CN114050791A

CN114050791A - 一种多倍频程宽带变频组件

Info

Publication number: CN114050791A
Application number: CN202111310612.7A
Authority: CN
Inventors: 陈坤; 白明强; 杨光华; 倪大海; 孙乎浩; 陈澄; 黄家升; 尹红波
Original assignee: Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Yangzhou Haike Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2022-02-15

Abstract

本发明公开了一种多倍频程宽带变频组件，该组件包括变频电路、幅度控制电路、开关滤波器组，其中变频电路针对输入的射频信号，通过两个本振频率点将输入射频频率扩宽为中频信号，并输出至幅度控制电路；幅度控制电路对变频电路输出的中频信号进行幅度调整；开关滤波器组将幅度控制电路输出的信号通过多路滤波器组进行分段滤波，滤除谐波和杂散，并进行幅度校正得到多倍频程的中频输出信号。本发明将3‑4GHz信号通过4/5GHz两个本振频率点将频率扩宽到可以通过数字电路直接处理的0.2‑2GHz的十倍程信号，输出功率达到了10dBm同时谐波抑制达到了48dBc以上，功率平坦度达±1dB，动态范围达60dB以上，步进仅为0.25dB。

Description

一种多倍频程宽带变频组件

技术领域

本发明涉及微波雷达技术领域，特别是一种多倍频程宽带变频组件。

背景技术

微波变频器在微波侦测领域中有着极为重要的作用，随着频段资源的使用变得日益紧张，通信环境中会增加各种不同的电磁干扰，，对信息探测雷达的要求也趋于高集成度、高性能的方向发展。高集成度方面，采用混合集成电路的技术，将采用各种半导体器件工艺制作的各种高性能芯片如混频器，低噪声放大器，开关和数控衰减器等进行集成，实现组件的小型化和机动性的需求；高性能方面，变频组件覆盖的频率宽度越来越宽，尤其是向高线性度，大动态范围，高灵敏度，高分辨率等方面发展。宽带变频组件将宽的频域信号变换到较低的频率来进行采样处理，是信息侦测雷达的关键部件，实现低成本、高性能的无线射频接收机终端是一项具有挑战意义的工作。

用于侦测雷达接收机的宽带变频系统，工作在0.2-2GHz频段内的射频前端模块方案已经相对成熟，目前该方案针对的主要问题集中在宽频带条件下杂散抑制和谐波抑制的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异平坦度指标和谐波特性的多倍频程宽带变频组件，将输入信号3-4GHz的射频信号变频到0.2-2GHz。

实现本发明的目的技术解决方案是：一种多倍频程宽带变频组件，包括变频电路、幅度控制电路、开关滤波器组，其中：

所述变频电路，针对输入的射频信号，通过两个本振频率点将频率扩宽为中频信号，并输出至幅度控制电路；

所述幅度控制电路，对变频电路输出的中频信号进行幅度调整；

所述开关滤波器组，将幅度控制电路输出的信号通过多路滤波器组进行分段滤波滤除谐波和杂散，并进行幅度校正得到多倍频程的中频输出信号。

本发明与现有技术对比，其显著特点是：(1)采用八路开关滤波器组进行信号的分段，将输入的3-4GHz的1GHz带宽信号进行下变频到0.2-2GHz，扩展了频率带宽达到了十倍程；(2)通过数控衰减器、开关滤波器组、放大器和均衡器进行幅度调整，同时调整链路之间的匹配和谐波特性，获得了优异的平坦度指标和谐波特性；(3)总动态范围达到了60dB，且衰减步进仅为0.25dB；输出功率达到了10dBm同时谐波抑制达到了48dBc以上。

