CN113922882B - 一种基于微波光子的高集成收发模块及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微波光子的高集成收发模块及其工作方法，具体为：N通道TR模块接收组件电源的供电信号，将激励信号进行放大、移相后输出；一体化收发模块接收综合数字模块的控制信号，实现相同中频不同带宽信号输出；综合数字模块接收不同带宽中频信号，实现N通道TR模块的幅度和相位控制、收发控制；组件电源为N通道TR模块供电；微波光子模块把来自光波分模块的光信号转换为RF、LO1、LO2、LO3、时钟信号；光波分模块接收外部光信号分别输出给微波光子模块和综合数字模块，并输出来自综合数字模块的数据信号；综合馈电模块把控制信号以及RF信号分发进入各个组件电源。本发明收发模块具有集成度高、对外接口单一的优点。

Description

一种基于微波光子的高集成收发模块及其工作方法

技术领域

本发明属于微波模块技术领域，涉及一种的基于微波光子的高集成收发模块。

背景技术

多功能相控阵雷达的微波收发模块一般由收发组件、变频组件、组件电源、数字组件等组成，承担着微波信号放大/移相、接收信号低噪声放大/移相/衰减/下变频、中频信号数字采样以及波束控制等功能，上述功能可分为宽带(测量、侦察、通信)、窄带(搜索、跟踪、制导)两大类。

收发模块是相控阵雷达系统的核心部件，随着相控阵雷达技术发展，迫切要求单一设备多功能化，目前国内外相控阵雷达系统一般采用收发模块内部宽带和窄带通道分开的方案来兼顾两大类功能，但是该方案主要存在以下不足：

1、多功能相控阵雷达对信号带宽、中频大小需求不同，若采用宽带和窄带分开的方案，则数字采样通道及后续信号处理需要2套硬件，集成度不高，不利于小型化设计；

2、现有收发模块对外接口信号包括射频激励信号、2～3路本振信号、时钟信号、自检信号、采样数据信号、控制信号以及供电信号，对外信号数量多、种类多，维修性不好。

针对国内外多功能设备收发模块现状和不足，需要设计一种高集成、对外接口单一的收发模块。

发明内容

本发明目的在于提供一种集成度高、对外接口单一，且满足探测、测量、通信等多种功能的基于微波光子的高集成收发模块。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于微波光子的高集成收发模块，包括N通道TR模块、一体化收发模块、综合数字模块、组件电源、微波光子模块、光波分模块、电容板模块、综合馈电模块、辅助电源模块，其中：

N通道TR模块，接收组件电源提供的供电信号加电工作，接收激励信号进行放大、移相后输出；

一体化收发模块，接收综合数字模块的控制信号，并根据工作模式不同实现相同中频不同带宽信号输出；

综合数字模块，接收来自一体化收发模块的不同带宽中频信号，并进行数字采样以及数字滤波处理，该综合数字模块还同时实现N通道TR模块的幅度和相位控制、收发控制的功能；

组件电源，为N通道TR模块供电，把高压直流电源转换为N通道TR模块工作所需要的低压直流电源；

微波光子模块，把来自光波分模块的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号；

光波分模块，一方面接收外部光信号分别输出给微波光子模块和综合数字模块，另一方面把来自综合数字模块的数据信号输出收发模块；

电容板模块，对外部输入的高压直流电源进行高频滤波，滤除高次谐波；

综合馈电模块，把来自综合数字模块的控制信号以及来自微波光子模块的射频RF信号分发进入各个组件电源，与组件电源盲插互联；

辅助电源，为微波光子模块和一体化收发模块实施供电。

一种基于微波光子的高集成收发模块的工作方法，基于所述的基于微波光子的高集成收发模块，工作流程如下：

一、发射模式

光波分模块接收模块外部光信号，分别馈送到微波光子模块和综合数字模块，微波光子模块把来自系统的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号，综合数字模块接收来自系统的控制信号；

一体化收发模块接收来自微波光子模块的射频RF信号，该信号首先经放大模块放大后，通过开关选择进入延时模块，经过延时处理后进入1分M等功分器，分为M路信号分别进入综合馈电模块；

综合馈电模块接收M路射频RF信号以及来自综合数字模块的控制信号，并把控制信号分发为M路，1路射频RF信号和1路控制信号集成在一个盲插连接器中与组件电源互联，集成后的信号和组件电源输出的低压供电信号经组件电源内部传输到组件电源输出端的盲插连接器，N通道TR模块通过盲插连接器接收射频RF信号、控制信号以及低压供电信号后正常工作，形成的大功率射频信号经TR模块输出；

