CN110677166A - 一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统 - Google Patents
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Abstract
一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，属于微波电路技术领域。本发明包括电源处理单元1、频率综合单元2、发射信道3、接收信道4和(LTCC)基板5。本发明充分利用了LTCC作为基板的同时可以当做隔离墙的优势，将发射滤波衰减单元(滤波衰减单元等敏感电路)掏腔下沉到LTCC基板的最底层，使发射滤波衰减单元(滤波衰减单元等敏感电路)和别的射频器件不在同一层，且和别的射频器件之间隔着LTCC隔离墙，有效防止发射滤波衰减单元(滤波衰减单元等敏感电路)受杂波信号干扰，并最大限度的发挥出发射滤波衰减单元(滤波衰减单元等敏感电路)的滤波衰减性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，属于微波电路技术领域。
背景技术
快速发展的通信技术对毫米波收发信道提出了多通道、超小型化、通用化和高可靠性等要求。
传统的毫米波工艺设计，多选用FR4、Rogers5880、Rogers4003等高频印制板为基板，以铝合金或铜为隔板，将敏感器件或敏感电路部分单独隔离起来，以期待达到好的电磁兼容效果，但往往因为金属隔板之间存在一定的缝隙，而使得电磁兼容不能达到预期效果。除此之外，这种工艺设计存在其难以克服的缺点：
1.电路连接关系复杂，工艺装配难度大，且信道结构尺寸过大，无法适应微波电路领域对收发信道轻质化，小型化的要求。
2.项目背景和需求的多样化，导致射频电路的多样化。此类传统工艺的复杂工序和高频电路信号间相互串扰问题导致产品的一致性较差，调试工作量大，调试难度大，不能适应低成本和通用性需要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，实现此类毫米波多通道收发信道的小型化、通用化和可重构，具有低成本、高可靠、高效率等优点。
本发明的技术解决方案是：一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，包括电源处理单元、频率综合单元、发射信道、接收信道和基板；
所述频率综合单元与发射信道和接收信道连接，产生稳定的本振信号，发送给发射信道和接收信道，用于驱动发射信道和接收信道；
所述发射信道接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，处理后生成射频输出信号进行发射；
所述接收信道接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，处理后生成中频输出信号进行解调；
所述电源处理单元与频率综合单元、发射信道和接收信道连接，向频率综合单元、发射信道和接收信道提供稳定电压；
所述基板至少包括两层，所述发射信道和接收信道的滤波衰减单元，以及频率综合单元的环路滤波单元位于底层，发射信道和接收信道中除滤波衰减单元以外，和频率综合单元除环路滤波单元以外，以及电源处理单元位于其它层。
进一步地，所述发射信道和接收信道的个数相同且均不小于2。
进一步地，所述基板LTCC基板。
进一步地，所述发射信道包括发射混频单元、发射滤波衰减单元、发射放大单元和检波单元；所述发射混频单元接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，混频后输出射频信号至发射滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至发射放大单元进行信号放大，输出射频输出信号至检波单元进行检波，检验合格后输出射频发射信号，同时输出检波输出信号至外部数据采集系统。
进一步地，所述接收信道包括接收混频单元、接收滤波衰减单元和接收放大单元；所述接收混频单元接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，混频后输出中频信号至接收滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至接收放大单元进行信号放大，输出中频输出信号。
进一步地，所述频率综合单元包括鉴相器、环路滤波器、分频器、压控振荡器、频率综合单元放大器和分路器；所述鉴相器接收参考射频信号，输出电压信号至环路滤波器；环路滤波器输出调谐电压信号至压控振荡器；压控振荡器输出本振信号至频率综合单元放大器和分频器；分频器输出分频后的低频信号至鉴相器，控制鉴相器输出的电压信号，使得电压信号稳定为固定值；频率综合单元放大器对本振信号进行放大后输出至分路器，分路器将本振信号分为若干路输出信号，分别输出至发射信道和接受信道。
进一步地，所述电源处理单元包括至少两个滤波电路和直流电源稳压电路；所述第一滤波电路接收输入电压，滤除纹波后输出至直流电源稳压电路，输出稳定直流电压至第二滤波电路，滤除纹波后输出至频率综合单元、发射信道和接收信道。
进一步地，射频信号频率为20GHz-35GHz，中频信号频率为DC-3GHz。
进一步地，所述基板的长*宽*高为41mm*[23～33]mm*[2.7～4]mm。
进一步地，多层基板一次加工成型。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术，将LTCC作为基板材料。本发明通过在各层基板中埋置无源电路和互连线等合理布局，将多个收发信道中的多个混频单元、放大、分路单元、滤波、衰减单元、频率综合单元2、电源处理单元、检波单元等集成于41mm*33mm以内的模块内。将LTCC作为基板的同时，还要将LTCC作为隔墙，对射频信号进行隔离，不再使用传统的铝合金或铜为隔墙，进行射频信号的隔离，且将部分无源电路和电路走线埋置于内层基板。从而大大的缩小了尺寸，提高了集成度，同时减小了调试工作量，节约了成本。
2)本发明采用LTCC作为基板，一次加工成型，避免了调试环节，产品工艺稳定性好，成品率高，适用于批量生产和使用。
