CN112653394A - 一种小型化x波段变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化X波段变频器，涉及微波技术领域，该变频器基于集成化芯片及上下互联方式，将两次变频分布在两个变频组件内，其中一个用于实现射频信号与第一中频的变换，另一个用于实现第一中频与中频信号的变换，两个变频组件通过smp连接器上下互联，一方面减小了变频器的整体尺寸，另一方面可削弱不同频率信号间的相互干扰；同时本申请采用毫米波本振将第一中频设计为高中频，可以有效避免下变频镜像干扰和上变频中频谐波干扰，同时上下混频产生的交调分量能够通过简单的滤波进行有效地处理，变频器的工作性能较优。

Description

一种小型化X波段变频器

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其是一种小型化X波段变频器。

背景技术

变频器是收发系统中的核心组件，接收系统需要用变频器把高频信号转换成低频信号以便于后级进行信号处理，发射系统需要用变频器把低频信号转换成高频信号以便于辐射。随着半导体技术的发展，单片微波集成电路(MMIC芯片)的大规模运用已成为微波组件小型化的重要途经之一，变频器也向着小型化、高集成、低成本的方向发展。

宽带变频器的设计要点是在保证噪声系数或发射功率的基础上，尽量避免或削弱带内及近边带杂散的产生，目前为保证高性能的杂散抑制需要额外增加较多数量的滤波器分段处理，一方面增加了产品成本，另一方面难以满足小型化需求。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种小型化X波段变频器，本发明的技术方案如下：

一种小型化X波段变频器，该小型化X波段变频器包括：第一壳体、第二壳体、设置在第一壳体内部的第一变频组件、设置在第二壳体内部的第二变频组件；

第一壳体上预留用于收发射频信号的射频信号端口、用于收发第一中频的第一中频端口、用于接收参考信号的参考信号传输端口，第一变频组件包括第一收发链路和第一本振产生链路，第一收发链路的两端分别连接射频信号端口和第一中频端口，第一本振产生链路的输入端连接参考信号传输端口获取参考信号并生成第一本振提供给第一收发链路，第一变频组件用于实现射频信号与第一中频的转换，第一中频的频率高于射频信号；

第二壳体上预留用于收发第一中频的第一中频端口、用于收发中频信号的中频信号端口、用于输出参考信号的参考信号传输端口、用于获取参考信号的参考信号端口，第二变频组件包括第二收发链路、第二本振产生链路和二功分器，第二收发链路的两端分别连接第一中频端口和中频信号端口，二功分器的输入端连接参考信号端口获取参考信号、一个输出端连接参考信号传输端口、另一个输出端连接第二本振产生链路的输入端，第二本振产生链路获取参考信号并生成第二本振提供给第二收发链路，第二变频组件用于实现第一中频与中频信号的转换，中频信号的频率低于射频信号；

第一壳体和第二壳体互锁紧固，且第一壳体的第一中频端口和第二壳体的第一中频端口对向设置并通过SMP连接器垂直互联、第一壳体的参考信号传输端口和第二壳体的参考信号传输端口对向设置并通过SMP连接器垂直互联。

其进一步的技术方案为，射频信号的频率为8GHz～12GHz，第一本振的频率为35GHz～39GHz，第一中频的频率为27GHz且带宽为0.8GHz，第二本振的频率为28.4GHz，中频信号的频率为1.4GHz且带宽0.8GHz。

其进一步的技术方案为，第一变频组件包括N路结构相同的第一收发链路，第二变频组件包括N路结构相同的第二收发链路，N≥2，则第一本振产生链路包括连接第一壳体上的参考信号传输端口的第一锁相环、输入端连接第一锁相环的第一功分器、分别连接在第一功分器的各个输出端的第一倍频器，N个第一倍频器分别连接到每一路第一收发链路提供第一本振；第二本振产生链路包括连接第二壳体中的二功分器的第二锁相环、输入端连接第二锁相环的第二功分器、分别连接在第二功分器的各个输出端的第二倍频器，N个第二倍频器分别连接到每一路第二收发链路提供第二本振。

其进一步的技术方案为，第一壳体和第二壳体均呈规格相同的圆柱体结构，N路第一收发链路在第一壳体内部沿着圆周周向均匀布置，N路第二收发链路在第二壳体内部沿着圆周周向均匀布置，第一壳体和第二壳体上预留的端口均位于圆柱体的底面，第一壳体和第二壳体的底面对向设置互锁紧固形成圆柱体。

