CN109150207B - 一种自混频变频装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自混频变频装置。该装置包括前端部分和自混频部分，其中前端部分包括外部天线、单刀二掷开关、灵敏度控制衰减器和第一低噪声放大器；自混频部分包括频带折叠滤波组、第一混频器、功分器、第二混频器、第二带通滤波器、第四混频器、限幅放大器、带通滤波和延时器、第二低噪声放大器、第三混频器、第四带通滤波器和第四低噪声放大器。首先通过频带折叠滤波组，把宽带的射频信号折叠到窄的低频信号后，通过可切换的点频源信号把信号上变频到毫米波后，然后经过两功分器后分别处理两路信号，最后把两路信号进行混频后，得到中频输出信号。本发明提高了搜索速度和灵敏度，增大了搜索范围，电路尺寸小、工艺简单、成本低。

Description

一种自混频变频装置

技术领域

本发明涉及应用变频技术与微电子技术领域，特别是一种自混频变频装置。

背景技术

超快搜索的自混频变频装置是一种用于数字微波通信、雷达、电子对抗和制导仪器等电子系统设备中的模拟电子部件。在射频信号的接收机电路中，需要快速的搜索外部信号，一般的接收机变频设备是通过不断改变内部的扫频本振信号，经过变频后对输出信号的解析来计算出实际接收到的射频信号的具体参数。而采用自混频的变频模式，是将对外部侦测的信号频率，经过频带折叠，然后根据信号的相关性，对折叠后的信号经过与点频源信号混频后上变频到毫米波频段后，功分为两个通道分别处理，其中的一个通道通过经过限幅、放大、滤波、两次变频处理后得到新的与原来侦测的射频信号相关的本振信号，另外的一个通道经过放大、滤波及延时后作为参与混频的射频信号，最终两个通道信号经过混频变频后得到需要的中频输出信号。描述这种产品性能的主要技术指标有：1)工作频率范围；2)频率切换时间；3)接收灵敏度；4)电路尺寸；5)信号瞬时带宽；6)系统噪声系数；7)总动态范围；8)相位一致性。

传统的搜索装置由于需要连续的设置更改扫频频率，受限于连续本振跳频时间，所以无法满足快速搜索、跟踪外部信号的要求，造成接收缺陷。传统的搜索装置主要缺点有：1)搜索频率时间长；2)跟踪速度慢；3)瞬时跟踪范围窄；4)侦测时需要不停调整扫频频率，工作量极大；5)扫频本振信号的带宽需要更宽；6)系统的相位噪声低；7)可侦测的灵敏度差；8)变频时的预选滤波器数量较多；9)系统调试工作量大；10)受工艺控制参数影响，电路间电性能一致性较差；11)电路尺寸较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速搜索侦测接收信号、接收灵敏度高、系统调试工作量小且能够超快搜索的自混频变频装置。

实现本发明目的技术解决方案是：一种自混频变频装置，包括前端部分和自混频部分，所述前端部分包括外部天线、单刀二掷开关、灵敏度控制衰减器和第一低噪声放大器；所述自混频部分包括频带折叠滤波组、第一混频器、功分器、第二混频器、第二带通滤波器、第四混频器、限幅放大器、带通滤波和延时器、第二低噪声放大器、第三混频器、第四带通滤波器和第四低噪声放大器；

输入的超宽带射频信号，经过单刀二掷开关，然后经过灵敏度控制衰减和第一低噪声放大器对信号进行放大后，进入频带折叠滤波组，与第一～二点频源进行混频处理，接着进入第一混频器，与第三～五点频源混频处理后上变频到毫米波频段，将上变频所得高频信号经过功分器功分两路信号，其中的一路信号进入第二混频器与第一本振源进行变频处理，经过第二带通滤波器后，进入第四混频器与第二本振源进行第二次变频处理，然后经过限幅放大器后，作为与输入信号相关的本振信号送入第三混频器；另外一路信号经过带通滤波和延时器、第二低噪声放大器后，送入第三混频器；第三混频器将接收到的两种信号进行混频处理，最后经过第四带通滤波器和第四低噪声放大器处理后，输出中频信号。

进一步地，K1控制位与单刀二掷开关相连接，K2控制位与灵敏度控制衰减器相连接，K3控制位与频带折叠滤波组相连接，K1、K2、K3为独立的TTL控制信号，根据输出信号的频率及幅度大小调整控制开关控制位。

进一步地，所述第一～五点频源、及第一～二本振源均为采用恒温晶振直接倍频合成而产生的频率源，所有信号源的参考频率为同频同相，最终点频源的输出达到相位噪声-97～-100dBc/Hz@1KHz，并且能够通过高速开关切换不同输出频率，开关切换的速度小于150nS。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)、采用快速切换的点频源代替慢速控制扫频本振源，加快了搜索速度，提高了跟踪的有效性；(2)、瞬时搜索范围大，提高了瞬时捕捉率；(3)、电路尺寸小，滤波器数量少；(4)、成本低，工艺简单；(5)、变频系统只需用点频源；(6)系统相位噪声低；(7)灵敏度高。电路拓扑结构简单、设计简便、工艺难度小，