3)本发明射频信号频率为20GHz-35GHz，中频信号频率为DC-3GHz，涵盖的射频范围大。且可通过更换同类型芯片扩展频率适应范围，进一步增加本发明的通用性。
附图说明
图1为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中发射信道部分原理图；
图2为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中接收信道部分原理图；
图3为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中频率综合单元2部分原理图。
图4为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中电源处理单元部分原理图。
图5为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统总原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步的详细描述。
一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，包括电源处理单元1、频率综合单元2、发射信道3、接收信道4和基板5。
如图5所示为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统总原理图。
频综频率综合单元2为两路发射信道和两路接收信道提供本振信号，电源处理单元为两路发射信道、两路接收信道和频率综合单元2提供处理后的直流稳压电源。所述频率综合单元2与发射信道3和接收信道4连接，产生稳定的本振信号，发送给发射信道3和接收信道4，用于驱动发射信道3和接收信道4；所述发射信道3接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，处理后生成射频输出信号进行发射；所述接收信道4接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，处理后生成中频输出信号进行解调；所述电源处理单元1与频率综合单元2、发射信道3和接收信道4连接，向频率综合单元2、发射信道3和接收信道4提供稳定电压；所述基板5至少包括两层，所述发射信道3和接收信道4的滤波衰减单元，以及频率综合单元2的环路滤波单元位于底层，发射信道3和接收信道4中除滤波衰减单元以外，和频率综合单元2除环路滤波单元以外，以及电源处理单元1位于其它层。所述发射信道3和接收信道4的个数相同且均不小于2。
如图1，所述发射信道3包括发射混频单元、发射滤波衰减单元、发射放大单元和检波单元；所述发射混频单元接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，混频后输出射频信号至发射滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至发射放大单元进行信号放大，输出射频输出信号至检波单元进行检波，检验合格后输出射频发射信号，同时输出检波输出信号至外部数据采集系统。
中频信号IF进入发射混频单元后和本振信号LO进行混频得到射频信号RF。其中发射滤波衰减单元对射频信号RF进行杂波滤除和功率衰减，进而改善频谱纯度和信号传输驻波。发射放大单元对射频信号RF进行放大。检波单元对射频信号RF进行检波，并输出检波信号。
因经过混频后，会有大量的杂波信号随着有用信号输出，为了有效抑制无用杂散，提高频谱纯度，在链路上放置发射滤波衰减单元。本发明充分利用了LTCC作为基板的同时可以当做隔离墙的优势，将发射滤波衰减单元掏腔下沉到LTCC基板的最底层，使发射滤波衰减单元和别的射频器件不在同一层，且和别的射频器件之间隔着LTCC隔离墙，有效防止发射滤波衰减单元受杂波信号干扰，并最大限度的发挥出发射滤波衰减单元的滤波衰减性能。
优选地，两个发射信道3和两个接收信道4时，LTCC基板共16层；
如图2所示为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中接收信道部分原理图。
接收信道4包括接收混频单元、接收滤波衰减单元和接收放大单元；所述接收混频单元接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，混频后输出中频信号至接收滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至接收放大单元进行信号放大，输出中频输出信号。
射频信号RF进入接收混频单元后和本振信号LO进行混频得到中频信号IF。经过接收滤波衰减单元对中频信号IF进行杂波滤除和功率衰减，进而改善频谱纯度和信号传输驻波。接收放大单元对中频信号IF进行信号放大。和发射信道3一样，接收滤波衰减单元掏腔下沉到LTCC基板的最底层，最大限度的发挥出接收滤波衰减单元的滤波衰减性能。
如图3所示为本发明一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中频率综合单元2部分原理图。
参考射频信号fr和经过分频后的压控振荡器输出射频信号fo在鉴相器内进行鉴相，鉴相后输出带有纹波的电压信号vi，vi经过环路滤波器后输出电压信号vt，vt对压控振荡器进行调谐后，压控振荡器输出锁定后的射频信号。本发明中两路发射信道和两路接收信道所需要的本振信号一次是LO1、LO2、LO3、LO4。
因为环路滤波器是频率综合单元2的敏感部分，容易受到信号干扰，干扰信号通过vt调制到有用信号中，使有用信号频谱不纯。为使环路滤波器部分电路有效隔离信号干扰，利用LTCC基板当做隔墙，将环路滤波部分电路掏腔下沉到LTCC基板的最底层。
所述频率综合单元2包括鉴相器、环路滤波器、分频器、压控振荡器、频率综合单元放大器和分路器；所述鉴相器接收参考信号，输出电压信号至环路滤波器；环路滤波器输出调谐电压信号至压控振荡器；压控振荡器输出本振信号至频率综合单元放大器和分频器；分频器输出分频后的低频信号至鉴相器，控制鉴相器输出的电压信号，使得电压信号稳定为固定值；频率综合单元放大器对本振信号进行放大后输出至分路器，分路器将本振信号分为若干路输出信号，分别输出至发射信道3和接受信道4。
