CN114301487A - 一种自适应收发一体变频组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应收发一体变频组件，该组件包括接收和发射两个部分，接收外部0.38‑2GHz射频信号，信号经过接收前端预处理单元进入接收发射变频单元；接收发射变频单元包含两级混频器、高中频开关滤波网络、一～二本振驱动放大滤波网络，射频信号进入接收发射变频单元进行二次变频，输出1.8GHz中频信号；接收中频放大单元进行放大滤波并最终输出；中频信号经发射中频预处理单元后进入接收发射变频单元，采用双向放大技术，使得发射部分、接收部分共用接收发射变频单元的电路；变频后输出射频信号至发射射频放大单元。本发明具有收发一体、自适应性强、集成度高、超低杂散的优点。
Description
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，特别是一种自适应收发一体变频组件。
背景技术
随着通信技术及微电子技术的发展，对微波接收系统的多功能和小型化要求越来越高。0.38-2GHz自适应收发一体变频组件是一种应用于电子信号频率和功率测量的电子部件。描述这种产品性能的主要技术指标有：1)工作频率带宽；2)噪声系数；3)瞬时动态范围；4)全局动态范围；5)小信号增益；6)杂散；7)尺寸；8)功耗；9)重量。
目前同类型的产品，存在的缺点有：
1)杂散差，一般为55dB左右；
2)噪声系数差，一般8.5dB左右；
3)动态范围小；4)体积和功耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种频段宽、杂散高、噪声系数优良、收发一体、自适应强，电路尺寸小的变频组件。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种自适应收发一体变频组件，包括接收和发射两个部分，其中接收部分包括接收前端预处理单元、接收发射变频单元、接收中频放大单元，发射部分包括发射中频预处理单元、接收发射变频单元、发射射频放大单元；接收发射变频单元采用双向放大技术，使得发射部分、接收部分共用接收发射变频单元的电路；
接收部分工作：接收外部0.38-2GHz射频信号，信号进入接收前端预处理单元，经过滤波器、限幅器、数控衰减器、放大器、开关滤波网络、高速电子开关进入接收发射变频单元；接收发射变频单元包含两级混频器、高中频开关滤波网络、一本振驱动放大滤波网络和二本振驱动放大滤波网络，射频信号进入接收发射变频单元与两级本振信号进行二次变频，变频输出1.8GHz中频信号；变频之后的中频信号进入接收中频放大单元进行放大滤波并最终输出，接收中频放大单元包括放大器、滤波器、均衡器、数控衰减器；
发射部分工作：数字信号处理部分产生1.8GHz中频信号，信号经发射中频预处理单元滤波、放大后进入接收发射变频单元，变频后输出0.38-2GHz射频信号至发射射频放大单元，发射射频放大单元包括数控衰减器、放大器、功分器。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)射频前端采用5路HTCC带通滤波器，抑制度高，体积小，重量轻；(2)变频单元，功分放大网络中采用本振共用的形式，实现了接收发射共用两个相同的第一本振信号，且该信号对于收发通道为等幅等相。与此同时本振链路中级联滤波器，提高了端口隔离，防止功率反灌产生多余交调杂散信号；(3)采用自适应的增益平衡调节技术，对于杂散指标有着巨大的改善；(4)采用高速幅度检测技术，使组件具有快速准确的测向性能；(5)采用双向放大技术，使得接收发射变频单元中所有放大器具有双向工作特性，其他无源双端口器件可以双向复用。
附图说明
图1为本发明0.38-2GHz自适应收发一体变频组件的电路结构示意图。
图中标号：1-射频预处理滤波器、2-限幅器、3-第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器、4-第一放大器、5-第一高速电子开关、6-射频预处理开关滤波网络、7-第二放大器、8-第一滤波器、9-第一高频电子开关、10-第三混频器、11-第一混频器、12-第二高频电子开关、13-第一双向放大器、14-高中频开关滤波器组、15-第二混频器；16-第二滤波器、17-耦合器、18-第二31.5dB/0.5dB步进数控衰减器、19-第二双向放大器、20-中频带宽选择网络、21-第二高速电子开关、22-第一功分器、23-第三滤波器、24-第三放大器、25-第四滤波器、26-第二功分器、27-幅度检测电路、28-第四放大器、29-第五放大器、30-第五滤波器、31-第六滤波器、32-第六放大器、33-第七滤波器、34-第三31.5dB/0.5dB步进数控衰减器、35-脉冲调制电路、36-第七放大器、37-第三功分器、38-第八放大器、39-检测电路、40-第四31.5dB/0.5dB步进数控衰减器、41-第九放大器、42-鉴相电路。
