CN110855247A - 一种e波段带有矢量调制器的多通道接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种E波段带有矢量调制器的多通道接收机，该接收机包括n组接收通道以及功率合成模块，n为自然数，其中，每组通道均包括依次连接的信号放大模块和矢量调制模块；所述信号放大模块用于接收射频信号，并将射频信号的强度放大；所述矢量调制模块用于将放大后的射频信号进行相位的调制；所述功率合成模块用于将各通道的调制射频信号合成一路信号进行输出，功率合成模块的输入输出为单端信号，可实现无交叉的版图布局；矢量调制模块为宽带有源结构，可降低因工艺偏差导致的相位漂移问题，提高移相精度；信号放大模块为带有温度补偿偏置网络的三级结构，可减小温度变化对增益和噪声系数的影响。
Description
技术领域
本发明涉及射频接收技术领域。更具体地，涉及一种E波段带有矢量调制器的多通道接收机。
背景技术
相控阵接收机被广泛应用在各类雷达系统中，其主要功能是接收射频信号，再进行相位调节实现波束成形，是影响雷达系统性能的重要模块。相控阵接收机的种类很多，具体实现方式也各不相同，对于工作在毫米波频段的接收机来说，射频移相主要是采用低噪声放大器和移相器对射频信号进行处理，然后将调节好相位的信号传给模拟基带电路模块。相控阵射频接收机主要指标为移相精度、灵敏度和线性度。本发明设计了接收机中的关键模块，对相控阵接收机的移相精度和灵敏度性能的增加将起积极作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种E波段带有矢量调制器的多通道接收机，该接收机包括n组接收通道以及功率合成模块，n为自然数，其中，
每组通道均包括依次连接的信号放大模块和矢量调制模块；
所述信号放大模块用于接收射频信号，并将射频信号的强度放大；
所述矢量调制模块用于将放大后的射频信号进行相位的调制；
所述功率合成模块用于将各通道的调制射频信号合成一路信号进行输出。
可选地，所述功率合成模块由多个逐级连接的功率合成器组成，
所述多个功率合成器均包括一个输出端和两个输入端；
其中某一级的功率合成器的两个输入端分别连接下一级的两个功率合成器的输出端，该级的功率合成器的一个输出端连接其上一级的功率合成器的一个输入端；
第1级功率合成器的数量为1，第一级功率合成器的输出端作为功率合成模块的输出端；
最末级功率合成器的数量为n/2，最末级功率合成器的n个输入端作为功率合成模块的输入端。
可选地，所述矢量调制模块包括输入变压器、差分正交耦合器、第一路可变增益放大器、第二路可变增益放大器、数模转换器和输出变压器，
其中，所述放大后的射频信号通过输入变压器，产生差分信号；
所述差分信号经过差分正交耦合器耦合产生第一路差分信号和第二路差分信号；
所述第一路差分信号进入第一路可变增益放大器进行信号放大；
所述第二路差分信号进入第二路可变增益放大器进行信号放大；
所述数模转换器用于控制第一路可变增益放大器和第二路可变增益放大器内的差分信号的信号放大幅度；
经过放大后的第一路差分信号和第二路差分信号输入到输出变压器转换成单端调制射频信号输出。
可选地，所述信号放大模块包括第一偏置电路、第一信号放大器、第一耦合电容、第二偏置电路、第二信号放大器、第二耦合电容和第三偏置电路和第三信号放大器，其中，
所述射频信号依次经过第一信号放大器、第一耦合电容、第二信号放大器、第二耦合电容和第三信号放大器进行信号放大和滤波；
其中，
所述第一信号放大器、第二信号放大器和第三信号放大器依次对射频信号进行信号放大；
所述第一耦合电容对经过第一信号放大器放大的射频信号进行滤波；
所述第二耦合电容对经过第二信号放大器放大的射频信号进行滤波；
所述第一偏置电路对第一信号放大器提供偏置；
所述第二偏置电路对第二信号放大器提供偏置；
所述第三偏置电路对第三信号放大器提供偏置。
可选地，所述第一偏置电路、第二偏置电路和第三偏置电路结构相同，
所述第一偏置电路包括第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器和第五电阻器；
其中，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器均包括有控制端、第一端和第二端；第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器和第五电阻器均包括接收端和输出端；
所述第一三端控制器的第一端与所述第二三端控制器的第二端连接，所述第一三端控制器的第二端接地电压，所述第一第一三端控制器的控制端连接所述第五电阻器的接收端；
所述第二三端控制器的第二端与所述第一电阻器的输出端连接，所述第二三端控制器的控制端与所述第二电阻器的输出端连接；
所述第三三端控制器的控制端和第一端均接受电源电压，所述第三控制器的第二端与所述第二电阻器的输入端连接；
所述第四三端控制器的控制端与所述第二电阻器的输出端连接；所述第四三端控制器的第一端与所述第三电阻器的输出端连接，所述第四三端控制器的第二端与所述第四电阻器的输入端连接；
