行滤波放大后输出至合路器；合路器将输入的两路滤波放大后的高中频载波信号合成一路超宽带的中频信号，并输出至射频电路的第十滤波器；第十滤波器将中频信号进行滤波后输出至第六混频器；第六频率源产生本振信号后依次经第十一滤波器和第十放大器进行滤波放大后输出至第六混频器；第六混频器将输入的滤波放大后的本振信号与滤波后的中频信号进行混频上变频至载波为E波段的超宽带信号，再依次经过第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器进行滤波放大后输出。

其中，射频电路中的滤波器采用基于MEMS工艺的硅基滤波器。

其中，中频电路中低中频滤波器采用隔直电容加入低通滤波器的方式实现滤波；

本发明相比背景技术具有如下优点：

1.本发明的中频电路采用将整个信号带宽划分为两个子频段，各2.5GHz带宽，各支路分别经过变频至合适的频段后，经过超宽带合路器并滤波的方式形成完整的5GHz超宽带的高中频信号，从中频电路输出。

2.本发明的射频电路中发射电路中加入了宽带数控衰减器，可以提供给发射电路可变的输出功率电平。

3、本发明的中频电路采用多级中频放大器与宽带衰减器组成的宽带AGC设计方法保证了通信系统的动态范围。

4、本发明的射频电路加入射频模拟均衡技术实现了通信链路中5GHz宽带信号的带内幅平一致性。

5.本发明的射频电路中的滤波电路由于频率较高，因此采用基于MEMS工艺的硅基滤波器。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理方框图。

图2为本发明电路的接收通道的硬件实现框图。

图3为本发明电路的发射通道的硬件实现框图。

具体实施方式

参照图1，本发明包括双工器、射频电路、中频电路、时钟及控制电路和电源电路。图1为本发明的电路原理框图。

本发明采用了将整个信号带宽划分为两个子频段，各2.5GHz带宽，两个支路分别经过变频至合适的频段后，再经过超宽带合路器以及滤波的方式形成完整的5GHz超宽带的高中频信号。由于信号为超宽带，为保证其幅度一致性加入了射频模拟均衡技术实现了通信链路中5GHz宽带信号的带内幅平一致性。并且对于无源器件的超宽带特性采用了薄膜电路，薄膜电路是要利用MEMS工艺将一片晶圆的图形层下方的硅衬底刻蚀掉，并利用低压化学气相沉积(LPCVD)在图形层与硅衬底之间先沉积一层厚度仅为数个微米的SiO2钝化层，从而实现薄膜电路结构。

本发明中双工器的主要功能是将从射频电路输出的射频信号经过双工器的一个通道滤波隔离输出至天线发射到自由空间，并将从天线送入双工器的射频信号进行滤波隔离再送入射频电路进行下变频处理。

本发明中射频电路的主要作用是将双工器输出的射频信号进行下变频至高中频，送入中频电路，完成带宽为5GHz的超宽带信号从E波段变频到高中频的搬移。将中频电路输出的超宽带高中频信号进行混频至E频段，完成超宽带信号从高中频变频到E频段的搬移。

本发明中频电路的主要作用是将射频电路输出的宽带高中频信号进行分路滤波，分别被不同的载波下变频，形成两路带宽为2.5GHz的低中频载波信号。完成将高中频宽带信号频谱分离并且下变频至低中频信号的功能。5GHz带宽的信号通过带通滤波器后与不同频率的载波混频，分别搬移至两路载波频率的2.5GHz带宽低中频信号，其中两个支路中都加入宽带AGC电路保证整个接收机的动态范围。

将外部送入的两路带宽为2.5GHz的低中频信号分别与两个不同频率的载波混频上变频至高中频，两路高中频信号分别经过滤波滤出在两个载波上的两路2.5GHz带宽信号，最后经过合路器将两路频谱合成为一个5GHz带宽的高中频信号，此信号送入射频电路进行上变频至E波段。