附图说明

图1是本发明的组件原理电路框图。

图2是本发明的变频电路框图。

图3是本发明的幅度控制电路框图。

图4是本发明的八路开关滤波器组框图。

具体实施方式

本发明涉及一种多倍程宽带变频组件，该多倍程变频组件由两个输入端口和两个输出端口组成。组件通过混频部分电路，幅度控制部分电路和八路开关滤波器组三部分电路，将3-4GHz信号进行通过4/5GHz两个本振频率点将频率扩宽到可以通过数字电路直接处理的0.2-2GHz的十倍程信号，链路利用四级放大器、三个数控衰减器和各个分路的均衡器对最终的输出信号进行幅度调整，同时将宽频的信号分八路滤波器组进行分段滤波以保证良好的谐波性能和杂散性能，最终实现了输出功率达到了10dBm同时谐波抑制达到了48dBc以上，功率平坦度达到±1dB，动态范围达60dB以上，且步进仅为0.25dB的宽带变频组件。

结合图1～图4，本发明一种多倍频程宽带变频组件，包括变频电路1、幅度控制电路2、开关滤波器组3，其中：

所述变频电路1，针对输入的射频信号，通过两个本振频率点将频率扩宽为中频信号，并输出至幅度控制电路2；

所述幅度控制电路2，对变频电路1输出的中频信号进行幅度调整；

所述开关滤波器组3，将幅度控制电路2输出的信号通过多路滤波器组进行分段滤波滤除谐波和杂散，并进行幅度校正得到多倍频程的中频输出信号。

进一步地，所述变频电路1输入的射频信号为3～4GHz，采用4GHz的本振信号将对应的射频信号3.1～3.8GHz变频到0.2～0.9GHz，然后本振信号切换到5GHz，再将3.1～4.1GHz变频到0.9-2GHz；开关滤波器组3对输出的中频信号跨度为十倍频程进行谐波和杂散的滤除，包括一路0.2～2GHz的中频信号和一路自检的0.2～2GHz的中频信号。

进一步地，所述变频电路1具体如下：

输入的射频信号通过第一衰减器10调整功率后输入到混频器11的射频端口；本振信号经过第一放大器14提高到设定的功率水平，然后通过第二滤波器15滤除本振信号的谐波，再通过第三衰减器16进行功率调整和链路级间匹配，然后输入混频器11的本振输入端；混频器11将得到的中频信号输出至第二衰减器12，最后经过第一滤波器13滤除镜频信号后得到最终的中频信号，将该中频信号输出至幅度控制电路2。

进一步地，所述幅度控制电路2包括顺次连接的第二放大器20、第一数控衰减器21、第四衰减器22、第三放大器23、第二数控衰减器24、第五衰减器25、第四放大器26、第三数控衰减器27、第五放大器28、第一均衡器29；

变频电路1输出的中频信号，首先经过第二放大器20，其次经过第一数控衰减器21，再通过第四衰减器22调整链路的信号谐波特性，再通过第三放大器23放大信号，再经过第二数控衰减器24，再经过第五衰减器25调整链路的信号谐波特性，再通过第四放大器26进行信号放大，再经过第三数控衰减器27，再经过第五放大器28后功率值达到最大，最后经过第一均衡器29进行幅度校正后，输出至开关滤波器组3。

进一步地，所述开关滤波器组3包括第一单刀N掷开关30、单刀单掷开关31、第三滤波器32、第二均衡器33、第二单刀N掷开关34、第三均衡器35、耦合器36，N为大于2的自然数；

幅度控制电路2输出的幅度校正后信号，通过第一单刀N掷开关30将幅度校正后的信号分成N路；每一路分别包括一组顺次连接的单刀单掷开关31、第三滤波器32、第二均衡器33，单刀单掷开关31用于增加通道间的隔离度，第二均衡器33用于对分路射频信号进行幅度校正；幅度校正后的N路信号再通过第二单刀N掷开关34合并为一路全频带信号，第三均衡器35对该全频带信号进行整体的幅度校正后输出至耦合器36，耦合器36将接收的信号分为两路，其中一路信号直接输出，另一路作为自检信号。

进一步地，所述采用4GHz的本振信号将对应的射频信号3.1～3.8GHz变频到0.2～0.9GHz，然后本振信号切换到5GHz，再将3.1～4.1GHz变频到0.9-2GHz，具体变频关系如表1所示：

