CN109861708A - 一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，包含：射频接收模块，设有八个独立且相同的接收通道，微波信号经过射频接收模块将频率下变频到一组正交的中频信号；中频处理模块，将射频接收模块输出的八路中频信号进行处理；本振功分模块，设有对称的八等分功率结构，以保证八路功分信号传输一致；电源模块，为射频接收模块和中频处理模块提供各种馈电信号。本发明可实现组件的任意单通道优良电性能指标、多通道之间性能指标一致性高、隔离度高的基础，满足超小型化设计需求。本发明设计合理、布局紧凑、指标优良、性能可靠，不仅任意单通道的端口驻波小、噪声小、增益高、镜像抑制度高；八通道间的电性能指标一致性高、隔离度高。

Description

一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机

技术领域

本发明涉及微波接收技术，特别涉及一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机。

背景技术

在微波传输系统中，微波发射机的功能是将载有信息的信号调制到射频载波上，而微波接收机的功能是解调经过微波发射机调制的信号，同时，还要保证足够的信噪比。

由于无线传输环境的特殊性，例如多径效应、路径损耗、时变性等，导致噪声和干扰无处不在，微波接收机的性能就显得尤为重要。微波接收机是一个系统，在进行系统设计时，各级电路的工作频率、增益、噪声系数、线性度、功耗都要系统的考虑。除此之外，还要考虑总体性能等，因此，在设计中必须协调各电路模块，确保性能指标达到所需要求。

现有技术中记载有毫米波四通道接收机，通过天线接收舰载设备四象限天线发射的毫米波信号，经由下变频组件和压控振荡器HMC509芯片产生的本振混频后得到中频信号。该方案阐述了下变频的实现原理，完成了多通道射频信号到中频信号的下变频功能，但是没有提供四通道之间的电性能如增益、噪声、相位一致性情况和通道间的隔离度情况。而且，腔体滤波器的引入，大大增加了设计的体积，没有实现接收机的小型化设计。

另，现有技术中还公开了采用二次变频的方式得到的一种微波接收机，但是，射频开关的引入大大增加了接收机的噪声系数，从而降低了接收机的灵敏度。没有本发明的综合优势。现有技术中还介绍有接收机采用环路自适应控制，补偿各个通道之间的相位差。没有本发明通过微组装金丝键合调相的方法保持相位一致性的设计方法简单易实现。

对于现有技术中介绍的一种多通道的雷达接收机的设计方法，没有相位一致性和超小型化的设计有点。且现有技术中记载的接收机的回波传输路径不同，因而带来相位差的问题，然后利用算法完成相位一致性的补偿，同时该方法为小型化的设计引入了新的问题。没有本发明在射频电路设计上就保证相位一致性的可靠性高，再采取微组装键合工艺，在带线两旁通过相位补偿块，实现相位一致性的方法简单明了易实现。

上述列举公开的现有技术阐述了多通道接收机的设计方法，虽然单通道都是可以独立工作的，而且本振均采用的是将本振信号等功率分为若干份，为独立的接收通道提供本振信号；但是，都是从微波接收的某一个或某几个角度进行了设计，单通道技术指标，多通道指标尤其相位一致性、超小型化、微组装工艺实现、低成本、设计简化等等多种角度综合考虑多通道接收机的设计，达到最优的设计方案。本发明的接收方案不仅电路实现方式简单，而且也达到了多方面指标综合考虑的最优设计效果；同时通过调整可控衰减器的衰减量达到了一定功率范围内的校准信号。本发明提供了一种方式简单、性能稳定可靠的通道校准信号实现方法，具有很强的实用性及应用前景。所以，本发明在众多指标的综合考虑上有更加明显的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，该应用于Ku波段的八通道接收机实现了任意单通道的高电性能，多通道之间的一致性和高隔离度，以满足微波接收机越来越高的发展趋势需求。任意一路通道均可完全独立的工作，都具有端口驻波小、噪声小、增益高、镜像抑制度高的电性能特点。八路通道的电性能指标一致性高，任意两路通道之间的隔离度高。且电路设计理念是模块化设计，使得通道间的隔离度很高，通道间没有信号的串扰。另，接收机盒体选用的材料是硅铝合金。电路模块均采用直接烧结的微组装工艺方法烧结在硅铝盒体上，不仅微组装的实现工艺简单，微波接地性能很好，而且大大节省了空间，实现了接收机的超小型化，提高了接收机的可靠性。