其进一步的技术方案为，第一变频组件包括四路第一收发链路，第二变频组件包括四路第二收发链路，则第一壳体和第二壳体互锁紧固形成的圆柱体的直径为84mm、厚度为40mm。

其进一步的技术方案为，第一壳体和第二壳体的中心区域分别预留有圆柱体结构的预留区域，N路第一收发链路在第一壳体与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置，N路第二收发链路在第二壳体与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置。

其进一步的技术方案为，在第一收发链路中：第一收发开关的固定端作为第一收发链路的一端连接射频信号端口，第一收发开关的第一活动端依次连接限幅器、第一数控衰减器和第一低噪声放大器后连接第二收发开关的第一活动端，第二收发开关的第二活动端依次连接第一发射放大器、第二数控衰减器和第二发射放大器后连接第一收发开关的第二活动端，第二收发开关的固定端依次连接射频滤波器和均衡器后连接到第一混频器，第一本振产生链路连接第一混频器提供第一本振，第一混频器依次连接第三数控衰减器和第三收发开关的固定端，第三收发开关的第一活动端依次连接第一中频放大器、第四数控衰减器和第二中频放大器后连接第四收发开关的第一活动端，第四收发开关的第二活动端通过第三中频放大器连接第三收发开关的第二活动端，第四收发开关的固定端通过第一滤波器作为第一收发链路的另一端连接到第一壳体的第一中频端口。

其进一步的技术方案为，在第二收发链路中：第二滤波器作为第二收发链路的一端连接第二壳体上的射频信号端口，第二滤波器依次连接第五数控衰减器和第二混频器，第二本振产生链路连接第二混频器提供第二本振，第二混频器依次连接第六数控衰减器和第五收发开关的固定端，第五收发开关的第一活动端依次连接第四中频放大器、第七数控衰减器和第五中频放大器后连接到第六收发开关的第一活动端，第六收发开关的第二活动端通过第八数控衰减器连接第五收发开关的第二活动端，第六收发开关的固定端依次连接中频信号滤波器和第九数控衰减器后连接到中频信号端口。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种小型化X波段变频器，该变频器基于集成化芯片及上下互联方式，将两次变频分布在两个变频组件内，其中一个用于实现射频信号与第一中频的变换，另一个用于实现第一中频与中频信号的变换，两个变频组件通过smp连接器上下互联，一方面减小了变频器的整体尺寸，另一方面可削弱不同频率信号间的相互干扰。同时本申请采用毫米波本振将第一中频设计为高中频，可以有效避免下变频镜像干扰和上变频中频谐波干扰，同时上下混频产生的交调分量能够通过简单的滤波进行有效地处理，变频器的工作性能较优。

该变频器采用集成式锁相环及有源倍频器产生第一本振及第二本振，本振产生电路原理简单、集成度较高。变频器中设计了收发开关、数控衰减器，通过FPGA实现收发分时控制、链路衰减控制等功能，另外可根据工作频率信息实时调整衰减量，用于补偿宽带射频信号的频率特性差异，减小生产调试难度。

附图说明

图1是本申请公开的小型化X波段变频器的部分链路连接示意图。

图2是本申请的第一壳体1的外部结构示意图。

图3是本申请的第二壳体2的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种小型化X波段变频器，该小型化X波段变频器包括：第一壳体1、第二壳体2、设置在第一壳体1内部的第一变频组件3、设置在第二壳体2内部的第二变频组件4。

第一壳体1上预留用于收发射频信号的射频信号端口RF、用于收发第一中频的第一中频端口IF1、用于接收参考信号的参考信号传输端口F1。第一变频组件3包括第一收发链路和第一本振产生链路，第一收发链路的两端分别连接射频信号端口RF和第一中频端口IF1，第一本振产生链路的输入端连接参考信号传输端口获取参考信号并生成第一本振LO1提供给第一收发链路。第一变频组件3用于实现射频信号与第一中频的转换，第一中频的频率高于射频信号。也即本申请将第一中频设计为高于射频信号的高中频，可以有效地避免下变频镜像干扰和上变频中频谐波干扰，同时上下混频产生的交调分量能够通过简单的滤波进行有效地处理。