二、接收模式

小功率射频信号首先经M个N通道TR模块低噪声放大、移相后通过盲插连接器与组件电源互联，M路回波信号经综合馈电模块进入一体化收发模块；

在一体化收发模块中，M路回波信号首先进入1分M等功分器，合成为1路射频RF信号后进入延时模块，经延时和开关选择后进入下变频模块，微波光子模块产生的第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号进入下变频模块，根据不同工作模式需求，输出不同信号带宽的中频信号；

中频信号进入综合数字模块，进行数字采样和数字下变频处理，根据工作模式不同，采用不同的数字滤波器输出不同信号带宽的数据信号，数据信号经光纤输出给光波分模块。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)通过一体化收发模块实现不同功能下统一中频信号输出，简化了接收机设计，综合数字模块接收不同带宽中频信号完成数字采样处理，实现宽带和窄带功能的一体接收处理设计，满足小型化高集成收发模块设计要求；

(2)微波光子模块与光波分模块的联合运用实现收发模块对外控制信号全部为光信号，缩减了对外接口信号种类和数量，便于扩展设计，提升了维修性。

附图说明

图1是本发明基于微波光子的高集成收发模块组成图。

图2是本发明一体化收发模块组成图。

具体实施方式

本发明一种基于微波光子的高集成收发模块，包括N通道TR模块、一体化收发模块、综合数字模块、组件电源、微波光子模块、光波分模块、电容板模块、综合馈电模块、辅助电源模块，其中：

N通道TR模块，接收组件电源提供的供电信号加电工作，接收激励信号进行放大、移相后输出；

一体化收发模块，接收综合数字模块的控制信号，并根据工作模式不同实现相同中频不同带宽信号输出；

综合数字模块，接收来自一体化收发模块的不同带宽中频信号，并进行数字采样以及数字滤波处理，该综合数字模块还同时实现N通道TR模块的幅度和相位控制、收发控制的功能；

组件电源，为N通道TR模块供电，把高压直流电源转换为N通道TR模块工作所需要的低压直流电源；

微波光子模块，把来自光波分模块的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号；

光波分模块，一方面接收外部光信号分别输出给微波光子模块和综合数字模块，另一方面把来自综合数字模块的数据信号输出收发模块；

电容板模块，对外部输入的高压直流电源进行高频滤波，滤除高次谐波；

综合馈电模块，把来自综合数字模块的控制信号以及来自微波光子模块的射频RF信号分发进入各个组件电源，与组件电源盲插互联；

辅助电源，为微波光子模块和一体化收发模块实施供电。

作为一种具体实施方式，所述N通道TR模块由N个通道TR组件和1分N的功分器组成，1分N功分器的N个输出端接口分别与N个TR组件连接；N通道TR模块一方面接收组件电源提供的供电信号加电工作，另一方面接收组件电源转发的激励信号进行放大、移相后输出。

作为一种具体实施方式，所述一体化收发模块包括放大模块、开关、延时模块、1分M等功分器、下变频模块、滤波模块，其中：

所述放大模块，用于接收微波光子模块的射频RF信号，并进行放大并输出至开关；

所述开关，发射模式下用于连接放大模块与延时模块，接收模式下用于连接延时模块与下变频模块；

所述延时模块，通过1分M等功分器与综合馈电模块连接；

所述下变频模块，输入端接收微波光子模块的第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号，输出端通过滤波模块接入综合数字模块。

作为一种具体实施方式，所述一体化收发模块根据工作模式不同实现相同中频不同带宽信号输出，具体如下：

下变频模块在宽带模式下和窄带模式均输出350MHz中频信号给滤波模块，滤波模块根据工作模式不同选择对应滤波器通道，输出相应信号带宽的中频信号。

作为一种具体实施方式，宽带模式下信号带宽为100MHz，窄带模式下信号带宽为5MHz到20MHz。

作为一种具体实施方式，所述宽带模式包括侦察、通信、测量这些工作模式，窄带模式包括搜索、跟踪、制导这些工作模式。

一种基于微波光子的高集成收发模块的工作方法，基于所述的基于微波光子的高集成收发模块，工作流程如下：

一、发射模式

光波分模块接收模块外部光信号，分别馈送到微波光子模块和综合数字模块，微波光子模块把来自系统的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号，综合数字模块接收来自系统的控制信号；

一体化收发模块接收来自微波光子模块的射频RF信号，该信号首先经放大模块放大后，通过开关选择进入延时模块，经过延时处理后进入1分M等功分器，分为M路信号分别进入综合馈电模块；

综合馈电模块接收M路射频RF信号以及来自综合数字模块的控制信号，并把控制信号分发为M路，1路射频RF信号和1路控制信号集成在一个盲插连接器中与组件电源互联，集成后的信号和组件电源输出的低压供电信号经组件电源内部传输到组件电源输出端的盲插连接器，N通道TR模块通过盲插连接器接收射频RF信号、控制信号以及低压供电信号后正常工作，形成的大功率射频信号经TR模块输出；