为了达到上述目的，本发明公开的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，包含：

射频接收模块，设置有八个独立且相同的接收通道；所述射频接收模块接收到微波信号，该微波信号经过射频接收模块将频率下变频到一组正交的中频信号；

中频处理模块，将所述射频接收模块输出的八路中频信号进行处理，得到处理后的八路中频信号；

给所述射频接收模块提供八路本振信号的本振功分模块，设置有对称的八等分功率结构，以保证八路功分信号传输一致；

独立结构腔的电源模块，其分别为所述射频接收模块和所述中频处理模块提供各种馈电信号。

优选地，所述射频接收模块、所述中频处理模块、所述本振功分模块和所述电源模块的各自电路板结构均采用Rogers 5880材料加工，并采用直接烧结于接收机的盒体上的微波方法。

优选地，所述盒体采用硅铝合金材料。

优选地，所述接收机包含采用烧结的工艺方法固定于盒体上的各类绝缘子和电源电连接器，且所述接收机还包含通过激光锡封的微波密封工艺固定于盒体上的接收通道盖板、本振功分盖板、中频盖板及电源盖板，以使各个模块相互隔离，以屏蔽掉来自其他模块的串扰。

优选地，射频信号采用信号绝缘子和相适应的信号电连接器匹配使用。

优选地，所述射频接收模块经由天线得到Ku波段12.5GHz～12.8GHz的微波信号。

优选地，所述射频接收模块中，微波信号依次经过：可保护所述接收机的限幅器、影响接收通道信噪比的低噪声放大器、共同配合以降低镜像频率干扰的镜像抑制滤波器和镜像抑制混频器，以及将所述镜像抑制混频器输出的正交信号进行相位移相和功率合成处理的电桥，从而得到中频信号；其中，所述限幅器设置在在低噪声放大器之前，将强的输入信号或干扰信号限制在某一电平，不随输入信号的电压变化，以对接收机起到过压保护。

优选地，所述低噪声放大器之后的微带线两侧，并距离该微带线0.1mm位置分别设置有5个0.1mm×0.1mm和5个0.05mm×0.05mm的调相块，各个调相块之间距离均为0.05mm。

优选地，所述中频处理模块中，经过电桥之后得到的八路中频信号，依次经过通过低通滤波以滤除射频信号的低通滤波、保证接收机的增益一致性的温补衰减、进行信号放大的级联中频放大器以及阻抗匹配电路，得到处理后的八路中频信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的微波接收机采用模块化的电路设计，根据指标分解，相应地将电路分为射频接收模块、本振功分模块、中频处理模块和电源模块这四个功能模块，接收机的通道间的抗干扰性能高；射频模块和本振模块是决定相位的主要因素，中频的影响不大。射频接收模块设了8个独立的接收通道结构，接收通道的电路设计(布局、器件、供电方式、信号传输路径等)完全一样，保证了8个通道的电性能完全一样；本振功分模块设计了8等分功率布局结构，电路设计完全对称，保证了8路功分信号传输完全一致；中频处理模块采取印制板布置隔离大地形成独立的中频信号传输通道；电源模块也是独立的结构腔，与中频信号从结构上隔离开。

(2)本发明中的采用高性能的硅铝材料，电路通道的结构设计采取独立的细长的腔体设计，在与本振相连的地方，设计了隔板，很好地将射频信号和本振信号隔离开，将相互干扰和串扰降到最低，通道间隔离度大于55dB；且芯片直接烧结于盒体上，节省大量的垫片，且微波接地性能更优，可靠性更高。

(3)在微带线上设计用于金丝键合的相位补偿块，在测试8个通道初始相位的基础上，进行调相，以软件仿真为基础，设计键合块的大小和距离带线的距离。设计的接收输入端微带线的宽度小于标准微带线宽度，在微带线旁边设计调试带线，保证了八路输出信号的增益一致性和相位一致性非常好。

(4)本发明微带板选用5880，结构材料选用硅铝材料。在微组装工艺上，芯片采用直接烧结的方式，大大增加了微波接地的可靠性，使得8个通道的电性能一致性非常好；同时，模块化的设计和合理的布局，接收机的体积只有37mm×35mm×14.2mm，在超小型化方面有绝对优势。

附图说明

图1本发明的超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机正面示意图；

图2本发明的超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机反面示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式本发明做进一步说明。

如图1和图2结合所示，本发明的超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机包括盒体1、接收通道电路板2、接收通道盖板3、本振功分电路板4、本振功分盖板5、中频处理电路板6、中频盖板7、电源电路板8、电源盖板9、绝缘子10、信号电连接器11和电源电连接器12。