具体实施方式
本发明提供的自适应收发一体变频组件，包括接收和发射两个部分，其中接收部分包括接收前端预处理单元、接收发射变频单元、接收中频放大单元，发射部分包括发射中频预处理单元、接收发射变频单元、发射射频放大单元；接收发射变频单元采用双向放大技术，使得发射部分、接收部分共用接收发射变频单元的电路；
接收部分工作：接收外部0.38-2GHz射频信号，信号进入接收前端预处理单元，经过滤波器、限幅器、数控衰减器、放大器、开关滤波网络、高速电子开关进入接收发射变频单元；接收发射变频单元包含两级混频器、高中频开关滤波网络、一本振驱动放大滤波网络和二本振驱动放大滤波网络，射频信号进入接收发射变频单元与两级本振信号进行二次变频，变频输出1.8GHz中频信号；变频之后的中频信号进入接收中频放大单元进行放大滤波并最终输出，接收中频放大单元包括放大器、滤波器、均衡器、数控衰减器；
发射部分工作：数字信号处理部分产生1.8GHz中频信号，信号经发射中频预处理单元滤波、放大后进入接收发射变频单元，变频后输出0.38-2GHz射频信号至发射射频放大单元，发射射频放大单元包括数控衰减器、放大器、功分器。
作为一种具体示例，所述接收前端预处理单元包括依次连接的射频预处理滤波器1、限幅器2、第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器3、第一放大器4、第一高速电子开关5、射频预处理开关滤波网络6；射频信号进入射频前端，通过射频预处理滤波器1、限幅器2进入第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器3；31.5dB/0.5dB步进数控衰减器3用于切换功率窗口，扩展系统的全局动态范围，并用于系统内部通过自适应电路调节幅度；第一高速电子开关5用于不同通道之间的切换，通过幅度检测电路采集判断通道功率值，最终确定信号方位；开关滤波网络6由两只单刀五掷开关和五路HTCC带通滤波器组成，用于信号分段预选。
作为一种具体示例，所述接收发射变频单元，本振网络部分包括依次连接的第二放大器7、第一滤波器8、第一高频电子开关9、第一混频器11、第二高频电子开关12、第一双向放大器13、高中频开关滤波器组14、第二混频器15、第二滤波器16、耦合器17、第二31.5dB/0.5dB步进数控衰减器18、第二双向放大器19、中频带宽选择网络20；第一本振信号输入第二放大器7，经第一滤波器8输出至第一高频电子开关9的固定端；射频预处理开关滤波网络6的输出端、第一高频电子开关9的一个自由端分别接入第一混频器11的两个输入端，第一混频器11的输出端接入第二高频电子开关12的一个自由端，第二高频电子开关12的固定端接入第一双向放大器13；第二本振信号依次经过第五放大器29、第五滤波器30输出至第二混频器15的本振端，第二混频器15的另外两个端口分别连接高中频开关滤波器组14、第二滤波器16；所述高中频开关滤波器组14通过把高中频信号分为两段，遏制杂散交调指标。
作为一种具体示例，所述接收中频放大单元包括第二高速电子开关21、第一功分器22、第三滤波器23、第三放大器24、第四滤波器25、第二功分器26、幅度检测电路27、第四放大器28，中频带宽选择网络20与第二高速电子开关21的固定端连接，第二高速电子开关21的一个自由端连接第一功分器22，第一功分器22的一路输出接入第三滤波器23，另一路输出接入第三放大器24，第三放大器24、第四滤波器25、第二功分器26顺次连接，第二功分器26的两路输出分别接入幅度检测电路27、第四放大器28。
作为一种具体示例，所述发射中频预处理单元包括依次连接的第六滤波器31、第六放大器32、第二高速电子开关21；第六放大器32接入第二高速电子开关21的另一个自由端，第一高频电子开关9的另一个自由端、第二高频电子开关12的另一个自由端分别接入第三混频器10的两个输入端，第三混频器10的输出端接入发射射频放大单元。
作为一种具体示例，所述发射射频放大单元包括依次连接的第七滤波器33、第三31.5dB/0.5dB步进数控衰减器34、脉冲调制电路35、第七放大器36、第三功分器37，第三功分器37的两个输出端，一路依次连接第八放大器38、检测电路39，另一路依次连接第四31.5dB/0.5dB步进数控衰减器40、第九放大器41、鉴相电路42；脉冲调制电路35对发射的信号进行调制。