表1

进一步地，所述第一数控衰减器21的步进为0.25dB、总衰减量为15.5dB；第二数控衰减器24的步进为0.5dB，总衰减量为31.5dB；第三数控衰减器27的步进为0.5dB，衰减量为31.5dB。

进一步地，所述N的取值为8，第一单刀N掷开关30、第二单刀N掷开关34均为单刀八掷开关。

进一步地，所述耦合器36为10dB耦合器。

进一步地，整个宽带变频组件的射频信号输入功率：-8±1dBm；本阵信号功率：0±3dBm；输出信号功率：9-11dBm；接收增益带内平坦度：≤±1.5dB；输出信号谐波：0.2～0.38GHz≤-48dBc；0.38～2GHz≤-50dBc；输出信号杂散：≥50dBc；幅度控制范围：≥60dB。

本发明宽带变频组件的工作带宽覆盖了0.2-2GHz，频率跨度达到了十倍程，该产品的主要功能为：1)将输入的3-4GHz的1GHz带宽信号进行下变频到0.2-2GHz扩展了频率带宽达到了十倍程，2)通过数控衰减器、开关滤波器组、放大器和均衡器进行幅度调整，同时调整链路之间的匹配和谐波特性以期获得优异的平坦度指标和谐波特性。

描述这种产品性能的主要指标有：1)杂散抑制；2)输出功率；3)动态范围；4)谐波抑制度，5)输出功率平坦度等。

本发明采用的技术方案具有的优势：

1)采用多级数控扩展动态范围，总动态范围达到了60dB，且衰减步进仅为0.25dB；

2)采用八路开关滤波器组进行信号的分段，工作带宽跨度达到了十倍程；

3)输出功率达到了10dBm左右同时谐波抑制达到了48dBc以上；

4)链路采用多级均衡器进行幅度均衡，实现宽倍频程内±1dB的低波动特性。

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细描述。

实施例

本实施例提供一种多倍程宽带变频组件，结合图1简要的进行组件的原理框图分析，射频输入信号为3-4GHz，采用4GHz的本振信号将对应的射频信号3.1-3.8GHz，变频到0.2-0.9GHz，然后本振信号切换到5GHz，再将3.1-4.1GHz变频到0.9-2GHz，具体的变频关系见表1所示，然后两组信号再通过一个幅度控制电路进行动态范围扩展和八路开关滤波器组进行杂散和谐波的滤除，信号合路后最终输出一路0.2-2GHz的中频信号和一路自检的0.2-2GHz的中频信号。

图2为变频电路1，射频输入信号通过固定的第一衰减器10调整功率后进入到混频器11射频端口，本振信号经过第一放大器14提高到一定的功率水平，然后通过一个低通滤波器即第二滤波器15滤除本振信号的谐波，再通过第三衰减器16进行功率调整和链路级间匹配，同时驱动混频器11进行工作，然后得到中频输出信号后进入第二衰减器12，最后经过一个LC低通滤波器即第一滤波器13，滤除镜频信号后进入后面的幅度控制电路2。

图3为幅度控制电路2，其主要功能是将变频电路部分得到的中频信号进行功率调整，以保证信号谐波性能，电路主要采用的是高线性性能的放大器、大动态低步进的数控衰减器和固定衰减器进行链路信号的幅度调整和性能改善。变频得到的中频信号，先经过第二放大器20，然后经过一个步进为0.25dB，总衰减量为15.5dB的第一数控衰减器21，然后再通过第四衰减器22，改善链路的信号谐波特性，再通过第三放大器23放大信号，再经过第二数控衰减器24步进为0.5dB，总衰减量为31.5dB，然后再经过第五衰减器25改善链路信号的谐波特性，再通过第四放大器26进行信号放大，进入第三数控衰减器27步进为0.5dB，衰减量为31.5dB，然后进入第五放大器28后功率值达到最大后，在经过第一均衡器29进行幅度校正后，进入下一级电路。

