CN110176936A - 一种Ka频段宽带接收电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ka频段宽带接收电路，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和二中频放大电路；射频放大电路依次与射频滤波电路、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和二中频放大电路串联；一混频电路还与一本振电路相连，二混频电路还与二本振电路相连；其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。通过微组装工艺将芯片级器件进行生产装配，有效降低了体积、重量和生产成本、提高了生产效率，从而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。

Description

一种Ka频段宽带接收电路

技术领域

本发明涉及微波通信电子技术领域，特别涉及一种Ka频段宽带接收电路。

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。Ka频段是电磁频谱的微波频段的一部分，其频率范围为26.5-40GHz，该频段直接高于K频段，通常用于卫星通信，存在很大的发展前景。

然而，目前基于分离元器件、组件级联技术的Ka频段接收电路普遍存在着体积大、重量重、功耗大的缺陷，且信号灵敏度一般。

发明内容

鉴于现有技术基于分离元器件、组件级联技术的Ka频段接收电路体积大、重量重、功耗大的问题，提出了本发明的一种Ka频段宽带接收电路，以便克服上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种Ka频段宽带接收电路，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和二中频放大电路；

所述射频放大电路依次与所述射频滤波电路、所述一混频电路、所述一中频滤波电路、所述一中频放大电路、所述二混频电路、所述二中频开关滤波电路和所述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；其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。

可选地，所述射频放大电路为Ka频段低噪声放大芯片，用于对Ka频段输入信号进行低噪声放大。

可选地，所述射频滤波电路为Ka频段硅腔MEMS滤波器芯片，用于对带外信号进行滤波抑制。

可选地，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。

可选地，所述一本振电路为基于微封装工艺的点频数字锁相环电路，用于产生点频本振信号。

可选地，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。

可选地，所述一中频放大电路使用1dB压缩点功率高达15dBm的放大器芯片，用于对所述一中频滤波电路滤波后的信号进行放大。

可选地，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；所述二本振电路为基于微封装工艺的扫频数字锁相环电路，用于产生扫频本振信号。

可选地，所述二中频开关滤波电路为单片微波集成电路MMIC开关滤波器芯片，用于对杂波干扰信号进行抑制且对中频带宽进行选择；所述二中频放大电路使用1dB压缩点功率高达18dBm的放大器芯片，用于对信号进行放大。

可选地，所述Ka频段宽带接收电路的所有芯片的输入、输出阻抗均为标准的50Ω。

综上所述，本发明的有益效果是：

通过射频放大电路、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、二中频放大电路等多个电路结构，连接形成Ka频段宽带接收电路，其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。通过微组装工艺将芯片级器件进行生产装配，有效解决了Ka频段微弱信号的接收问题，有效降低了生产成本、提高了生产效率，从而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。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种Ka频段宽带接收电路的原理框图；

图2为本发明一个实施例提供的一种Ka频段宽带接收电路的微封装点频数字锁相环电路的结构图；

图3为本发明一个实施例提供的一种Ka频段宽带接收电路的微封装扫频数字锁相环电路的结构图；

图4为本发明一个实施例提供的一种Ka频段宽带接收电路的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，13-参考输入，14-鉴相器，15-2/4/8分频器，16-有源环路滤波器，17-高通滤波器，18-压控振荡器，19-功分器，20-放大器，21-电源输入，22-输出信号，23-参考输入，24-鉴相器，25-运算放大器，26-压控振荡器，27-1/8分频器，28-滤波器，29-控制输入，30-电源输入，31放大器，32-输出信号，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-控制输入，40-电源输入，41-中频输出。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明的技术构思是：将射频放大电路、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、二中频放大电路等多个电路结构，连接形成Ka频段宽带接收电路，其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。通过微组装工艺将芯片级器件进行生产装配，有效解决了Ka频段微弱信号的接收问题，有效降低了生产成本、提高了生产效率，从而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。