作为一种具体示例，所述接收发射变频单元，分两级变频实现，第一级变频将0.38-2GHz信号与第一本振信号混频获得高频信号f1、中频信号f2，将f1和f2这两个信号在第二级变频中与第二本振信号混频获得1.8±0.25GHz中频信号。
作为一种具体示例，所述接收中频放大单元中，最终输出部分的幅度检测电路27对不同幅度信号进行检波，并拟合出一条射频功率-电压曲线，实现RF-DC的变换，且幅度检测电路27能够检测出整个动态内的信号。
作为一种具体示例，所述接收中频放大单元分三路输出，其中一路通过幅度检测电路27采集判断通道功率值，最终确定信号方位，通过第一高速电子开关5判断信号方位；另外一路通过第四放大器28直接输出；最后一路通过第三滤波器23反馈至数字信号处理系统后，输入至发射模块中，产生相应的射频信号。
作为一种具体示例，所述接收发射变频单元中，第一本振信号为接收发射变频单元中共用信号，实现接收、发射共用第一本振信号，且该信号对于收、发通道为等幅等相。
作为一种具体示例，所述自适应收发一体变频组件，还包括多块屏蔽盒体，设置有上层隔腔和下层隔腔，所述接收前端预处理单元以及接收发射变频单元位于上层隔腔内，接收中频放大单元以及发射射频放大单元位于下层隔腔内，对接收与发射通道之间的空间隔离有着极大的改善。
所述接收发射通道分时独立工作，具有使用便利的优势。接收前端预处理单元中射频预处理开关滤波网络5采用HTCC工艺的滤波器形式；接收发射变频单元，通过双向放大技术实现了该单元的共用性，对于分时系统而言，极大的减小了模块体积，降低了成本。所述限幅输出28、定向电路42，采用微带模型，相对于传统波导输出系统，有着体积小，使用方便的特点。接收中频放大单元，有滤波器23输出的中频信号，在进入数字信号处理系统后，由数字信号处理自动识别信号，并产生射频信号反馈至接收通道中。
射频信号进入射频前端，通过第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器3切换功率窗口，以扩展系统的全局动态范围，并用于系统内部通过自适应电路精确调节幅度。因选用的第一放大器4具有高增益低噪声系数的优势，通过控制增益的方法，降低了接收通道的噪声系数，从而达到优化接收机的接收灵敏度的目的。第一高速电子开关5用于不同通道之间的切换，通过幅度检测电路采集判断通道功率值，最终确定信号方位。开关滤波网络6为两只单刀五掷开关和五路HTCC带通滤波器组成，用于信号分段预选，HTCC滤波器具有小型化，安装方便的优点。
所述高中频开关滤波器组14，通过把高中频信号分为两段，将模块的杂散交调指标进一步遏制，从而达到高杂散的性能。
接收发射变频单元中，该链路中变频单元部分由第一、第二双向放大器13、19以及高中频开关滤波器组14、耦合器17、数控衰减器18、中频带宽选择网络20等无源双向器件构成，该结构设计的最大优点是可以实现接收与发射通道复用。接收发射放大本振变频单元该链路将接收发射部分功分及变频部分在系统内共用，在实现收发一体的同时大幅降低设计成本，节省空间。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例
结合图1，本发明0.38-2GHz自适应收发一体变频组件，包括接收前端预处理单元，接收发射变频单元，发射射频放大单元，接收中频放大单元和屏蔽盒体；所述屏蔽盒体，设置有上层隔腔和下层隔腔，所述接收前端预处理单元以及接收发射变频单元位于上层隔腔内，接收中频放大单元以及发射射频放大单元位于下层隔腔内，对接收与发射通道之间的空间隔离有着极大的改善。
接收前端预处理包括依次连接的射频预处理滤波器1、限幅器2、第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器3、低噪声第一放大器4、第一高速电子开关5、射频预处理开关滤波网络6。所述接收发射变频单元，本振网络部分包括依次连接的第二放大器7、第一滤波器8、第一高频电子开关9第一混频器11、第二高频电子开关12、第一双向放大器13、高中频开关滤波器组14、第二混频器15、第五放大器29、第五滤波器30。所述接收中频放大电路包含了依次连接的第二滤波器16、耦合器17、第二31.5dB/0.5dB步进数控衰减器18、第二双向放大器19、中频带宽选择网络20、第二高速电子开关21、第一功分器22、第三滤波器23、第三放大器24、第四滤波器25、第二功分器26、幅度检测电路27、第四放大器28。所示发射中频预处理电路包括依次连接的第六滤波器31、第六放大器32以及发射与接收共用了中频放大的部分电路与变频单元。所述发射射频驱动放大网络部分包括依次连接的第七滤波器33、第三31.5dB/0.5dB步进数控衰减器34、脉冲调制电路35、第七放大器36、第三功分器37、第八放大器38、检测电路39、第四31.5dB/0.5dB步进数控衰减器40、第九放大器41、鉴相电路42。