图4为开关滤波器组3，该部分电路的主要功能是将变频得到的信号分八路滤出谐波和杂散，同时进行幅度校正。首先幅度校正的信号，通过第一单刀八掷开关将幅度校正后的信号分成八路，然后每一路增加一个单刀单掷开关增加通道间的隔离度，然后通过该分路对应的第三滤波器32，接着通过第二均衡器33进行分路信号的幅度校正，最后通过第二单刀八掷开关34合并到一路输出，输出链路上第三均衡器35再次进行幅度校正，然后通过耦合器36分为两路，其中一路0.2-2GHz信号直接输出，另一路作为自检信号，检测电路的功能正常与否。八路滤波器具体的频率分配见表1所示。

整个宽带变频组件的主要技术指标有：

射频输入信号：3-4GHz；

信号输入功率：-8±1dBm；

本阵输入信号：4/5GHz；

本阵信号功率：0±3dBm；

输出信号功率：9-11dBm，

自检路耦合度：10dB；

接收增益带内平坦度：≤±1.5dB；

输出信号谐波：0.2-0.38GHz≤-48dBc；

0.38-2GHz≤-50dBc；

输出信号杂散：≥50dBc；

幅度控制范围：≥60dB；

内部衰减器步进(dB)：0.25dB；

本实施例多倍程宽带变频组件，模块由两个输入端口和两个输出端口构成，两个输入端口分别是射频输入端口和本振端口；两个输出端口分别是中频输出端口和自检端口，宽带的耦合器将输出信号分成两路，其中直通路的信号功率直接输出，另一路的功率通过10dB耦合器后输出作为自检之路输出，工作频率覆盖到0.2-2GHz覆盖频程达到了十倍程。

本实施例多倍程宽带变频组件，经过变频得到的射频信号通过四级放大器进行功率放大的同时通过三级数控衰减器进行幅度控制，可以保证在进入开关滤波器组前的谐波性能处于线性动态范围，同时实现步进仅为0.25dB，总衰减范围达到了60dB。

本实施例多倍程宽带变频组件，根据最终输出信号频率的频带宽度，同时考虑杂散和谐波要求，将输出信号细分为八个频段，具体的频段划分见表1，每个频段设置一个滤波器进行谐波和杂散的滤除，选取的开关谐波性能在大功率输入条件下的谐波抑制能够达到48dBc以上，最终经过该滤波器组后的信号功率能够达到10dBm以上同时满足谐波48dBc以上，杂散50dBc以上。

本实施例多倍程宽带变频组件，根据最终输出信号频率的频带宽度和功率平坦度的要求，在信号控制部分电路通过第一均衡器将整个输出信号进行功率校正，同时设置均衡器1-8对八路滤波器组内每路射频信号分别进行功率校正，最后对通过八路滤波器组后的全频带信号进行整体的幅度校正，最终能实现幅度±1dB的平坦度。

Claims

1.一种多倍频程宽带变频组件，其特征在于，包括变频电路(1)、幅度控制电路(2)、开关滤波器组(3)，其中：

所述变频电路(1)，针对输入的射频信号，通过两个本振频率点将频率扩宽为中频信号，并输出至幅度控制电路(2)；

所述幅度控制电路(2)，对变频电路(1)输出的中频信号进行幅度调整；

所述开关滤波器组(3)，将幅度控制电路(2)输出的信号通过多路滤波器组进行分段滤波滤除谐波和杂散，并进行幅度校正得到多倍频程的中频输出信号。

2.根据权利要求1所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述变频电路(1)输入的射频信号为3～4GHz，采用4GHz的本振信号将对应的射频信号3.1～3.8GHz变频到0.2～0.9GHz，然后本振信号切换到5GHz，再将3.1～4.1GHz变频到0.9-2GHz；开关滤波器组(3)对输出的中频信号跨度为十倍频程进行谐波和杂散的滤除，包括一路0.2～2GHz的中频信号和一路自检的0.2～2GHz的中频信号。