第二壳体2上预留用于收发第一中频的第一中频端口IF1、用于收发中频信号的中频信号端口IF、用于输出参考信号的参考信号传输端口F1、用于获取参考信号的参考信号端口F0。第二变频组件4包括第二收发链路、第二本振产生链路和二功分器，第二收发链路的两端分别连接第一中频端口IF1和中频信号端口IF，二功分器的输入端连接参考信号端口F0获取参考信号、一个输出端连接参考信号传输端口F1、另一个输出端连接第二本振产生链路的输入端，第二本振产生链路获取参考信号并生成第二本振LO2提供给第二收发链路。第二变频组件4用于实现第一中频与中频信号的转换，中频信号的频率低于射频信号。

第一壳体1和第二壳体2互锁紧固，可以采用螺钉实现互锁紧固，第一壳体1的第一中频端口IF1和第二壳体2的第一中频端口IF1对向设置并通过SMP连接器垂直互联、第一壳体1的参考信号传输端口F1和第二壳体2的参考信号传输端口F1对向设置并通过SMP连接器垂直互联。

在本申请中，参考信号的频率为100MHz，射频信号的频率为8GHz～12GHz，第一本振的频率为35GHz～39GHz，第一中频的频率为27GHz且带宽为0.8GHz，第二本振的频率为28.4GHz，中频信号的频率为1.4GHz且带宽0.8GHz。请参考图1所示的第一变频组件3和第二变频组件4的电路图：

在第一收发链路中：第一收发开关的固定端作为第一收发链路的一端连接射频信号端口，第一收发开关的第一活动端依次连接限幅器、第一数控衰减器和第一低噪声放大器U1后连接第二收发开关的第一活动端，第二收发开关的第二活动端依次连接第一发射放大器U2、第二数控衰减器和第二发射放大器U3后连接第一收发开关的第二活动端。第二收发开关的固定端依次连接射频滤波器和均衡器后连接到第一混频器M1。基于本申请的8GHz～12GHz的射频信号，该射频滤波器为8-12G滤波器。第一本振产生链路连接第一混频器提供第一本振，第一混频器依次连接第三数控衰减器和第三收发开关的固定端，第三收发开关的第一活动端依次连接第一中频放大器U4、第四数控衰减器和第二中频放大器U5后连接第四收发开关的第一活动端，第四收发开关的第二活动端通过第三中频放大器U6连接第三收发开关的第二活动端，第四收发开关的固定端通过第一滤波器作为第一收发链路的另一端连接到第一壳体的第一中频端口，该第一滤波器即为一中频滤波器。

第一本振产生链路主要包括第一锁相环PLL1和第一倍频器，100MHz的参考信号输入第一锁相环产生8.75GHz～9.75GHz信号，经第一倍频器进行4倍频放大后产生35GHz～39GHz的第一本振LO1给第一收发链路。

在第二收发链路中：第二滤波器作为第二收发链路的一端连接第二壳体上的射频信号端口，第二滤波器即为一中频滤波器。第二滤波器依次连接第五数控衰减器和第二混频器M2，第二本振产生链路连接第二混频器M2提供第二本振LO2。第二混频器M2依次连接第六数控衰减器和第五收发开关的固定端，第五收发开关的第一活动端依次连接第四中频放大器U7、第七数控衰减器和第五中频放大器U8后连接到第六收发开关的第一活动端，第六收发开关的第二活动端通过第八数控衰减器连接第五收发开关的第二活动端。第六收发开关的固定端依次连接中频信号滤波器和第九数控衰减器后连接到中频信号端口。

第二本振产生链路主要包括第二锁相环PLL2和第二倍频器，100MHz的参考信号输入第二锁相环PLL2产生7.1GHz的信号，经第二倍频器进行4倍频放大后产生28.4GHz的第二本振LO2给第二收发链路。

可选的，在本申请中，第一变频组件3包括N路结构相同的第一收发链路形成N个通道，第二变频组件3包括N路结构相同的第二收发链路形成N个通道，N≥2，则第一壳体1上包括N个射频信号端口RF和N个第一中频端口IF1分别连接N路第一收发链路，第二壳体2上包括N个第一中频端口IF1和N个中频信号端口IF分别连接N路第二收发链路，第一壳体1上的N个第一中频端口IF1和第二壳体2上的N个第一中频端口IF1分别对应连接。则第一本振产生链路包括连接第一壳体1上的参考信号传输端口的第一锁相环PLL1、输入端连接第一锁相环PLL1的第一功分器、分别连接在第一功分器的各个输出端的第一倍频器，通常第一锁相环PLL1和第一功分器之间还包括放大器U9，N个第一倍频器分别连接到每一路第一收发链路提供第一本振M1，如图1以N＝4的情况为例，且其他各路第一收发链路的结构未示出。第二本振产生链路包括连接第二壳体2中的二功分器的第二锁相环PLL2、输入端连接第二锁相环PLL2的第二功分器、分别连接在第二功分器的各个输出端的第二倍频器，通常第二锁相环PLL2和第二功分器之间还包括放大器U10，N个第二倍频器分别连接到每一路第二收发链路提供第二本振LO2。