四个天线将外部0.38-2GHz范围内的信号接收后，信号分别经过带通滤波器1、限幅器2、数控衰减器3、第一放大器4、第一高速电子开关5、射频预处理开关滤波网络6。最后通过第一、第二功分器22、26分为三个信号输出，其中一路信号进入幅度检测电路，进行通过高速电子开关5快速切换通道，最终提取出信号的方位信息；其中另外的一路信号进入通道放大器28频率测量部分，输出频率信息，最后一路通过数字信号处理系统后，首先判断接收链路状态并通过数字信号处理系统产生一个射频信号进入发射单元部分。系统在获取外部信号的方位以及频率信息后，接收发射变频本振变频单元中的变频系统产生特征相同的射频信号，分别经过变频放大鉴相电路42将射频信号向外部发射。
自适应性能由自适应电路对比不同幅度的信号值，通过数字阈值处理手段将信号自动校准至可控范围内，以此来对接收系统的功率输出进行调节。
所述的0.38-2GHz自适应收发一体变频组件系统，其特征在于，所述接收前端预处理单元采用HTCC工艺滤波器以及高速开关切换技术，大大减小模块的体积，提高了模块在整体应用中的空间利用率。
所述的0.38-2GHz自适应收发一体变频组件系统，其特征在于，还包括多块屏蔽盒体，设置有上层隔腔和下层隔腔，所述接收前端预处理单元以及接收发射变频单元位于上层隔腔内，接收中频放大单元以及发射射频放大单元位于下层隔腔内，对接收与发射通道之间的空间隔离有着极大的改善。
所述的0.38-2GHz自适应收发一体变频组件系统，其特征在于，所述接收链路中采用自适应技术，通过对外部信号大小的判别，通过其自适应性，改变链路增益的手段，提高了模块的杂散性能。
该组件杂散抑制可以达到75dBc，噪声系数在7dB以内，动态范围可以扩展至70dB。体积约为150mm*170mm*16mm。功耗仅有11.5W。
本发明的电路中采用自适应方法，可准确调节系统增益，使模块具有高杂散的特点。接收发射变频单元的共用，减小了模块体积，降低了整体设计成本。因此具有体积小、性能稳定、指标一致性高的优点。通过幅度检测的方法与高速电子开关的迅速切换，使得模块具有较快的测向功能。通过数字信号处理系统，可以将接收信号做出判断，并通过发射端口将射频信号发射出去。从而达到了收发一体的目的。本发明适用范围广，具有较为广泛的应用前景。
Claims (10)
1.一种自适应收发一体变频组件，其特征在于，包括接收和发射两个部分，其中接收部分包括接收前端预处理单元、接收发射变频单元、接收中频放大单元，发射部分包括发射中频预处理单元、接收发射变频单元、发射射频放大单元；接收发射变频单元采用双向放大技术，使得发射部分、接收部分共用接收发射变频单元的电路；
接收部分工作：接收外部0.38-2GHz射频信号，信号进入接收前端预处理单元，经过滤波器、限幅器、数控衰减器、放大器、开关滤波网络、高速电子开关进入接收发射变频单元；接收发射变频单元包含两级混频器、高中频开关滤波网络、一本振驱动放大滤波网络和二本振驱动放大滤波网络，射频信号进入接收发射变频单元与两级本振信号进行二次变频，变频输出1.8GHz中频信号；变频之后的中频信号进入接收中频放大单元进行放大滤波并最终输出，接收中频放大单元包括放大器、滤波器、均衡器、数控衰减器；
发射部分工作：数字信号处理部分产生1.8GHz中频信号，信号经发射中频预处理单元滤波、放大后进入接收发射变频单元，变频后输出0.38-2GHz射频信号至发射射频放大单元，发射射频放大单元包括数控衰减器、放大器、功分器。
2.根据权利要求1所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收前端预处理单元包括依次连接的射频预处理滤波器(1)、限幅器(2)、第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(3)、第一放大器(4)、第一高速电子开关(5)、射频预处理开关滤波网络(6)；射频信号进入射频前端，通过射频预处理滤波器(1)、限幅器(2)进入第一31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(3)；31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(3)用于切换功率窗口，扩展系统的全局动态范围，并用于系统内部通过自适应电路调节幅度；第一高速电子开关(5)用于不同通道之间的切换，通过幅度检测电路采集判断通道功率值，最终确定信号方位；开关滤波网络(6)由两只单刀五掷开关和五路HTCC带通滤波器组成，用于信号分段预选。