本发明中时钟及控制电路的作用是为射频电路和中频电路提供参考时钟信号。并提供整个收发信机工作所需参数的设置以及监控。

本发明中电源电路的作用是为整个射频电路与中频电路，时钟及控制电路提供稳定，线性可靠的电源。它是将从接口电路引入的电源进行线性稳压并且滤波输出不同的电压。

本发明工作原理如下：

本超宽带E波段收发信机采用频分双工的工作模式。接收信号通过收发信机的双工器进行滤波隔离后，送入接收通道如图2所示。在图2中，接收通道分为两部分：射频电路和中频电路。E频段超宽带信号首先在射频电路中经过低噪声放大滤波，再下变频到超宽带高中频信号。其中超宽带E频段的滤波器由于其频率极高，为具备足够的加工精度，因此采用基于MEMS工艺的硅基滤波器。本振信号的频率也较高，锁相环综合器无法直接输出，采用四次倍频方案。高中频信号送入中频电路，进行分路滤波，分别被不同频率的载波下变频，形成两路带宽为2.5GHz的低中频载波信号。完成将高中频宽带信号频谱分离并且下变频至低中频信号的功能。5GHz带宽的信号通过带通滤波器后与不同频率的载波混频，分别搬移至两路载波频率的2.5GHz带宽低中频信号。另外，每一个子频带通道中都加入宽带自动增益控制AGC电路保证整个接收机的动态范围。中频电路完成了将超宽带信号再次下变频并且划分超宽带信号的功能，进而保证整个超宽带信号的完整性。具体电路结构为：

接收通道中，射频电路包括第一放大器、第一滤波器、第一混频器、第一频率源、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器和第三放大器；中频电路包括分路器、第四滤波器、第五滤波器、第二混频器、第三混频器、第六滤波器、第七滤波器、第二频率源、第三频率源、第四放大器、第五放大器、第一增益放大器和第二增益放大器；无线信号经过双工器滤波后依次进入射频电路的第一放大器和第一滤波器进行放大和滤波，放大和滤波后的无线信号输出至第一混频器；第一频率源输出本振信号依次经过第二滤波器和第二放大器进行放大滤波后输出至第一混频器；第一混频器将放大滤波后的无线信号与本振信号进行混频下变频到载波为中频的宽带信号后，依次经过第三滤波器和第三放大器送入中频电路的分路器；分路器将载波为中频的宽带信号进行分路后，将两路信号分别经第四滤波器和第五滤波器滤波得到两个子频带，将两个子频带分别对应输出至第二混频器和第三混频器；第二频率源产生本振信号，经第四放大器放大后输出至第二混频器；第三频率源产生本振信号，经第五放大器放大后输出至第三混频器；第二混频器和第三混频器分别将各自输入的本振信号与子频带混频进行下变频，形成低中频载波信号，并一一对应输出至第六滤波器和第七滤波器；第六滤波器和第七滤波器分别将输入的低中频载波信号进行滤波后一一对应输出至第一增益放大器和第二增益放大器；第一增益放大器和第二增益放大器将输入的滤波后的低中频载波信号放大后输出。

发射信号从调制电路输出至发射通道输入口，如图3所示。在图3中，发射通道同样分为射频电路和中频电路两部分。电路和外部送入的两路带宽为2.5GHz的低中频信号输入中频电路的中频输入端口，分别与两个不同频率的载波混频上变频至高中频。两路高中频信号分别经过滤波器滤出在两个载波上的两路2.5GHz带宽信号，最后经过合路器将两路频谱合成为一个5GHz带宽的高中频信号。此超宽带信号送入射频电路进行滤波并且上变频，形成超宽带E波段发射信号。最后经过双工器滤波隔离后，由天线辐射至自由空间。在发射电路中还加入宽带数控衰减器来控制发射功率。由于信号宽带很宽，滤波器的带内幅度平衡较差，使得信号带宽内无法实现较好的幅度一致性。因此，需要另外加入射频模拟均衡技术来修正不平衡度，保证发射信号的有效性。具体电路结构为：

发射通道中，中频电路包括第四混频器、第五混频器、第四频率源、第五频率源、第六放大器、第七放大器、第八滤波器、第九滤波器、第八放大器、第九放大器和合路器；射频电路包括第十滤波器、第六频率源、第十一滤波器、第十放大器、第六混频器、第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器；两路调制信号从外部送入中频电路的第四混频器和第五混频器；第四频率源产生本振信号，经第六放大器放大后输出至第四混频器；第五频率源产生本振信号，经第七放大器放大后输出至第五混频器；第四混频器和第五混频器分别将输入的本振信号和调制信号进行混频并上变频至高中频载波信号，第四混频器输出的高中频载波信号经第八滤波器和第八放大器进行滤波放大后输出至合路器，第五混频器输出的高中频载波信号经第九滤波器和第九放大器进行滤波放大后输出至合路器；合路器将输入的两路滤波放大后的高中频载波信号合成一路超宽带的中频信号，并输出至射频电路的第十滤波器；第十滤波器将中频信号进行滤波后输出至第六混频器；第六频率源产生本振信号后依次经第十一滤波器和第十放大器进行滤波放大后输出至第六混频器；第六混频器将输入的滤波放大后的本振信号与滤波后的中频信号进行混频上变频至载波为E波段的超宽带信号，再依次经过第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器进行滤波放大后输出。

Claims (7)