在本申请中，第一壳体1和第二壳体2均呈规格相同的圆柱体结构，N路第一收发链路在第一壳体1内部沿着圆周周向均匀布置，N路第二收发链路在第二壳体2内部沿着圆周周向均匀布置，第一壳体1和第二壳体2上预留的端口均位于圆柱体的底面，第一壳体和第二壳体的底面对向设置互锁紧固形成圆柱体。可选的在本申请中，第一变频组件3包括四路第一收发链路，第二变频组件4包括四路第二收发链路，则如图2所示，第一壳体1上预留有4个射频信号端口分别为RFA、RFB、RFC、RFD，以及4个第一中频端口分别为IF1A、IF1B、IF1C、IF1D，以及一个参考信号传输端口F1，且如图2所示，实线表示的RFA/RFB/RFC/RFD位于第一壳体1的一侧底面(也即图上的正对面)，虚线表示IF1A/IF1B/IF1C/IF1D/F1位于第一壳体1的另一侧底面(也即图上的背面)。另外，第一壳体1上还开设有用于与第二壳体2进行互锁紧固的互锁孔位5，以及方便该变频器安装的安装孔位6。类似的，如图3所示，第二壳体2上预留有4个第一中频端口IF1A、IF1B、IF1C、IF1D，以及4个中频信号端口IFA、IFB、IFC、IFD，以及一个参考信号传输端口F1，以及一个参考信号端口F0，实线表示的IF1A/IF1B/IF1C/IF1D/F1位于第一壳体1的一侧底面(也即图上的正对面)，虚线表示IFA/IFB/IFC/IFD/F0位于第一壳体1的另一侧底面，需要说明的是，F0和F1在第二壳体2的正反面的同一位置，因此图3中F0和F1重合在同一位置，图中仅以虚线表示F0处。

第一壳体1和第二壳体2层叠并通过互锁孔位5处的螺钉实现互锁紧固，第一壳体1和第二壳体2互锁紧固形成的圆柱体的直径为84mm、厚度为40mm，尺寸较小。且经过实测，基于本申请的这种电路结构和布设结构，该X波段变频器的接收噪声系数小于8dB、发射功率大于5dBm、收发杂散抑制大于50dBc、通道间隔离度大于60dBc。

进一步的，第一壳体1和第二壳体2的中心区域分别预留有圆柱体结构的预留区域，如图2和3所示，在本申请中，第一壳体1和第二壳体2的中心的直径30mm的区域为预留区域。N路第一收发链路在第一壳体1与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置，N路第二收发链路在第二壳体2与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置。该预留区域可用于实现电源控制或其它拓展功能。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小型化X波段变频器，其特征在于，所述小型化X波段变频器包括：第一壳体、第二壳体、设置在所述第一壳体内部的第一变频组件、设置在所述第二壳体内部的第二变频组件；

所述第一壳体上预留用于收发射频信号的射频信号端口、用于收发第一中频的第一中频端口、用于接收参考信号的参考信号传输端口，所述第一变频组件包括第一收发链路和第一本振产生链路，所述第一收发链路的两端分别连接所述射频信号端口和第一中频端口，所述第一本振产生链路的输入端连接所述参考信号传输端口获取参考信号并生成第一本振提供给所述第一收发链路，所述第一变频组件用于实现射频信号与第一中频的转换，所述第一中频的频率高于所述射频信号；

所述第二壳体上预留用于收发第一中频的第一中频端口、用于收发中频信号的中频信号端口、用于输出参考信号的参考信号传输端口、用于获取参考信号的参考信号端口，所述第二变频组件包括第二收发链路、第二本振产生链路和二功分器，所述第二收发链路的两端分别连接所述第一中频端口和所述中频信号端口，所述二功分器的输入端连接所述参考信号端口获取参考信号、一个输出端连接所述参考信号传输端口、另一个输出端连接所述第二本振产生链路的输入端，所述第二本振产生链路获取参考信号并生成第二本振提供给所述第二收发链路，所述第二变频组件用于实现第一中频与中频信号的转换，所述中频信号的频率低于所述射频信号；

