CN111355499B - 射频链路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射频链路，包括：中频输入模组，用于获取中频信号；与所述中频输入模组连接的倍频模组，用于对所述中频信号做倍频处理，得到高频信号；以及与所述倍频模组连接的高频输出模组，用于输出所述高频信号。本发明通过倍频模组直接对中频信号做倍频处理，得到Ka波段频率范围内的高频信号，无需利用本振源和混频器，节省了成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种适用于卫星通信的射频链路。
背景技术
Ka波段是电磁频谱的微波波段的一部分，其频率范围为26.5-40GHz，通常用于卫星通信。目前，可通过本振源和混频器获取该Ka波段的频率，但对本振源中本振信号的频率要求较高，使获取该Ka波段频率的成本过高。
发明内容
基于此，针对上述问题，有必要提供一种射频链路。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种射频链路，包括：
中频输入模组，用于获取中频信号；
与所述中频输入模组连接的倍频模组，用于使所述中频信号产生多阶谐波信号，并对所述谐波信号进行滤波处理，得到所需的高频信号；
以及与所述倍频模组连接的高频输出模组，用于输出所述高频信号。
在其中一个实施例中，所述中频输入模组包括调制解调器，所述调制解调器与所述倍频模组连接。
在其中一个实施例中，所述中频输入模组还包括第一滤波单元和第一放大单元，所述调制解调器、第一滤波单元、第一放大单元和倍频模组串联连接。
在其中一个实施例中，所述倍频模组包括五倍频模块和二倍频模块，所述中频输入模组、五倍频模块、二倍频模块和高频输出模组串联连接。
在其中一个实施例中，所述五倍频模块包括五倍频单元、第二放大单元和第二滤波单元，所述中频输入模组、五倍频单元、第二放大单元、第二滤波单元和二倍频模块串联连接。
在其中一个实施例中，所述五倍频单元包括直流偏置电路和射频晶体管，所述射频晶体管的基极和集电极均与所述直流偏置电路连接，所述射频晶体管的发射极接地；
所述直流偏置电路和所述射频晶体管的基极均与所述中频输入模组连接，所述直流偏置电路和所述射频晶体管的集电极均与所述第二放大单元连接。
在其中一个实施例中，所述五倍频模块还包括第一高阻线和第二高阻线，所述第一高阻线设置在所述中频输入模组与五倍频单元之间；所述第二高阻线设置在所述五倍频单元与所述第二放大单元之间。
在其中一个实施例中，所述二倍频模块包括二倍频单元、第三滤波单元和第三放大单元，所述五倍频模块、二倍频单元、第三滤波单元、第三放大单元和高频输出模组串联连接。
在其中一个实施例中，所述第三放大单元包括功率分配器、功率合成器以及两个或两个以上功率放大器，所述第三滤波单元、功率分配器、功率放大器、功率合成器和高频输出模组串联连接，两个或两个以上所述功率放大器之间并联连接。
在其中一个实施例中，所述高频输出模组包括波导结构，所述波导结构与所述倍频模组连接。
上述射频链路，通过倍频模组直接对中频信号做倍频处理，得到Ka波段频率范围内的高频信号，无需利用本振源和混频器，节省了成本。
附图说明
图1为一个实施例中射频链路的电路结构示意图；
图2为一个实施例中中频输入模组的电路结构示意图；
图3为一个实施例中第一放大单元的电路原理图；
图4为一个实施例中第一放大单元的仿真结果曲线图；
图5为一个实施例中倍频模组的电路结构示意图；
图6为一个实施例中五倍频模块的电路结构示意图；
图7为一个实施例中五倍频单元的电路结构示意图；
图8为一个实施例中五倍频单元的电路原理图；
图9为一个实施例中五倍频单元的仿真结果曲线图；
图10为一个实施例中第二滤波单元的仿真结果曲线图；
图11为一个实施例中二倍频模块的电路结构示意图；
图12为一个实施例中第三滤波单元的仿真结果曲线图；
图13为一个实施例中第三放大单元的电路结构示意图；
图14为一个实施例中高频输出模组的电路结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一种射频链路，如图1所示，包括：
中频输入模组100，用于获取中频信号；
与中频输入模组100连接的倍频模组200，用于使中频信号产生多阶谐波信号，并对谐波信号进行滤波处理，得到所需的高频信号；