图1至图4示出了本申请Ka频段宽带接收电路的一个实施例。

参考图1所示，一种Ka频段宽带接收电路，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和二中频放大电路10。射频放大电路1依次与射频滤波电路2、一混频电路3、一中频滤波电路5、一中频放大电路6、二混频电路7、二中频开关滤波电路9和二中频放大电路10串联。一混频电路3还与一本振电路4相连，二混频电路7还与二本振电路8相连；其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。

微组装技术是综合运用高密度多层基板技术、多芯片组装技术、三维立体组装技术和系统级组装技术，将集成电路裸芯片、薄/厚膜混合电路、微小型表面贴装元器件等进行高密度互连，构成三维立体结构的高密度、多功能模块化电子产品的一种先进电气互联技术。本申请将射频放大电路、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、二中频放大电路等多个电路结构，连接形成Ka频段宽带接收电路，其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。通过微组装工艺将芯片级器件进行生产装配，有效解决了Ka频段微弱信号的接收问题，有效降低了生产成本、提高了生产效率，从而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。

在本实施例中，射频放大电路1为Ka频段低噪声放大芯片，例如：Ka频段低噪声放大芯片为中电13所的NC10222C-2532型放大芯片，用于对Ka频段输入信号进行低噪声放大。本实施例使用低噪声放大芯片为接收到的Ka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Ka信号成为可能，从而提高了Ka频段宽带接收电路的灵敏度。

在本实施例中，射频滤波电路2为Ka频段硅腔MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)滤波器芯片，用于对带外信号进行滤波抑制。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％，本实施例使用硅腔MEMS滤波器芯片替代现有技术中常用的原腔体滤波器，实现对带外干扰信号的抑制，保证了工作频带内信号频谱的纯度，同时，硅腔MEMS滤波器芯片的使用也极大地减小了产品的体积、重量。

在本实施例中，一混频电路3为双平衡混频器芯片，用于将经过射频滤波电路2滤波后的信号与一本振电路4产生的点频本振信号进行混频。例如本实施例中，一混频电路3使用的双平衡混频器芯片为中电13所的NC10102C-1832型混频芯片。本实施例中，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。其中，所谓中频，是指一种中间频率的信号形式，中频是相对于基带信号和射频信号来讲的，中频可以有一级或多级，它是基带和射频之间过渡的桥梁。

在本实施例中，一本振电路4为基于微封装工艺的点频数字锁相环电路，用于产生点频本振信号，以人工逐点改变输入信号的频率。本实施例中，由于微封装小型化技术的使用，可显著减小一本振电路4的体积、重量和功耗。

该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分频器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(输出信号22)，其中，参考输入13是通过外部输入将参考频率输入到鉴相器14中，参考频率也称为标准频率。此外，微封装点频数字锁相环电路还具有电源输入21。

在本实施例中，一中频滤波电路5为硅腔MEMS滤波器芯片，用于滤除带外的杂波干扰信号，也实现了一中频滤波电路5体积和重量的减小。

在本实施例中，一中频放大电路6使用1dB压缩点功率高达15dBm的放大器芯片，用于对一中频滤波电路5滤波后的信号进行放大。本实施例中，一中频放大电路6使用的放大器芯片为HITTITE公司的HMC392芯片。P-1是放大器1dB压缩点的功率，从此功率回退就逐渐进入线性区。本实施例中，使用1dB压缩点功率高达15dBm的高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，同时，本实施例放大芯片的使用对减小电路的体积、重量也具有显著的作用。

在本实施例中，二混频电路7为双平衡混频器芯片，用于将经过一中频放大电路6放大后的信号与二本振电路8产生的扫频本振信号进行混频；本实施例中，二混频电路7使用的双平衡混频器芯片为HITTITE公司的HMC525混频器芯片。本实施例中，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。

二本振电路8为基于微封装工艺的扫频数字锁相环电路，用于产生扫频本振信号。本申请中，二本振电路8为扫频数字锁相环频率源芯片。本实施例中，使用基于微封装工艺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。

该扫频数字锁相环频率源芯片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：参考输入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27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输出稳定的频率源输出信号32。此外，该扫频数字锁相环频率源电路还包括电源输入30。