如图4所示为本发明的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统中电源处理单元部分原理图。
输入直流电压Vin经过滤波电路、直流电源稳压电路和滤波电路后输出直流电压V。
所述电源处理单元1包括至少两个滤波电路和直流电源稳压电路；所述第一滤波电路接收输入电压，滤除纹波后输出至直流电源稳压电路，输出稳定直流电压至第二滤波电路，滤除纹波后输出至频率综合单元2、发射信道3和接收信道4。
基板(5)的长*宽*高为41mm*[23～33]mm*[2.7～4]mm。当发射信道3和接收信道4均只有一路时，模块尺寸可做到41mm*23mm*2.7mm。可根据实际使用要求扩展发射信道3和接收信道4的数量。例如当发射信道3和发射信道4分别有两路时，模块尺寸可做到41mm*33mm*4mm。
本发明实施例。
为极大程度上改善本发明的电磁兼容问题，本发明将射频走线和供电走线埋置在内层基板。射频信号频率为20GHz-35GHz，本实施例中采用20GHz，中频信号频率为DC-3GHz，本实施例中采用3GHz。射频线埋置在内层基板可以避免射频连接线走在印制板表面时受到无关信号的干扰。供电走线埋置在内层基板可以避免供电走线上微小的纹波对有用信号造成干扰。除此之外，射频线和供电线埋置在内层基板，这使基板的表面将有更多的区域可以用来安装有源器件和铺设大面积地，进而大大的减小产品的体积。本实施例中包括两个发射信道3和两个接收信道4，LTCC基板共16层，长*宽*高为41mm*33mm*4mm。同时增加产品的性能，多层基板一次加工成型，免调试。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：包括电源处理单元(1)、频率综合单元(2)、发射信道(3)、接收信道(4)和基板(5)；
所述频率综合单元(2)与发射信道(3)和接收信道(4)连接，产生稳定的本振信号，发送给发射信道(3)和接收信道(4)，用于驱动发射信道(3)和接收信道(4)；
所述发射信道(3)接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，处理后生成射频输出信号进行发射；
所述接收信道(4)接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，处理后生成中频输出信号进行解调；
所述电源处理单元(1)与频率综合单元(2)、发射信道(3)和接收信道(4)连接，向频率综合单元(2)、发射信道(3)和接收信道(4)提供稳定电压；
所述基板(5)至少包括两层，所述发射信道(3)和接收信道(4)的滤波衰减单元，以及频率综合单元(2)的环路滤波单元位于底层，发射信道(3)和接收信道(4)中除滤波衰减单元以外，和频率综合单元(2)除环路滤波单元以外，以及电源处理单元(1)位于其它层。
2.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述发射信道(3)和接收信道(4)的个数相同且均不小于2。
3.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述基板(5)LTCC基板。
4.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述发射信道(3)包括发射混频单元、发射滤波衰减单元、发射放大单元和检波单元；所述发射混频单元接收本振信号完成驱动后，接收中频输入信号，混频后输出射频信号至发射滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至发射放大单元进行信号放大，输出射频输出信号至检波单元进行检波，检验合格后输出射频发射信号，同时输出检波输出信号至外部数据采集系统。
5.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述接收信道(3)包括接收混频单元、接收滤波衰减单元和接收放大单元；所述接收混频单元接收本振信号完成驱动后，接收射频输入信号，混频后输出中频信号至接收滤波衰减单元，进行信号滤波和衰减后，输出至接收放大单元进行信号放大，输出中频输出信号。
6.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述频率综合单元(2)包括鉴相器、环路滤波器、分频器、压控振荡器、频率综合单元放大器和分路器；所述鉴相器接收参考射频信号，输出电压信号至环路滤波器；环路滤波器输出调谐电压信号至压控振荡器；压控振荡器输出本振信号至频率综合单元放大器和分频器；分频器输出分频后的低频信号至鉴相器，控制鉴相器输出的电压信号，使得电压信号稳定为固定值；频率综合单元放大器对本振信号进行放大后输出至分路器，分路器将本振信号分为若干路输出信号，分别输出至发射信道(3)和接受信道(4)。
7.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述电源处理单元(1)包括至少两个滤波电路和直流电源稳压电路；所述第一滤波电路接收输入电压，滤除纹波后输出至直流电源稳压电路，输出稳定直流电压至第二滤波电路，滤除纹波后输出至频率综合单元(2)、发射信道(3)和接收信道(4)。
8.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：射频信号频率为20GHz-35GHz，中频信号频率为DC-3GHz。
9.根据权利要求1所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：所述基板(5)的长*宽*高为41mm*[23～33]mm*[2.7～4]mm。
10.根据权利要求9所述的一种超小型毫米波多通道收发信道通用化集成系统，其特征在于：多层基板(5)一次加工成型。
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