附图说明

图1是本发明自混频变频装置的结构框图。

图2是本发明的控制方法流程示意图。

具体实施方式

本发明自混频变频装置，包括前端部分和自混频部分，所述前端部分包括外部天线、单刀二掷开关S1、灵敏度控制衰减器S2和第一低噪声放大器F1；所述自混频部分包括频带折叠滤波组B1、第一混频器M1、功分器P1、第二混频器M2、第二带通滤波器B2、第四混频器M4、限幅放大器F3、带通滤波和延时器B3、第二低噪声放大器F2、第三混频器M3、第四带通滤波器B4和第四低噪声放大器F4；

输入的超宽带射频信号Sin RF，经过单刀二掷开关S1，然后经过灵敏度控制衰减S2和第一低噪声放大器F1对信号进行放大后，进入频带折叠滤波组B1，与第一～二点频源LO1、LO2进行混频处理，接着进入第一混频器M1，与第三～五点频源LO3、LO4、LO5混频处理后上变频到毫米波频段，将上变频所得高频信号经过功分器P1功分两路信号，其中的一路信号进入第二混频器M2与第一本振源LO6进行变频处理，经过第二带通滤波器B2后，进入第四混频器M4与第二本振源LO7进行第二次变频处理，然后经过限幅放大器F3后，作为与输入信号相关的本振信号送入第三混频器M3；另外一路信号经过带通滤波和延时器B3、第二低噪声放大器F2后，送入第三混频器M3；第三混频器M3将接收到的两种信号进行混频处理，最后经过第四带通滤波器B4和第四低噪声放大器F4处理后，输出中频信号Sout IF。

进一步地，K1控制位与单刀二掷开关S1相连接，K2控制位与灵敏度控制衰减器S2相连接，K3控制位与频带折叠滤波组B1相连接，K1、K2、K3为独立的TTL控制信号，根据输出信号的频率及幅度大小调整控制开关控制位。

进一步地，所述第一～五点频源LO1、LO2、LO3、LO4、LO5、及第一～二本振源LO6、LO7均为采用恒温晶振直接倍频合成而产生的频率源，所有信号源的参考频率为同频同相，最终点频源的输出达到相位噪声-97～-100dBc/Hz@1KHz，并且能够通过高速开关切换不同输出频率，开关切换的速度小于150nS。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

结合图1，本实施例一种超快搜索的自混频变频装置，包括两大部分：前端部分和自混频部分，所述前端部分包括外部天线、单刀二掷开关S1、灵敏度控制衰减器S2和第一低噪声放大器F1；所述自混频部分包括频带折叠滤波组B1、第一混频器M1、功分器P1、第二混频器M2、第二带通滤波器B2、第四混频器M4、限幅放大器F3、带通滤波和延时器B3、第二低噪声放大器F2、第三混频器M3、第四带通滤波器B4和第四低噪声放大器F4；

结合图2，本实施例超快搜索的自混频变频装置的控制流程为：根据外部天线接收的高频射频信号Sin RF进入装置，经过单刀二掷开关S1与自检信号进行开关切换，获得选择是外部信号还是自检信号；然后经过灵敏度控制衰减器S2、第一低噪声放大器F1对信号进行低噪声放大提高接收灵敏度后，送入频带折叠滤波组B1进行开关频段的选择处理，统一变频到低的射频信号，信号进入第一混频器M1后经过功分器P1功分两个通道，其中的一个通道经过第二混频器M2后、第二带通滤波器B2、第四混频器M4和限幅放大器F3后，作为本振信号与另外的一个通道信号经过带通滤波和延时器B3、第二低噪声放大器F2处理后通过混频器M3变频处理，然后经过第四带通滤波器B4、第四低噪声放大器F4放大后，变为Sout中频信号。

与单刀二掷开关S1相连接的为K1 1bit控制位，与灵敏度控制S2相连接的为K21bit控制位，与频带折叠滤波器组B1相连接的分别为K3 2bit控制位和点频源LO1和LO2，与混频器M1相连接的为点频源LO3、LO4和LO5，与M2和M5分别连接的为点频源LO6和LO7。

进一步地，对于输入超宽带射频信号，经过单刀二掷开关S1，该单刀二掷开关必须满足两个条件：第一，具有大于60dB的隔离度；第二，具有相位稳定性；然后经过灵敏度控制衰减器S2和低噪声放大器F1对信号进行放大，放大后的信号连接频带折叠滤波组B1，与点频源变频LO1、LO2进行混频处理，把外部宽带输入信号通过三组滤波器折叠到低频段，提高其杂散和降低系统相位噪声；接着连接第一混频器M1与点频源变频LO3、LO4、LO5混频处理后上变频到毫米波频段，然后对高频信号的经过功分器P1功分两路信号，其中的一路信号进入第二混频器M2与本振源LO6进行变频处理，经过第二带通滤波器B2后，进入第四混频器M4与本振源LO7进行第二次变频处理，然后经过限幅放大器F3后，作为与输入信号相关的本振信号送入第三混频器M3；另外的一路信号经过带通滤波和延时器B3、第二低噪声放大器F2后，送入第三混频器M3；第三混频器M3将接收到的两种信号进行混频处理，最后经过第四带通滤波器B4和第四低噪声放大器F4处理后，输出所需要的中频信号Sout IF。