其中，接收机的盒体1选用硅铝合金材料，其具有低密度、高热导性、低膨胀系数、低成本、零污染的优良特性，非常适合应用于微波组件。硅铝合金材料的膨胀系数与微波芯片的膨胀系数相近，节省了芯片垫片的装配工序和时间。硅铝合金以其重量轻、高热导率以及低热膨胀系数的优越综合性能，在电子产品特别是微波组件中得到越来越广泛的应用。

硅铝合金材料的金的镀覆性能好，与基材可焊。本发明的接收通道电路板2、本振功分电路板4和中频处理电路板6及电源电路板8均选用Rogers5880材料加工，并采用直接烧结于接收机盒体1上的微波工艺，保证了接收机的良好接地性能。

接收通道盖板3、本振功分盖板5、中频盖板7及电源盖板9采用激光锡封的微波密封工艺固定于接收机的盒体1上。本发明的各类盖板的激光锡封工艺和各类电连接器的烧结工艺，保证了组件的完全密封性能，使得组件完全可以应用于恶劣的潮湿环境中。各类绝缘子10和电源电连接器12采用烧结的工艺方法固定于接收机盒体1上。上述各结构零件和电连接器的固定工艺方法，接收机的各功能模块完全隔离开，屏蔽掉来自其他模块的串扰，保证了接收机的高性能。

本发明的接收通道电路板2(射频接收模块)和中频处理电路板6(中频处理模块)主要是用于接收通道的信号处理电路。本振功分电路板4(本振功分模块)为射频接收模块提供八路本振信号。电源电路板8(电源模块)为射频接收模块和中频处理模块提供各种馈电信号。

射频模块和本振模块是决定相位的主要因素，中频的影响不大。射频接收模块设了8个独立的接收通道结构，接收通道的电路设计(布局、器件、供电方式、信号传输路径等)完全一样，保证了8个通道的电性能完全一样。本振功分模块设计了8等分功率布局结构，电路设计完全对称，保证了8路功分信号传输完全一致。中频处理模块采取印制板布置隔离大地形成独立的中频信号传输通道。电源模块也是独立的结构腔，与中频信号从结构上隔离开。

射频信号采用信号绝缘子10和匹配的信号电连接器11匹配配套使用，保证了组件与整机相连时射频硬件电路连接处的软性连接性能。

射频接收模块的射频信号处理过程是经由天线得到Ku波段12.5GHz～12.8GHz的微波信号，微波信号经过射频接收模块将频率下变频到一组正交的I中频信号和Q中频信号。本振模块为射频接收模块的下变频信号处理过程提供本振信号。电源模块为射频接收模块的下变频信号处理过程提供各种馈电信号。

在射频接收模块中，微波信号依次经过限幅器、低噪声放大器、镜像抑制滤波器、镜像抑制混频器和电桥处理后，得到中频信号。

为了增加接收机的抗烧毁性能，在低噪声放大器之前设计限幅器，对接收机起到过压保护，对于强的输入信号或干扰信号，有可能损坏接收机电路，加入限幅器后，限幅器会将强的输入信号或干扰信号限制在某一电平，再不随输入信号的电压变化，从而保护接收机。

信号经过限幅器之后进入低噪声放大器，该低噪声放大器的低噪声特性直接影响接收通道的信噪比。限幅器的插损、低噪声放大器的高增益和低噪声系数，是影响接收通道低噪声指标的最主要因素。限幅器的插损和低噪声放大器的噪声之和几乎是接收机噪声系数的90％。示例地，本发明的接收噪声系数小于2.0dB。

信号经过低噪声放大器之后，依次进入镜像抑制滤波器和镜像抑制混频器。对于接收机而言，镜像频率是最大的干扰信号，对于接收机的影响是灾难性的。本发明中，信号经过镜像抑制滤波器和镜像抑制混频器后，将镜像频率的干扰降到40dB以下。其中，镜像抑制混频器输出一组正交的I中频信号和Q中频信号，然后输入到90°电桥，将正交信号进行相位移相和功率合成处理，电桥对镜像抑制度和隔离度是补充设计。

中频处理模块中，经过90°电桥之后获得的中频信号，会依次经过低通滤波、温补衰减、级联中频放大、阻抗匹配电路等等过程处理，得到处理后的8路中频信号。

其中，经过电桥之后得到8路中频信号，输入到低通滤波，经过低通滤波，用于滤除射频信号，使得中频频谱更加干净。然后进入放大器进行信号放大。其中，本发明采用中频放大器级联方法，使得增益达到50dB，且在两级放大器之间加入温补衰减器，使得接收机在常温、低温、高温实验环境下，增益一致性小于0.2dB。