3.根据权利要求2所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收发射变频单元，本振网络部分包括依次连接的第二放大器(7)、第一滤波器(8)、第一高频电子开关(9)、第一混频器(11)、第二高频电子开关(12)、第一双向放大器(13)、高中频开关滤波器组(14)、第二混频器(15)、第二滤波器(16)、耦合器(17)、第二31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(18)、第二双向放大器(19)、中频带宽选择网络(20)；第一本振信号输入第二放大器(7)，经第一滤波器(8)输出至第一高频电子开关(9)的固定端；射频预处理开关滤波网络(6)的输出端、第一高频电子开关(9)的一个自由端分别接入第一混频器(11)的两个输入端，第一混频器(11)的输出端接入第二高频电子开关(12)的一个自由端，第二高频电子开关(12)的固定端接入第一双向放大器(13)；第二本振信号依次经过第五放大器(29)、第五滤波器(30)输出至第二混频器(15)的本振端，第二混频器(15)的另外两个端口分别连接高中频开关滤波器组(14)、第二滤波器(16)；所述高中频开关滤波器组(14)通过把高中频信号分为两段，遏制杂散交调指标。
4.根据权利要求3所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收中频放大单元包括第二高速电子开关(21)、第一功分器(22)、第三滤波器(23)、第三放大器(24)、第四滤波器(25)、第二功分器(26)、幅度检测电路(27)、第四放大器(28)，中频带宽选择网络(20)与第二高速电子开关(21)的固定端连接，第二高速电子开关(21)的一个自由端连接第一功分器(22)，第一功分器(22)的一路输出接入第三滤波器(23)，另一路输出接入第三放大器(24)，第三放大器(24)、第四滤波器(25)、第二功分器(26)顺次连接，第二功分器(26)的两路输出分别接入幅度检测电路(27)、第四放大器(28)。
5.根据权利要求4所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述发射中频预处理单元包括依次连接的第六滤波器(31)、第六放大器(32)、第二高速电子开关(21)；第六放大器(32)接入第二高速电子开关(21)的另一个自由端，第一高频电子开关(9)的另一个自由端、第二高频电子开关(12)的另一个自由端分别接入第三混频器(10)的两个输入端，第三混频器(10)的输出端接入发射射频放大单元。
6.根据权利要求5所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述发射射频放大单元包括依次连接的第七滤波器(33)、第三31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(34)、脉冲调制电路(35)、第七放大器(36)、第三功分器(37)，第三功分器(37)的两个输出端，一路依次连接第八放大器(38)、检测电路(39)，另一路依次连接第四31.5dB/0.5dB步进数控衰减器(40)、第九放大器(41)、鉴相电路(42)；脉冲调制电路(35)对发射的信号进行调制。
7.根据权利要求3所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收发射变频单元，分两级变频实现，第一级变频将0.38-2GHz信号与第一本振信号混频获得高频信号f1、中频信号f2，将f1和f2这两个信号在第二级变频中与第二本振信号混频获得1.8±0.25GHz中频信号。
8.根据权利要求4所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收中频放大单元中，最终输出部分的幅度检测电路(27)对不同幅度信号进行检波，并拟合出一条射频功率-电压曲线，实现RF-DC的变换，且幅度检测电路(27)能够检测出整个动态内的信号。
9.根据权利要求4所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收中频放大单元分三路输出，其中一路通过幅度检测电路(27)采集判断通道功率值，最终确定信号方位，通过第一高速电子开关(5)判断信号方位；另外一路通过第四放大器(28)直接输出；最后一路通过第三滤波器(23)反馈至数字信号处理系统后，输入至发射模块中，产生相应的射频信号。
10.根据权利要求5所述的自适应收发一体变频组件，其特征在于，所述接收发射变频单元中，第一本振信号为接收发射变频单元中共用信号，实现接收、发射共用第一本振信号，且该信号对于收、发通道为等幅等相。
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