进一步地，点频源LO1、LO2、LO3、LO4、LO5、LO6和LO7是采用恒温晶振直接倍频合成而产生的低相噪、低杂散的频率源，所有信号源的参考频率为同频同相，最终点频源的输出可以达到相位噪声-97～-100dBc/Hz@1KHz，并且可以通过高速开关切换不同输出频率，开关切换的速度小于150nS，有效的提高了侦测信号的速度，能够快速的捕获外部跳变的信号。

进一步地，本发明超快搜索的自混频变频装置，通过对输入信号的变频处理，提取出来与输入的信号相关的信号作为本振信号，适用于信号方式为连续波和脉冲信号。并且经过变频后的信号，只要输入信号落入在对应的本振窗口中，不需要调整本振信号，射频信号的变化，始终对应相同的中频信号，信号处理简单方便，系统的动态范围大，相位噪声低、灵敏度高。

对单刀二掷开关S1的控制，可以通过外部信号源自检系统工作状态；

对内部的两态数控衰减器的灵敏度控制，可以提高系统的接收动态范围；

对内部的点频源快速切换，可以收缩工作带宽，具体为：通过控制单元，首先判断输出信号频率和幅度，如果输出幅度值低于检测门限值后，控制单元快速切换内部点频源信号，同时侦测输出信号幅度及频率，直至输出信号频率及幅度满足可检测的灵敏度后停止；

限幅放大处理，可以提供不随输入功率变化的恒定本振信号，满足系统的动态范围要求，通过对较大变化范围的信号，经过多级放大器逐步放大后，由于放大器的输出P1dB的限幅，保证对输入大范围的信号。

综上所述，本发明超快搜索的自混频变频装置，通过灵敏度判断控制提高系统接收机的接收灵敏度，通过频带折叠滤波组降低工作带宽，通过对折叠后的频率进行变频处理分离本振信号，然后与射频信号进行混频处理，达到快速搜索的目的。

Claims (3)

1.一种自混频变频装置，其特征在于，包括前端部分和自混频部分，所述前端部分包括外部天线、单刀二掷开关(S1)、灵敏度控制衰减器(S2)和第一低噪声放大器(F1)；所述自混频部分包括频带折叠滤波组(B1)、第一混频器(M1)、功分器(P1)、第二混频器(M2)、第二带通滤波器(B2)、第四混频器(M4)、限幅放大器(F3)、带通滤波和延时器(B3)、第二低噪声放大器(F2)、第三混频器(M3)、第四带通滤波器(B4)和第四低噪声放大器(F4)；

输入的超宽带射频信号(Sin RF)，经过单刀二掷开关(S1)，然后经过灵敏度控制衰减(S2)和第一低噪声放大器(F1)对信号进行放大后，进入频带折叠滤波组(B1)，与第一～二点频源(LO1、LO2)进行混频处理，接着进入第一混频器(M1)，与第三～五点频源(LO3、LO4、LO5)混频处理后上变频到毫米波频段，将上变频所得高频信号经过功分器(P1)功分两路信号，其中的一路信号进入第二混频器(M2)与第一本振源(LO6)进行变频处理，经过第二带通滤波器(B2)后，进入第四混频器(M4)与第二本振源(LO7)进行第二次变频处理，然后经过限幅放大器(F3)后，作为与输入信号相关的本振信号送入第三混频器(M3)；另外一路信号经过带通滤波和延时器(B3)、第二低噪声放大器(F2)后，送入第三混频器(M3)；第三混频器(M3)将接收到的两种信号进行混频处理，最后经过第四带通滤波器(B4)和第四低噪声放大器(F4)处理后，输出中频信号(Sout IF)。

2.根据权利要求1所述的自混频变频装置，其特征在于，K1控制位与单刀二掷开关(S1)相连接，K2控制位与灵敏度控制衰减器(S2)相连接，K3控制位与频带折叠滤波组(B1)相连接，K1、K2、K3为独立的TTL控制信号，根据输出信号的频率及幅度大小调整控制开关控制位。

3.根据权利要求1所述的自混频变频装置，其特征在于，所述第一～五点频源(LO1、LO2、LO3、LO4、LO5)、及第一～二本振源(LO6、LO7)均为采用恒温晶振直接倍频合成而产生的频率源，所有信号源的参考频率为同频同相，最终点频源的输出达到相位噪声-97～-100dBc/Hz@1KHz，并且能够通过高速开关切换不同输出频率，开关切换的速度小于150nS。