CN114401019B - 一种大带宽高灵敏度接收前端电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大带宽高灵敏度前端电路，包括通道模式切换单元、频率变换单元和本振单元。通道模式切换单元，可配置为宽带或窄带路径，小增益或大增益路径。频率变换单元，用于对所述通道模式切换单元输出的小信号进行下变频、滤波，输出中频信号，所述下变频为可配置的一次或两次变频。本振单元，用于产生频率变换单元所需要的本振信号，其中，第一本振为宽带细步进本振，是由YIG振荡器输出信号与梳状谱信号进行混频，混频后的信号与DDS输出信号进行鉴相，通过锁相环路控制YIG振荡器，再将所述YIG振荡器输出信号进行倍频得到；第二本振信号由低相噪参考信号倍频产生。本申请解决接收前端电路带宽小、灵敏度低的问题。

Description

一种大带宽高灵敏度接收前端电路

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种大带宽高灵敏度接收前端电路。

背景技术

在未来信息化战场中，电子对抗、电子干扰手段将更加隐蔽，为了掌握信息化战场的主动，对电磁环境的常态化侦察与监测提出了更高的要求。使用侦查接收设备搜索、截获敌方无线电通信信号，对信号进行监视、分析、识别、解调，可获取有价值的军事情报信息。进一步对侦收数据分析整理可以获得目标信号的各种参数，可引导干扰装备对目标信号实施攻击。

为了能够对信号进行有效截获，对空间辐射信号进行有效监测、分析、识别、特征提取，要求测量接收设备能对电磁信号的安全性进行长期的常态化侦察、记录与评估，从而实现对重要军事通信信号的实时监控记录，重要战略阵地信号电磁辐射监测、预警等，这就要求接收机具有大带宽、高灵敏度、低杂散、大动态范围等特征，以应对复杂电磁环境监测、突发信号捕获、干扰信号捕获、信号调制特性识别等功能，满足武器装备测试、电子对抗需要，提高武器装备的测试保障能力和复杂电磁环境适应性测试、评价和验证能力。

因此，迫切需要研制一种大带宽、高灵敏度的接收前端电路。

发明内容

本申请提出一种大带宽高灵敏度前端电路，解决现有技术接收前端电路带宽小、灵敏度低的问题，特别是满足信息化战场中接收机对复杂电磁环境监测、干扰信号捕获等应用需求。

本申请实施例提供一种大带宽高灵敏度前端电路，包括通道模式切换单元、频率变换单元和本振单元；

所述通道模式切换单元，可配置为宽带或窄带路径，小增益或大增益路径；

所述频率变换单元，用于对所述通道模式切换单元输出的小信号进行下变频、滤波，输出中频信号，所述下变频为可配置的一次或两次变频；

所述本振单元，用于产生频率变换单元所需要的本振信号，其中，第一本振为宽带细步进本振，YIG振荡器输出信号与梳状谱信号进行混频，混频后的信号与DDS输出信号进行鉴相，通过锁相环路控制YIG振荡器，再将所述YIG振荡器输出信号进行倍频得到；第二本振信号由低相噪参考信号倍频产生。

优选地，所述通道模式切换单元包含第一射频开关、第一放大支路及输出端第二射频开关、第二放大支路及输出端第三射频开关、第一滤波器组、第二滤波器组、旁路传输线、第四射频开关。所述第一射频开关，用于将射频输入信号选通至第一放大支路、第二放大支路或旁路传输线。所述第二射频开关，用于将第一放大支路输出信号选通至第一滤波器组、第二滤波器组。所述第三射频开关，用于将第二放大支路输出信号选通至第一滤波器组、第二滤波器组。第四射频开关，用于将第一滤波器组、第二滤波器组、旁路传输线输出端选通至所述通道模式切换单元的输出端。

优选地，所述频率变换单元包含第一混频器、第二混频器。在第一混频器和第二混频器之间包含第三滤波器组；在第二混频器和所述频率变换单元输出端之间包含第四滤波器组。第一混频器输出信号经第三滤波器组直接输出至所述频率变换单元输出端，或经过第二混频器、第四滤波器组后输出至所述频率变换单元输出端。

优选地，所述本振单元包含：晶体振荡器，输出信号经倍频生成设定频率信号，送至混频器与VCSO输出信号混频后生成VCSO控制电压，使VCSO输出参考信号锁定在所述设定频率，将所述设定频率信号倍频后生成第二本振信号。将所述设定频率信号经梳状谱发生器生成多个串行输出的点频信号，作为YIG振荡器混频锁相电路的本振信号。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明提出的接收前端电路，设置多种信号路径供来波信号选择。针对小信号、窄带信号、宽带信号、矢量调制信号等不同应用需求，精确设计放大、衰减和滤波电路，小信号灵敏度可达到-160dBm/Hz，宽带矢量信号路径损耗降低，信号保真度高，对调制信号特征分析和提取的灵敏度明显提升。