以及与倍频模组200连接的高频输出模组300，用于输出高频信号。
其中，中频输入模组100获取中频信号，并将该中频信号传送至倍频模组200，倍频模组200对该中频信号做倍频处理得到高频信号，并将该高频信号传送至高频输出模组300；高频输出模组300将该高频信号输出至卫星信号发射装置进行发射。具体地，该高频信号的频率范围为29.4GHz～30.0GHz。
本实施例中的射频链路，通过倍频模组200对中频信号做倍频处理，得到Ka波段频率范围内的高频信号，无需利用本振源和混频器，节省了成本。
在一个实施例中，如图2所示，中频输入模组100包括调制解调器110、第一滤波单元120和第一放大单元130，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130和倍频模组200串联连接。
其中，调制解调器100用于接收L波段信号，并获取所述L波段信号中的中频信号；第一滤波单元120对该中频信号进行滤波处理；第一放大单元130对该中频信号进行放大处理。可选的，本实施例中的中频信号的频率范围为2940MHz～3000MHz。
其中，L波段是指频率在1-2GHz的无线电波波段，适用于用于DAB、卫星导航系统等。
具体地，第一滤波单元120包括两个介质滤波器，介质滤波器是一种采用介质谐振腔经过多级耦合而取得选频作用的微波滤波器。第一放大单元130包括两级中频放大器，可选的，本实施例中的两级中频放大器，第一级中频放大器的型号为UPC3223TB(CEL)，第二级中频放大器的型号为ABA-53563(AVAG0)。
其中，第一级中频放大器的外围电路如图3所示，第一级中频放大器的第2、3、5引脚接地，引脚6为电源输入端，引脚1为信号输入端，引脚4为信号输出端。该外围电路中，电容C1和电容C2为隔直电容，其值小于100pF；电容C3和电容C4为去耦电容；第一级中频放大器的信号输出端与电源输入端之间通过一电感连接，使电源能为信号输出端提供电流。此处的电感对于直流来说，电源压降较小，能提供一个较高的电流偏置；对于交流来说，可形成一相对较高的阻抗，从而获得较高的增益。可选的，本实施例中的第一级中频放大器的工作电压为5V。
第二级中频放大器的外围电路与第一级中频放大器的外围电路相似，也可参照图3，此处不再赘述。
对第一级中频放大器的仿真结果如图4所示，图4中，MaxGain1、StabFact1和freq分别为第一级放大器的增益、稳定系数和频率，freq为频率，其中m1和m2所在的曲线为StabFact1曲线，m3和m4所在的曲线为MaxGain1曲线。
从图4中可看出，在2940MHz～3000MHz频段，增益的范围为21.9～21.7dB，稳定系数的范围为2.24～2.33。
在一个实施例中，如图5所示，倍频模组200包括五倍频模块210和二倍频模块220，中频输入模组100、五倍频模块210、二倍频模块220和高频输出模组300串联连接。具体地，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130、五倍频模块210、二倍频模块220和高频输出模组300串联连接。
其中，五倍频模块210用于对中频信号进行第一次倍频处理，得到进行五倍频处理后的中高频信号；二倍频模块220用于对该中高频信号进行第二次倍频处理，得到进行二倍频处理后的高频信号。可选的，本实施例中的中高频信号频率范围为14.7GHz～15.0GHz。
在一个实施例中，五倍频模块210包括五倍频单元211、第二放大单元212和第二滤波单元213，如图6所示，中频输入模组100、五倍频单元211、第二放大单元212、第二滤波单元213和二倍频模块220串联连接。具体地，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130、五倍频单元211、第二放大单元212、第二滤波单元213、二倍频模块220和高频输出模组300串联连接。
其中，五倍频单元211利用三极管的非线性产生五阶谐波信号，使中频信号转为中高频信号；接着通过第二放大单元212把该中高频信号放大；然后通过第二滤波单元213对放大后的信号进行滤波处理，滤除其他波段的杂散信号。