3.根据权利要求2所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述变频电路(1)具体如下：

输入的射频信号通过第一衰减器(10)调整功率后输入到混频器(11)的射频端口；本振信号经过第一放大器(14)提高到设定的功率水平，然后通过第二滤波器(15)滤除本振信号的谐波，再通过第三衰减器(16)进行功率调整和链路级间匹配，然后输入混频器(11)的本振输入端；混频器(11)将得到的中频信号输出至第二衰减器(12)，最后经过第一滤波器(13)滤除镜频信号后得到最终的中频信号，将该中频信号输出至幅度控制电路(2)。

4.根据权利要求2所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述幅度控制电路(2)包括顺次连接的第二放大器(20)、第一数控衰减器(21)、第四衰减器(22)、第三放大器(23)、第二数控衰减器(24)、第五衰减器(25)、第四放大器(26)、第三数控衰减器(27)、第五放大器(28)、第一均衡器(29)；

变频电路(1)输出的中频信号，首先经过第二放大器(20)，其次经过第一数控衰减器(21)，再通过第四衰减器(22)调整链路的信号谐波特性，再通过第三放大器(23)放大信号，再经过第二数控衰减器(24)，再经过第五衰减器(25)调整链路的信号谐波特性，再通过第四放大器(26)进行信号放大，再经过第三数控衰减器(27)，再经过第五放大器(28)后功率值达到最大，最后经过第一均衡器(29)进行幅度校正后，输出至开关滤波器组(3)。

5.根据权利要求2所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述开关滤波器组(3)包括第一单刀N掷开关(30)、单刀单掷开关(31)、第三滤波器(32)、第二均衡器(33)、第二单刀N掷开关(34)、第三均衡器(35)、耦合器(36)，N为大于2的自然数；

幅度控制电路(2)输出的幅度校正后信号，通过第一单刀N掷开关(30)将幅度校正后的信号分成N路；每一路分别包括一组顺次连接的单刀单掷开关(31)、第三滤波器(32)、第二均衡器(33)，单刀单掷开关(31)用于增加通道间的隔离度，第二均衡器(33)用于对分路射频信号进行幅度校正；幅度校正后的N路信号再通过第二单刀N掷开关(34)合并为一路全频带信号，第三均衡器(35)对该全频带信号进行整体的幅度校正后输出至耦合器(36)，耦合器(36)将接收的信号分为两路，其中一路信号直接输出，另一路作为自检信号。

6.根据权利要求2所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述采用4GHz的本振信号将对应的射频信号3.1～3.8GHz变频到0.2～0.9GHz，然后本振信号切换到5GHz，再将3.1～4.1GHz变频到0.9-2GHz，具体变频关系如表1所示：

表1

输出频率/GHz 输入频率/GHz 本振频率/GHz 0.2-0.28 3.72-3.8 4 0.28-0.38 3.62-3.72 4 0.38-0.5 3.5-3.62 4 0.5-0.7 3.3-3.5 4 0.7-0.9 3.1-3.3 4 0.9-1.2 3.8-4.1 5 1.2-1.5 3.5-3.8 5 1.5-2 3-3.5 5

。

7.根据权利要求4所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述第一数控衰减器(21)的步进为0.25dB、总衰减量为15.5dB；第二数控衰减器(24)的步进为0.5dB，总衰减量为31.5dB；第三数控衰减器(27)的步进为0.5dB，衰减量为31.5dB。

8.根据权利要求5所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述N的取值为8，第一单刀N掷开关(30)、第二单刀N掷开关(34)均为单刀八掷开关。

9.根据权利要求5所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，所述耦合器(36)为10dB耦合器。

10.根据权利要求6所述的多倍频程宽带变频组件，其特征在于，整个宽带变频组件的射频信号输入功率：-8±1dBm；本阵信号功率：0±3dBm；输出信号功率：9-11dBm；接收增益带内平坦度：≤±1.5dB；输出信号谐波：0.2～0.38GHz≤-48dBc；0.38～2GHz≤-50dBc；输出信号杂散：≥50dBc；幅度控制范围：≥60dB。