二、接收模式

小功率射频信号首先经M个N通道TR模块低噪声放大、移相后通过盲插连接器与组件电源互联，M路回波信号经综合馈电模块进入一体化收发模块；

在一体化收发模块中，M路回波信号首先进入1分M等功分器，合成为1路射频RF信号后进入延时模块，经延时和开关选择后进入下变频模块，微波光子模块产生的第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号进入下变频模块，根据不同工作模式需求，输出不同信号带宽的中频信号；

中频信号进入综合数字模块，进行数字采样和数字下变频处理，根据工作模式不同，采用不同的数字滤波器输出不同信号带宽的数据信号，数据信号经光纤输出给光波分模块。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

本实施例一种基于微波光子的高集成收发模块，如图所示，包括以下几个部分：

N通道TR模块、一体化收发模块、组件电源、综合数字模块、微波光子模块、光波分模块、电容板模块、综合馈电模块、辅助电源。

所述N通道TR模块由N个通道TR组件和1分N的功分器组成，1分N功分器的N个输出端接口分别与N个TR组件连接。N通道TR模块接收组件电源提供的供电信号加电工作，接收组件电源转发的激励信号进行放大、移相后输出。

一体化收发模块在综合数字模块控制下工作，根据工作模式不同完成相同中频不同带宽信号输出。

组件电源主要为N通道TR模块供电，把高压直流电源转换为TR模块工作所需要的低压直流电源。

综合数字模块接收完成来自一体化收发模块的不同带宽中频信号的数字采样处理，该模块同时承担N通道TR模块的幅度和相位控制、收发控制等功能。

微波光子模块把来自光波分模块的光信号转换为RF信号、LO1、LO2、LO3信号、时钟信号等射频信号。

光波分模块一方面接收外部光信号分别输出给微波光子模块和综合数字模块，一方面把来自综合数字模块的数据信号输出收发模块。

电容板模块对外部输入的高压直流电源进行高频滤波，滤除高次谐波减少电源干扰。

综合馈电模块把来自综合数字模块的控制信号以及来自微波光子模块的RF信号分发进入各个组件电源，与组件电源盲插互联，减少大量控制电缆。

辅助电源主要为微波光子模块和一体化收发模块实施供电。

所述一种基于微波光子的高集成收发模块工作流程如下：

发射模式下，光波分模块接收模块外部光信号，分别馈送到微波光子模块和综合数字模块，前者把来自系统的光信号转换为RF、LO1、LO2、LO3、时钟等射频信号，后者接收来自系统的控制信号。

图2为一体化收发模块组成示意图，一体化收发模块接收来自微波光子模块的RF信号，该信号首先经放大模块放大后，进入开关，开关选择进入延时模块，该信号经过延时处理后进入1分M等功分器，分为M路信号分别进入综合馈电模块。

综合馈电模块接收M路RF信号以及来自综合数字模块的控制信号，并把控制信号分发为M路，1路RF信号和1路控制信号集成在一个盲插连接器中，与图1中的组件电源互联，该信号和组件电源输出的低压供电信号经组件电源内部传输到组件电源输出端盲插连接器，N通道TR组件通过盲插连接器接收RF信号、控制信号以及低压供电信号后正常工作，形成的大功率射频信号经TR模块输出。

如图1所示，接收模式下，小功率射频信号首先经M个N通道TR模块低噪声放大、移相后通过盲插连接器与组件电源互联，M路回波信号经综合馈电模块进入一体化收发模块。如图2中所示，M路信号首先进入1分M等功分器，合成为1路射频信号后进入延时模块，经延时和开关选择后进入下变频模块，微波光子模块产生的LO1、LO2、LO3信号进入下变频模块，根据不同模式需求，输出不同信号带宽的中频信号。

中频信号进入综合数字模块，在该模块内部完成数字采样和数字下变频处理，根据工作模式不同，采用不同的数字滤波器输出不同信号带宽的数据信号，数据信号经光纤输出给光波分模块。

图2中所述一体化收发模块根据工作模式产生不同信号带宽的中频信号，下变频模块在宽带模式下(侦察、通信、测量)和窄带模式(搜索、跟踪、制导)均输出350MHz中频信号给滤波模块，滤波模块根据工作模式不同选择对应滤波器通道，输出相应信号带宽的中频信号。宽带模式下，信号带宽为100MHz，窄带模式下信号带宽在5MHz到20MHz范围内变化。