五倍频单元211包括直流偏置电路211a和射频晶体管211b，如图7-8所示，射频晶体管211b的基极和集电极均与直流偏置电路211a连接，射频晶体管211b的发射极接地；直流偏置电路211a和射频晶体管211b的基极均与中频输入模组100连接，直流偏置电路211a和射频晶体管211b的集电极均与第二放大单元212连接。具体地，直流偏置电路211a和射频晶体管211b的基极均与第一放大单元130连接，直流偏置电路211a和射频晶体管211b的集电极均与第二放大单元212连接。
其中，射频晶体管211b工作在小电压和小电流的状态，避免因倍频次数较高而造成噪声性能严重下降的问题，可选的，本实施例中该射频晶体管211b的型号为BFP640(Infineon)。
其中，直流偏置电路211a的具体电路结构如图8所示，由两个PNP型的三极管(Q1，Q2)产生射频晶体管Q3的基极和集电极所需要的直流偏置电压，并为射频晶体管Q3提供工作电流。根据图8中的电路结构，可知该直流偏置电路211a具有负反馈功能，能够在一定程度上改善该射频链路的温漂性能。
向五倍频单元211中输入一个3GHz的正弦波信号后，进行仿真得到的五倍频单元211的输出端口的频谱结果如图9所示，其中，freq为频率，spectrum为频谱。
第二放大单元212包括两级低噪放，可选的，该两级低噪放的型号为MGF4953B，频率为12GHz的信号的资用增益为13.5dB。可选的，在低噪放的输入和输出端分别设置扇形微带线结构，直流偏置电路211a可以通过该扇形微带线结构为低噪放提供直流电；通过选择该扇形微带线结构的宽度和长度，可以针对特定的频率，形成高阻抗，防止信号泄露。
第二滤波单元213包括微带线带通滤波器，该微带线带通滤波器通过平行耦合构成一五阶滤波器，用于选出五次谐波的频率。该五阶滤波器在14.7GHz～15.0GHz的频率范围内，采用优化策略，得到s1＝10.5mil，w1＝9.2mil，其中s1为微带线间隔，w1为微带线的宽度。对第二滤波单元213进行仿真得到的结果如图10所示，其中，freq为频率，dB(S)为增益。
在一个实施例中，五倍频模块210还包括第一高阻线214和第二高阻线215，如图7所示，第一高阻线214设置在中频输入模组110与五倍频单元211之间；第二高阻线215设置在五倍频单元211与第二放大单元212之间。具体地，第一高阻线214设置在第一放大单元130的输出端与直流偏置电路211a的输入端之间，及第一放大单元130与射频晶体管211b的基极之间；第二高阻线214设置在直流偏置电路211a的输出端与第二放大单元212的输入端之间，及射频晶体管211b的集电极与第二放大单元212的输入端之间。
其中，所述第一高阻线214和第二高阻线215均为微带高阻线，其形状可以为扇形。
本实施例中的射频链路，五倍频单元211的输入端设有第一高阻线214，可避免直流偏置电路211a或其他谐波对该射频链路的影响；五倍频单元211的输出端设有第二高阻线215，能够阻断所得信号的泄露，直流偏置电路211a可对射频晶体管211b进行偏置而不影响该射频链路。
在一个实施例中，如图11所示，二倍频模块220包括二倍频单元221、第三滤波单元222和第三放大单元223，五倍频模块210、二倍频单元221、第三滤波单元222、第三放大单元223和高频输出模组300串联连接。具体地，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130、五倍频单元211、第二放大单元212、第二滤波单元213、二倍频单元221、第三滤波单元222、第三放大单元223和高频输出模组300串联连接。
其中，二倍频单元221包括倍频器，用于对五倍频模块210中输出的信号进行二倍频处理，得到所需的高频信号。本实施例中，该高频信号的频率范围为29.4GHz～30.0GHz。
第三滤波单元222包括微带线带通滤波器，该微带线带通滤波器通过平行耦合构成一三阶滤波器，用于选出所需的频率信号。该三阶滤波器在29.4GHz～30.0GHz的频率范围内，采用优化策略，得到s2＝8.2mil，w2＝9.97mil，其中s2为微带线间隔，w2为微带线的宽度。对第二滤波单元213进行仿真得到的结果如图12所示，其中，freq为频率，dB(S)为增益。