所述第一电阻器的输入端与所述第三电阻器的输入端均接受电源电压；
所述第四电阻器的输出端与所述第五电阻器的输出端均与所述第一信号放大器连接，作为所述第一偏置电路的输出端。
可选地，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器均为晶体三极管，其中，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的第一端为晶体三极管的集电极端；所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的第二端为晶体三极管的发射极端；所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的控制端为晶体三极管的基极端。
可选地，所述多个功率合成器均为威尔金森功分器。
本发明的有益效果如下：
本发明的目的在于提供一种E波段带有矢量调制器的多通道接收机，功率合成模块的输入输出为单端信号，可实现无交叉的版图布局；矢量调制模块为宽带有源结构，可降低因工艺偏差导致的相位漂移问题，提高移相精度；信号放大模块为带有温度补偿偏置网络的三级结构，可减小温度变化对增益和噪声系数的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明带有矢量调制器的多通道接收机的结构框图。
图2示出本发明功率合成模块的结构框图。
图3示出本发明矢量调制模块的结构框图。
图4示出本发明信号放大模块的结构框图。
图5示出本发明偏置电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明的、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。
需要说明的是，本发明术语【本发明实施例不对步骤a至e的执行顺序进行限制，例如，可依次执行步骤c、步骤a】
【本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。】
实施例
本实施例提供一种高线性低噪声正交变频四通道接收机见图1，本振输入端连接至1分4差分功率分配器的输入端，1分4差分功率分配器的4个输出端分别连接至四个接收通道的驱动放大器的输入端。在每个接收通道内，射频信号连接至低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接至正交混频器的一个输入端，驱动放大器的输出端连接至正交信号发生器的输入端，正交信号发生器的输出端连接至正交混频器的另一个输入端，正交混频器的输出端连接至低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接至可变增益放大器的输入端，可变增益放大器的输出端即为中频输出信号。
本发明的1：4功率合成器见图2，该功率合成器由三个威尔金森功分器组成。威尔金森功分器2和威尔金森功分器3的输出端连接至威尔金森功分器1的两个输入，其中威尔金森功分器2和威尔金森功分器3的四个输入端同相输入，组成四个输入端口，分别为端口1、端口2、端口3、端口4。由于本设计中无源元件的走线无交叉，使得三个威尔金森功分器均由顶层金属设计而成，芯片的顶层金属厚度最厚，信号衰减最小。
本发明的正交信号发生器见图3，射频单端信号通过输入变压器巴伦1，产生差分信号；差分信号经过片上差分正交耦合器2，产生两路正交的I路差分信号(I+、I-)和Q路差分信号(Q+、Q-)；I路差分信号(I+、I-)和Q路差分信号(Q+、Q-)分别输入到I路可变增益放大器3和Q路可变增益放大器4，数模转换器5控制信号放大的幅度；放大后的I路和Q路差分信号合并成一路差分信号输入到输出变压器巴伦6，转换成单端信号输出。该矢量调制器电路结构简单、面积小、成本低、性能优良、抗干扰能力强，能够实现高集成度、高线性度、高精度以及低附加幅值的移相功能，为硅基毫米波移相系统中出现的电气指标差的问题提供了一个解决方案。
本发明的低噪声放大器见图4，该放大器采用三级共源共栅放大器级联的形式，第一级放大器的输入端口作为该低噪声放大器输入端口，第一级放大器的输出端通过耦合电容后连接第二级放大器的输入端，第二级放大器的输出端通过耦合电容后连接第三级放大器的输入端，第三级放大器的输出端作为该低噪声放大器输出端口，三级放大器中分别入温度补偿偏置电路为三级放大器提供偏置。
本发明的温度补偿偏置电路如图5所示，BJT管Q3的基极和集电极连接至电源电压，发射极连接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至M点。BJT管Q3和电阻R2可对电阻R1进行电流分流，调节M点电压；BJT管Q4基极连接至M点，BJT管Q4的发射极连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接至BJT管放大器的基极，为放大器提供偏置。该放大器电路结构简单、性能优良，温度补偿范围宽，为低温度漂移的硅基电路的设计偿提供了一个解决方案。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种E波段带有矢量调制器的多通道接收机，其特征在于，该接收机包括n组接收通道以及功率合成模块，n为自然数，其中，