1.一种超宽带E波段收发信机，包括双工器、射频电路、中频电路、时钟及控制电路和电源电路；其特征在于：对于上行处理的数据，两路外部调制信号输入至中频电路的调制信号输入口；中频电路将输入的两路外部调制信号分别变频至不同载波频率，并进行滤波后合成一路超宽带的中频信号，输出至射频电路；射频电路将超宽带的中频信号再次进行上变频至E波段的超宽带信号，并输出至双工器；双工器滤出发射的超宽带信号经天线发射；

对于下行处理的数据，天线接收无线信号送至双工器的输入输出公共端；无线信号经双工器的输出口输出至射频电路的射频信号输入口；射频电路将无线信号由E波段的超宽带射频信号下变频至载波为中频的宽带信号，并输出至中频电路的中频信号输入口；中频电路将宽带信号进行功率分配为两路，并分别进行滤波后得到两路边带信号，将两路边带信号再进行下变频至两路低中频载波信号，将两路低中频载波信号进行信号的解调并输出；

时钟及控制电路的时钟信号输出口分别与射频电路和中频电路的时钟信号输入口相连接，为整个收发信机提供统一的时钟参考；电源电路输出不同的电压提供给射频电路与中频电路；时钟及控制电路的控制线与射频电路，中频电路以及电源电路的控制线相连接，提供监控信号。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：接收通道中，射频电路包括第一放大器、第一滤波器、第一混频器、第一频率源、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器和第三放大器；中频电路包括分路器、第四滤波器、第五滤波器、第二混频器、第三混频器、第六滤波器、第七滤波器、第二频率源、第三频率源、第四放大器、第五放大器、第一增益放大器和第二增益放大器；无线信号经过双工器滤波后依次进入射频电路的第一放大器和第一滤波器进行放大和滤波，放大和滤波后的无线信号输出至第一混频器；第一频率源输出本振信号依次经过第二滤波器和第二放大器进行放大滤波后输出至第一混频器；第一混频器将放大滤波后的无线信号与本振信号进行混频下变频到载波为中频的宽带信号后，依次经过第三滤波器和第三放大器送入中频电路的分路器；分路器将载波为中频的宽带信号进行分路后，将两路信号分别经第四滤波器和第五滤波器滤波得到两个子频带，将两个子频带分别对应输出至第二混频器和第三混频器；第二频率源产生本振信号，经第四放大器放大后输出至第二混频器；第三频率源产生本振信号，经第五放大器放大后输出至第三混频器；第二混频器和第三混频器分别将各自输入的本振信号与子频带混频进行下变频，形成低中频载波信号，并一一对应输出至第六滤波器和第七滤波器；第六滤波器和第七滤波器分别将输入的低中频载波信号进行滤波后一一对应输出至第一增益放大器和第二增益放大器；第一增益放大器和第二增益放大器将输入的滤波后的低中频载波信号放大后输出。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：发射通道中，中频电路包括第四混频器、第五混频器、第四频率源、第五频率源、第六放大器、第七放大器、第八滤波器、第九滤波器、第八放大器、第九放大器和合路器；射频电路包括第十滤波器、第六频率源、第十一滤波器、第十放大器、第六混频器、第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器；两路调制信号从外部送入中频电路的第四混频器和第五混频器；第四频率源产生本振信号，经第六放大器放大后输出至第四混频器；第五频率源产生本振信号，经第七放大器放大后输出至第五混频器；第四混频器和第五混频器分别将输入的本振信号和调制信号进行混频并上变频至高中频载波信号，第四混频器输出的高中频载波信号经第八滤波器和第八放大器进行滤波放大后输出至合路器，第五混频器输出的高中频载波信号经第九滤波器和第九放大器进行滤波放大后输出至合路器；合路器将输入的两路滤波放大后的高中频载波信号合成一路超宽带的中频信号，并输出至射频电路的第十滤波器；第十滤波器将中频信号进行滤波后输出至第六混频器；第六频率源产生本振信号后依次经第十一滤波器和第十放大器进行滤波放大后输出至第六混频器；第六混频器将输入的滤波放大后的本振信号与滤波后的中频信号进行混频上变频至载波为E波段的超宽带信号，再依次经过第十二滤波器、数控衰减器、第十一放大器和第十二放大器进行滤波放大后输出。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：射频电路中的滤波器采用基于MEMS工艺的硅基滤波器。

5.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：中频电路中低中频滤波器采用隔直电容加入低通滤波器的方式实现滤波。

6.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：中频电路采用将整个信号带宽划分为两个子频段，各2.5GHz带宽，各支路分别经过变频至合适的频段后，经过超宽带合路器并滤波的方式形成完整的5GHz超宽带的高中频信号，从中频电路输出。

7.根据权利要求1所述的一种超宽带E波段收发信机，其特征在于：中频电路在接收通道采用多级中频放大器与宽带衰减器组成的宽带AGC设计方法保证通信系统的动态范围。