本发明采用低相噪本振单元，点频本振相噪按参考信号理论值恶化，宽带本振信号近端相位噪声按参考信号理论值恶化，远端相位噪声参考优于-150dBc/Hz。在实际接收机系统中，本振相位噪声较差会导致混频后噪声基底的抬升，降低接收机检测微弱信号的能力。本发明提供的本振信号，相比较常规接收机采用锁相环芯片输出的本振信号，相噪指标明显提高，输出信噪比明显改善，有效提高了灵敏度指标。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的大带宽、高灵敏度接收前端电路实施例；

图2为通道模式切换单元实施例；

图3为频率变换单元实施例；

图4为低相噪本振单元实施例。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请的大带宽、高灵敏度接收前端电路实施例。

本申请实施例提供一种大带宽高灵敏度前端电路，包括通道模式切换单元1、频率变换单元2和本振单元3；

本实施例提供的大带宽、高灵敏度的接收前端电路各单元的连接关系为：通道模式切换单元1的输出端连接至频率变换单元2的射频输入端，低相噪本振单元3的两个输出端：宽带细步进本振LO1和点频本振LO2，分别连接至频率变换单元2的两个本振输入端。

所述通道模式切换单元，可配置为宽带或窄带路径，小增益或大增益路径；

所述频率变换单元，用于对所述通道模式切换单元输出的小信号进行下变频、滤波，输出中频信号，所述下变频为可配置的一次或两次变频；

所述本振单元，用于产生频率变换单元所需要的本振信号，其中，第一本振为宽带细步进本振，通过YIG振荡器输出信号与DDS输出信号经PLL控制生成目标梳状谱，第二本振信号由低相噪参考信号倍频产生。

优选地，所述通道模式切换单元包含第一射频开关、第一放大支路5及输出端第二射频开关、第二放大支路6及输出端第三射频开关、第一滤波器组7、第二滤波器组8、旁路传输线9、第四射频开关。所述第一射频开关，用于将射频输入信号选通至第一放大支路、第二放大支路或旁路传输线。所述第二射频开关，用于将第一放大支路输出信号选通至第一滤波器组7、第二滤波器组8。所述第三射频开关，用于将第二放大支路输出信号选通至第一滤波器组7、第二滤波器组8。第四射频开关，用于将第一滤波器组、第二滤波器组、旁路传输线输出端选通至所述通道模式切换单元的输出端。

优选地，所述频率变换单元包含第一混频器、第二混频器。在第一混频器和第二混频器之间包含第三滤波器组10；在第二混频器和所述频率变换单元输出端之间包含第四滤波器组11。第一混频器输出信号经第三滤波器组直接输出至所述频率变换单元输出端，或经过第二混频器、第四滤波器组后输出至所述频率变换单元输出端。

进一步地，所述频率变换单元，宽带信号经一次下变频，频率变换至2250MHz。进一步地，所述频率变换单元，窄带信号经二次下变频，第一次频率变换至2187.5MHz，第二次频率变换至187.5MHz。

优选地，所述本振单元包含：晶体振荡器，输出信号经倍频生成设定频率信号，送至混频器与VCSO输出信号混频后生成VCSO控制电压，使VCSO输出参考信号锁定在所述设定频率，将所述设定频率信号倍频(×N)后生成第二本振信号。将所述设定频率信号经梳状谱发生器生成多个串行输出的点频信号，各点频信号频率不同，且均为所述设定频率的整数倍，串行点频信号与YIG振荡器(YTO)输出信号混频后，对YTO输出进行锁相处理，再倍频(×M)后输出为第一本振信号。

在本申请的最佳实施例中，所述参考信号经3倍频后作为DDS的时钟信号，DDS输出基带信号；所述参考信号送入梳状谱发生器，滤波后得到6个点频信号，频率分别为所述参考信号的10、12、14、16、18和20倍；将所述点频信号滤波后和YIG振荡器输出的辅路信号进行混频，混频后的信号分频后和所述基带信号进行鉴相，鉴相电压经过环路滤波后形成YIG振荡器的控制电压，使YIG输出稳定的振荡信号，再经过倍频后扩展频率范围。