如图1和图2所示的布局和电路设计，使得8个通道的射频信号增益一致性小于0.2dB。

在低噪声放大器之后的微带线两边，距离微带线0.1mm的位置，分别设计5个0.1mm×0.1mm，5个0.05mm×0.05mm的调相块，调相块之间距离均为0.05mm，根据初测相位差，通过1根或多根金丝键合，调整相位差。接收机的相位一致性小于10°。

本发明的射频接收模块、中频处理模块、本振功分模块和电源模块这四个模块在电路设计上采取模块化的独立设计，在接收机的通道布局上，8个通道都采取了隔板，将相互干扰和串扰降到最低，通道间隔离度大于55dB。

综上所述，本发明提供的微波接收机采用模块化的电路设计，根据指标分解，将电路分为射频接收模块、本振功分模块、中频处理模块和电源模块四个功能模块。接收通道的电路设计完全一样，保证了8个通道的电性能完全一样。本振功分的电路设计完全对称，保证了8路功分信号的完全一致。

本发明根据模块化的电路设计，在结构布局上，实现了模块化的设计。结构分为正、反两面布局，正面包括射频接收模块和本振功分模块，反面包括中频处理模块和电源模块。射频接收模块设了8个独立的接收通道结构；本振功分模块设计了8等分功率布局结构；中频处理模块采取印制板布置隔离大地形成独立的中频信号传输通道；电源模块也是独立的结构腔，与中频信号从结构上隔离开。

本发明采用高性能的硅铝材料，电路通道的结构设计采取独立的细长的腔体设计，在与本振相连的地方，设计了隔板，很好地将射频信号和本振信号隔离开。芯片直接烧结于盒体上，节省了大量的垫片，而且微波接地性能更优，可靠性更高。

本发明在微带线上设计用于金丝键合的相位补偿块，在测试8个通道初始相位的基础上，进行调相，以软件仿真为基础，设计键合块的大小和距离带线的距离。射频模块和本振模块是决定相位的主要因素，中频的影响不大。在电路设计上，射频模块和本振模块的电路布局使得8个通道的信号传输路径完全一样，中频的信号传输也是完全一样。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，包含：

射频接收模块，设置有八个独立且相同的接收通道；所述射频接收模块接收到微波信号，该微波信号经过射频接收模块将频率下变频到一组正交的中频信号；

中频处理模块，将所述射频接收模块输出的八路中频信号进行处理，得到处理后的八路中频信号；

给所述射频接收模块提供八路本振信号的本振功分模块，设置有对称的八等分功率结构，以保证八路功分信号传输一致；

独立结构腔的电源模块，其分别为所述射频接收模块和所述中频处理模块提供各种馈电信号。

2.如权利要求1所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述射频接收模块、所述中频处理模块、所述本振功分模块和所述电源模块的各自电路板结构均采用Rogers 5880材料加工，并采用直接烧结于接收机的盒体(1)上的微波方法。

3.如权利要求2所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述盒体(1)采用硅铝合金材料。

4.如权利要求2或3所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述接收机包含采用烧结的工艺方法固定于盒体(1)上的各类绝缘子(10)和电源电连接器(12)，且所述接收机还包含通过激光锡封的微波密封工艺固定于盒体(1)上的接收通道盖板(3)、本振功分盖板(5)、中频盖板(7)及电源盖板(9)，以使各个模块相互隔离，以屏蔽掉来自其他模块的串扰。

5.如权利要求1所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

射频信号采用信号绝缘子(10)和相适应的信号电连接器(11)匹配使用。

6.如权利要求1所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述射频接收模块经由天线得到Ku波段12.5GHz～12.8GHz的微波信号。

7.如权利要求1或6所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述射频接收模块中，微波信号依次经过：可保护所述接收机的限幅器、影响接收通道信噪比的低噪声放大器、共同配合以降低镜像频率干扰的镜像抑制滤波器和镜像抑制混频器，以及将所述镜像抑制混频器输出的正交信号进行相位移相和功率合成处理的电桥，从而得到中频信号；

其中，所述限幅器设置在在低噪声放大器之前，将强的输入信号或干扰信号限制在某一电平，不随输入信号的电压变化，以对接收机起到过压保护。

8.如权利要求7所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述低噪声放大器之后的微带线两侧，并距离该微带线0.1mm位置分别设置有5个0.1mm×0.1mm和5个0.05mm×0.05mm的调相块，各个调相块之间距离均为0.05mm。

9.如权利要求7所述的一种超小型化高隔离度的Ku波段八通道接收机，其特征在于，

所述中频处理模块中，经过电桥之后得到的八路中频信号，依次经过通过低通滤波以滤除射频信号的低通滤波、保证接收机的增益一致性的温补衰减、进行信号放大的级联中频放大器以及阻抗匹配电路，得到处理后的八路中频信号。