本发明通过一体化收发模块实现不同功能下统一中频信号输出，简化了接收机设计，综合数字模块接收不同带宽中频信号完成数字采样处理，实现宽带和窄带功能的一体接收处理设计，满足小型化高集成收发模块设计要求。微波光子模块与光波分模块的联合运用实现收发模块对外控制信号全部为光信号，缩减了对外接口信号种类和数量，便于扩展设计，提升了维修性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，包括N通道TR模块、一体化收发模块、综合数字模块、组件电源、微波光子模块、光波分模块、电容板模块、综合馈电模块、辅助电源模块，其中：

N通道TR模块，接收组件电源提供的供电信号加电工作，接收激励信号进行放大、移相后输出；

一体化收发模块，接收综合数字模块的控制信号，并根据工作模式不同实现相同中频不同带宽信号输出；

综合数字模块，接收来自一体化收发模块的不同带宽中频信号，并进行数字采样以及数字滤波处理，该综合数字模块还同时实现N通道TR模块的幅度和相位控制、收发控制的功能；

组件电源，为N通道TR模块供电，把高压直流电源转换为N通道TR模块工作所需要的低压直流电源；

微波光子模块，把来自光波分模块的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号；

光波分模块，一方面接收外部光信号分别输出给微波光子模块和综合数字模块，另一方面把来自综合数字模块的数据信号输出收发模块；

电容板模块，对外部输入的高压直流电源进行高频滤波，滤除高次谐波；

综合馈电模块，把来自综合数字模块的控制信号以及来自微波光子模块的射频RF信号分发进入各个组件电源，与组件电源盲插互联；

辅助电源，为微波光子模块和一体化收发模块实施供电。

2.根据权利要求1所述基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，所述N通道TR模块由N个通道TR组件和1分N的功分器组成，1分N功分器的N个输出端接口分别与N个TR组件连接；N通道TR模块一方面接收组件电源提供的供电信号加电工作，另一方面接收组件电源转发的激励信号进行放大、移相后输出。

3.根据权利要求1所述基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，所述一体化收发模块包括放大模块、开关、延时模块、1分M等功分器、下变频模块、滤波模块，其中：

所述放大模块，用于接收微波光子模块的射频RF信号，并进行放大并输出至开关；

所述开关，发射模式下用于连接放大模块与延时模块，接收模式下用于连接延时模块与下变频模块；

所述延时模块，通过1分M等功分器与综合馈电模块连接；

所述下变频模块，输入端接收微波光子模块的第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号，输出端通过滤波模块接入综合数字模块。

4.根据权利要求3所述基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，所述一体化收发模块根据工作模式不同实现相同中频不同带宽信号输出，具体如下：

下变频模块在宽带模式下和窄带模式均输出350MHz中频信号给滤波模块，滤波模块根据工作模式不同选择对应滤波器通道，输出相应信号带宽的中频信号。

5.根据权利要求4所述基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，宽带模式下信号带宽为100MHz，窄带模式下信号带宽为5MHz到20MHz。

6.根据权利要求5所述基于微波光子的高集成收发模块，其特征在于，所述宽带模式包括侦察、通信、测量这些工作模式，窄带模式包括搜索、跟踪、制导这些工作模式。

7.一种基于微波光子的高集成收发模块的工作方法，其特征在于，基于权利要求1～5任一项所述的基于微波光子的高集成收发模块，工作流程如下：

一、发射模式

光波分模块接收模块外部光信号，分别馈送到微波光子模块和综合数字模块，微波光子模块把来自系统的光信号转换为射频RF信号、第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号、时钟信号，综合数字模块接收来自系统的控制信号；

一体化收发模块接收来自微波光子模块的射频RF信号，该信号首先经放大模块放大后，通过开关选择进入延时模块，经过延时处理后进入1分M等功分器，分为M路信号分别进入综合馈电模块；

综合馈电模块接收M路射频RF信号以及来自综合数字模块的控制信号，并把控制信号分发为M路，1路射频RF信号和1路控制信号集成在一个盲插连接器中与组件电源互联，集成后的信号和组件电源输出的低压供电信号经组件电源内部传输到组件电源输出端的盲插连接器，N通道TR模块通过盲插连接器接收射频RF信号、控制信号以及低压供电信号后正常工作，形成的大功率射频信号经TR模块输出；

二、接收模式

小功率射频信号首先经M个N通道TR模块低噪声放大、移相后通过盲插连接器与组件电源互联，M路回波信号经综合馈电模块进入一体化收发模块；

在一体化收发模块中，M路回波信号首先进入1分M等功分器，合成为1路射频RF信号后进入延时模块，经延时和开关选择后进入下变频模块，微波光子模块产生的第一本振LO1信号、第二本振LO2信号、第三本振LO3信号进入下变频模块，根据不同工作模式需求，输出不同信号带宽的中频信号；

中频信号进入综合数字模块，进行数字采样和数字下变频处理，根据工作模式不同，采用不同的数字滤波器输出不同信号带宽的数据信号，数据信号经光纤输出给光波分模块。