所述第一壳体和所述第二壳体互锁紧固，且所述第一壳体的第一中频端口和所述第二壳体的第一中频端口对向设置并通过SMP连接器垂直互联、所述第一壳体的参考信号传输端口和所述第二壳体的参考信号传输端口对向设置并通过SMP连接器垂直互联。

2.根据权利要求1所述的小型化X波段变频器，其特征在于，所述射频信号的频率为8GHz～12GHz，所述第一本振的频率为35GHz～39GHz，所述第一中频的频率为27GHz且带宽为0.8GHz，所述第二本振的频率为28.4GHz，所述中频信号的频率为1.4GHz且带宽0.8GHz。

3.根据权利要求1所述的小型化X波段变频器，其特征在于，所述第一变频组件包括N路结构相同的第一收发链路，所述第二变频组件包括N路结构相同的第二收发链路，N≥2，则所述第一本振产生链路包括连接所述第一壳体上的参考信号传输端口的第一锁相环、输入端连接所述第一锁相环的第一功分器、分别连接在所述第一功分器的各个输出端的第一倍频器，N个第一倍频器分别连接到每一路第一收发链路提供所述第一本振；所述第二本振产生链路包括连接所述第二壳体中的二功分器的第二锁相环、输入端连接所述第二锁相环的第二功分器、分别连接在所述第二功分器的各个输出端的第二倍频器，N个第二倍频器分别连接到每一路第二收发链路提供所述第二本振。

4.根据权利要求3所述的小型化X波段变频器，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体均呈规格相同的圆柱体结构，所述N路第一收发链路在所述第一壳体内部沿着圆周周向均匀布置，所述N路第二收发链路在所述第二壳体内部沿着圆周周向均匀布置，所述第一壳体和所述第二壳体上预留的端口均位于圆柱体的底面，所述第一壳体和所述第二壳体的底面对向设置互锁紧固形成圆柱体。

5.根据权利要求4所述的小型化X波段变频器，其特征在于，所述第一变频组件包括四路第一收发链路，所述第二变频组件包括四路第二收发链路，则所述第一壳体和所述第二壳体互锁紧固形成的圆柱体的直径为84mm、厚度为40mm。

6.根据权利要求3所述的小型化X波段变频器，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体的中心区域分别预留有圆柱体结构的预留区域，所述N路第一收发链路在所述第一壳体与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置，所述N路第二收发链路在所述第二壳体与内部的预留区域之间的空间内沿着圆周周向均匀布置。

7.根据权利要求1-6任一所述的小型化X波段变频器，其特征在于，在所述第一收发链路中：第一收发开关的固定端作为所述第一收发链路的一端连接所述射频信号端口，所述第一收发开关的第一活动端依次连接限幅器、第一数控衰减器和第一低噪声放大器后连接第二收发开关的第一活动端，所述第二收发开关的第二活动端依次连接第一发射放大器、第二数控衰减器和第二发射放大器后连接所述第一收发开关的第二活动端，所述第二收发开关的固定端依次连接射频滤波器和均衡器后连接到第一混频器，所述第一本振产生链路连接所述第一混频器提供所述第一本振，所述第一混频器依次连接第三数控衰减器和第三收发开关的固定端，所述第三收发开关的第一活动端依次连接第一中频放大器、第四数控衰减器和第二中频放大器后连接第四收发开关的第一活动端，所述第四收发开关的第二活动端通过第三中频放大器连接所述第三收发开关的第二活动端，所述第四收发开关的固定端通过第一滤波器作为所述第一收发链路的另一端连接到所述第一壳体的第一中频端口。

8.根据权利要求1-6任一所述的小型化X波段变频器，其特征在于，在所述第二收发链路中：第二滤波器作为所述第二收发链路的一端连接所述第二壳体上的射频信号端口，所述第二滤波器依次连接第五数控衰减器和第二混频器，所述第二本振产生链路连接所述第二混频器提供所述第二本振，所述第二混频器依次连接第六数控衰减器和第五收发开关的固定端，所述第五收发开关的第一活动端依次连接第四中频放大器、第七数控衰减器和第五中频放大器后连接到第六收发开关的第一活动端，所述第六收发开关的第二活动端通过第八数控衰减器连接所述第五收发开关的第二活动端，所述第六收发开关的固定端依次连接中频信号滤波器和第九数控衰减器后连接到所述中频信号端口。

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