在本实施例中，二中频开关滤波电路9为单片微波集成电路MMIC开关滤波器芯片，用于对杂波干扰信号进行抑制且对中频带宽进行选择；由于MMIC开关滤波器芯片的体积、重量不足传统开关滤波组件的1‰，因此可显著减小二中频开关滤波电路9的体积、重量。

二中频开关滤波电路9的具体结构形式见图4，第一中频滤波器35、第二中频滤波器36、第三中频滤波器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分别位于第一中频滤波器35、第二中频滤波器36、第三中频滤波器37的两侧；其工作原理为：二中频信号输入33经第一SP3T开关34分别传递至第一中频滤波器35、第二中频滤波器36、第三中频滤波器37后再传至第二SP3T开关38，按控制输入39的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(中频输出41)。此外，二中频开关滤波电路还具有电源输入40。

二中频放大电路10使用1dB压缩点功率高达18dBm的放大器芯片，用于对信号进行放大。本实施例中，二中频放大电路10使用的放大器芯片为BW185芯片。与一中频放大电路6相似地，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，对减小电路的体积、重量具有显著的作用。

在本实施例中，Ka频段宽带接收电路的所有芯片的输入、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。

本实施例Ka频段宽带接收电路的主要工作原理为：接收到的Ka频段信号输入到射频放大电路1后，由射频放大电路1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，由射频滤波电路2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Ka频段宽带接收电路的测试结果见表1：

表1 Ka频段宽带接收电路的测试结果

由表1能够明显看出，本实施例的Ka频段宽带接收电路，各器件之间的输入输出均能实现良好的匹配，灵敏度高，噪声系数低至2.6～3.3dB；频段覆盖带宽，工作带宽覆盖2.5GHz；有效解决了Ka频段微弱信号的接收问题；本实施例基于微组装小型化设计技术，极大地减小了产品的体积、重量，为产品拓展了更广阔的适用领域。而且，本实施例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，体积可达现有接收电路的6％、重量为现有接收电路的10％、功耗为现有接收电路的35％；

综上所述，本申请Ka频段宽带接收电路具有如下有益效果：

本申请Ka频段宽带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；本申请Ka频段宽带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；本申请Ka频段宽带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；本申请Ka频段宽带接收电路采用二次混频模式，把接收到Ka频段信号通过二次混频后输出中频信号，有效解决了Ka频段微弱信号的接收问题；本申请Ka频段宽带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，体积可达现有接收电路的6％、重量为现有接收电路的10％、功耗为现有接收电路的35％；本申请Ka频段宽带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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种Ka频段宽带接收电路，其特征在于，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和二中频放大电路；

所述射频放大电路依次与所述射频滤波电路、所述一混频电路、所述一中频滤波电路、所述一中频放大电路、所述二混频电路、所述二中频开关滤波电路和所述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；其中各电路所用芯片均为芯片级器件，采用微组装工艺装配。

2.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，其特征在于，所述射频放大电路为Ka频段低噪声放大芯片，用于对Ka频段输入信号进行低噪声放大。

3.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，其特征在于，所述射频滤波电路为Ka频段硅腔MEMS滤波器芯片，用于对带外信号进行滤波抑制。

4.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，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Ka频段宽带接收电路，其特征在于，所述一本振电路为基于微封装工艺的点频数字锁相环电路，用于产生点频本振信号。

6.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，其特征在于，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。

7.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，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的放大器芯片，用于对所述一中频滤波电路滤波后的信号进行放大。

8.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，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；所述二本振电路为基于微封装工艺的扫频数字锁相环电路，用于产生扫频本振信号。

9.根据权利要求1所述的Ka频段宽带接收电路，其特征在于，所述二中频开关滤波电路为单片微波集成电路MMIC开关滤波器芯片，用于对杂波干扰信号进行抑制且对中频带宽进行选择；所述二中频放大电路使用1dB压缩点功率高达18dBm的放大器芯片，用于对信号进行放大。

10.根据权利要求1-9任一所述的Ka频段宽带接收电路，其特征在于，所述Ka频段宽带接收电路的所有芯片的输入、输出阻抗均为标准的50Ω。