第三放大单元223包括功率分配器223a、功率合成器223c以及两个或两个以上功率放大器223b，如图13所示，第三滤波单元222、功率分配器223a、功率放大器223b、功率合成器223c和高频输出模组300串联连接，两个或两个以上功率放大器223b之间并联连接。具体地，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130、五倍频单元211、第二放大单元212、第二滤波单元213、二倍频单元221、第三滤波单元222、功率分配器223a、功率放大器223b、功率合成器223c和高频输出模组300串联连接。在本实施例中，功率放大器223b设有两个，两个功率放大器223b并联连接，可选的，两个功率放大器223b的功率为1W。该第三放大单元223采用公历合成方式进行信号放大，提高了功放的效率。
在一个实施例中，高频输出模组包括波导结构310，如图14所示，该波导结构310与通过一微带贴片结构320与倍频模组320连接。具体地，调制解调器110、第一滤波单元120、第一放大单元130、五倍频单元211、第二放大单元212、第二滤波单元213、二倍频单元221、第三滤波单元222、功率分配器223a、功率放大器223b、功率合成器223c、微带贴片结构320和波导结构310串联连接。
其中，波导结构310用于定向引导从二倍频模块220中输出的高频信号，该波导结构310可以为平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导或光纤。
倍频模组200对中频输入模组100中的中频信号进行倍频处理后，得到高频信号，该高频信号通过微带贴片结构320导入到波导结构310中。
上述射频链路，通过调制解调器110接收L波段，将L波段转换为中频信号，并进行滤波和放大处理后，输入到倍频模组200中；倍频模组200对中频信号做十倍频处理，得到Ka波段频率范围内的高频信号；该高频信号通过微带贴片结构320导入到波导结构310中，由波导结构310定向引导该高频信号发射。该射频链路可直接通过L波段得到Ka波段的发射信号，无需利用本振源和混频器，极大地节省了成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种射频链路，其特征在于，包括：
中频输入模组，包括调制解调器、第一滤波单元和第一放大单元，所述调制解调器、第一滤波单元、第一放大单元串联，所述中频输入模组用于获取中频信号；所述第一放大单元包括两级中频放大器和外围电路，所述两级中频放大器与外围电路连接，所述外围电路用于提高经所述中频放大器输出的所述中频信号的增益和稳定系数；
与所述中频输入模组连接的倍频模组，所述倍频模组包括五倍频模块和二倍频模块，所述中频输入模组、五倍频模块、二倍频模块和高频输出模组串联连接；
所述五倍频模块包括五倍频单元、第二放大单元和第二滤波单元，所述中频输入模组、五倍频单元、第二放大单元、第二滤波单元和二倍频模块串联连接；
所述五倍频单元包括直流偏置电路和射频晶体管，所述射频晶体管的基极和集电极均与所述直流偏置电路连接，所述射频晶体管的发射极接地；
所述直流偏置电路和所述射频晶体管的基极均与所述中频输入模组连接，所述直流偏置电路和所述射频晶体管的集电极均与所述第二放大单元连接；
所述倍频模组用于使所述中频信号产生多阶谐波信号，并对所述谐波信号进行滤波处理，得到所需的高频信号；
以及与所述倍频模组连接的高频输出模组，用于输出所述高频信号，其中，所述高频输出模组包括波导结构，所述波导结构与所述倍频模组连接，用于定向导出所述高频信号。
2.根据权利要求1所述的射频链路，其特征在于，所述五倍频模块还包括第一高阻线和第二高阻线，所述第一高阻线设置在所述中频输入模组与五倍频单元之间；所述第二高阻线设置在所述五倍频单元与所述第二放大单元之间。
3.根据权利要求1所述的射频链路，其特征在于，所述二倍频模块包括二倍频单元、第三滤波单元和第三放大单元，所述五倍频模块、二倍频单元、第三滤波单元、第三放大单元和高频输出模组串联连接。
4.根据权利要求3所述的射频链路，其特征在于，所述第三放大单元包括功率分配器、功率合成器以及两个或两个以上功率放大器，所述第三滤波单元、功率分配器、功率放大器、功率合成器和高频输出模组串联连接，两个或两个以上所述功率放大器之间并联连接。
5.根据权利要求1所述的射频链路，其特征在于，所述波导结构通过微带贴片结构与所述倍频模组连接。
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