每组通道均包括依次连接的信号放大模块和矢量调制模块；
所述信号放大模块用于接收射频信号，并将射频信号的强度放大；
所述矢量调制模块用于将放大后的射频信号进行相位的调制；
所述功率合成模块用于将各通道的调制射频信号合成一路信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述功率合成模块由多个逐级连接的功率合成器组成，
所述多个功率合成器均包括一个输出端和两个输入端；
其中某一级的功率合成器的两个输入端分别连接下一级的两个功率合成器的输出端，该级的功率合成器的一个输出端连接其上一级的功率合成器的一个输入端；
第1级功率合成器的数量为1，第一级功率合成器的输出端作为功率合成模块的输出端；
最末级功率合成器的数量为n/2，最末级功率合成器的n个输入端作为功率合成模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述矢量调制模块包括输入变压器、差分正交耦合器、第一路可变增益放大器、第二路可变增益放大器、数模转换器和输出变压器，
其中，所述放大后的射频信号通过输入变压器，产生差分信号；
所述差分信号经过差分正交耦合器耦合产生第一路差分信号和第二路差分信号；
所述第一路差分信号进入第一路可变增益放大器进行信号放大；
所述第二路差分信号进入第二路可变增益放大器进行信号放大；
所述数模转换器用于控制第一路可变增益放大器和第二路可变增益放大器内的差分信号的信号放大幅度；
经过放大后的第一路差分信号和第二路差分信号输入到输出变压器转换成单端调制射频信号输出。
4.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述信号放大模块包括第一偏置电路、第一信号放大器、第一耦合电容、第二偏置电路、第二信号放大器、第二耦合电容和第三偏置电路和第三信号放大器，其中，
所述射频信号依次经过第一信号放大器、第一耦合电容、第二信号放大器、第二耦合电容和第三信号放大器进行信号放大和滤波；
其中，
所述第一信号放大器、第二信号放大器和第三信号放大器依次对射频信号进行信号放大；
所述第一耦合电容对经过第一信号放大器放大的射频信号进行滤波；
所述第二耦合电容对经过第二信号放大器放大的射频信号进行滤波；
所述第一偏置电路对第一信号放大器提供偏置；
所述第二偏置电路对第二信号放大器提供偏置；
所述第三偏置电路对第三信号放大器提供偏置。
5.根据权利要求4所述的接收机，其特征在于，所述第一偏置电路、第二偏置电路和第三偏置电路结构相同，
所述第一偏置电路包括第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器和第五电阻器；
其中，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器均包括有控制端、第一端和第二端；第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器和第五电阻器均包括接收端和输出端；
所述第一三端控制器的第一端与所述第二三端控制器的第二端连接，所述第一三端控制器的第二端接地电压，所述第一第一三端控制器的控制端连接所述第五电阻器的接收端；
所述第二三端控制器的第二端与所述第一电阻器的输出端连接，所述第二三端控制器的控制端与所述第二电阻器的输出端连接；
所述第三三端控制器的控制端和第一端均接受电源电压，所述第三控制器的第二端与所述第二电阻器的输入端连接；
所述第四三端控制器的控制端与所述第二电阻器的输出端连接；所述第四三端控制器的第一端与所述第三电阻器的输出端连接，所述第四三端控制器的第二端与所述第四电阻器的输入端连接；
所述第一电阻器的输入端与所述第三电阻器的输入端均接受电源电压；
所述第四电阻器的输出端与所述第五电阻器的输出端均与所述第一信号放大器连接，作为所述第一偏置电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的接收机，其特征在于，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器均为晶体三极管，其中，所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的第一端为晶体三极管的集电极端；所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的第二端为晶体三极管的发射极端；所述第一三端控制器、第二三端控制器、第三三端控制器、第四三端控制器的控制端为晶体三极管的基极端。
7.根据权利要求2所述的接收机，其特征在于，所述多个功率合成器均为威尔金森功分器。
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