进一步地，所述第二本振信号由VCSO输出的信号经2倍频产生。

优选地，所述设定频率为1GHz；所述宽带细步进本振频率覆盖范围为10.1875GHz～52.25GHz；所述点频本振频率为2GHz。

图2为通道模式切换单元实施例。

通道模式切换单元1主要包括：机械衰减器4、放大电路5、高增益放大电路6、YIG滤波器7、开关滤波器组8和旁路传输线9共六部分。可针对小信号、窄带信号、宽带信号、矢量调制信号等不同应用需求，为接收信号提供多个不同的射频信号路径，包括：常规路径、高增益路径、窄带路径、宽带路径，其中宽带路径视应用需求细分为：宽带滤波路径和旁路路径。

常规路径适用于中小功率来波信号，例如，信号路径为4→5→7(窄带信号)或4→5→8(宽带信号)；

高增益路径适用于主要适用于小信号和微弱信号，例如，信号路径为4→6→7；

窄带路径使用YIG滤波器，用于对带外杂散和噪声信号进行滤除，可提高通道信噪比，改善灵敏度指标，例如，信号路径为4→5→7(中小信号)或4→6→7(小信号和微弱信号)；

宽带滤波路径使用可切换的固定带宽滤波器组，用于对镜频信号进行抑制，主要用于全频谱观察、宽带矢量信号分析，滤波器组设计时，相邻滤波器频带范围重叠2GHz，可确保最大带宽1GHz时，信号能正常传输。宽带滤波路径信号流向为4→5→8；

旁路路径主要适用于宽带中小功率来波信号，放大和滤波电路旁路后，路径损耗降低，幅度平坦度改善，幅度测试的精度提升，同时对于宽带矢量信号而言，信号保真度和测量灵敏度更高，信号路径为4→9。

根据所选器件的频率范围和开关滤波器组的设置，通道模式切换单元1的频率范围可按需要设置，本实施例提供的通道模式切换单元工作频率范围为：8GHz～50GHz。

图3为频率变换单元实施例。

频率变换单元2采用超外差混频方式，将高频信号变换至所需要的中频信号，供AD电路采样使用。宽带信号进行一次下变频，将频率变换至2250MHz，为了抑制镜像频率、改善杂散水平，其中，第3滤波器组10在不同带宽值上设置了三个带通滤波器，中心频率分别为1000MHz、300MHz和100MHz；窄带信号进行两次下变频，第一次变频变换至2187.5MHz，第二次变频变换至187.5MHz，窄带路径第4滤波器组11设置两个带通滤波器，中心频率分别为30MHz和1MHz。

所述通道模式切换单元1和所述频率变换单元2的滤波器组1～4可根据配置命令设置选通。根据通道模式切换单元1滤波器频带设置和频率变换单元2中频带宽设置，本实施例提供的接收前端电路可实现最大分析带宽为1GHz。窄带路径选择的模拟滤波器最小带宽为1MHz，主要为了滤除杂波和干扰信号，可有效防止小信号时因噪声电平过大导致AD采样电路饱和而湮没有用信号，从而提高系统灵敏度指标。

图4为低相噪本振单元实施例。

低相噪本振单元3主要用于产生频率变换单元2所需要的宽带细步进本振LO1和点频本振LO2。由于通道模式切换单元1的输出频率范围是：8GHz～50GHz，频率变换单元2将通道模式切换单元1输出的宽带信号下变频至2250MHz，将通道模式切换单元1输出的窄带信号进行二次变频，第一次变换至2187.5MHz，第二次变频变换至187.5MHz。因此，需要的宽带细步进本振LO1频率范围需覆盖10.1875GHz～52.25GHz，点频本振LO2频率为2GHz。

低相噪本振产生方式如下：

晶体振荡器12输出为100MHz，经10倍频生成1GHz振荡信号，送至混频器15与VCSO13输出的1GHz辅路信号进行鉴相，鉴相电压经过环路滤波器14后形成VCSO的压控电压，控制VCSO的输出信号频率，直至锁定输出稳定的1GHz参考信号。需要说明的是，此处采用无源器件混频器作鉴相器，避免常规有源数字鉴相器对噪声底部的限制，从而保证了1GHz参考信号的低噪声输出。

点频本振LO2由1GHz参考信号倍频产生，经滤波、放大输出。选用低噪声电源芯片和低相噪放大器16，可以使相噪恶化接近理论值。

宽带细步进本振LO1的频率合成方式如下：

1GHz参考信号3倍频后作为DDS芯片的时钟信号，DDS芯片输出500MHz～1000MHz的基带信号；1GHz参考信号送入梳状谱发生器17，滤波后可得到10GHz、12GHz、14GHz、16GHz、18GHz、20GHz六个点频信号(非同时输出，同一时刻只输出1个点频信号)；采用混频环锁相方式进行频率合成，将梳状谱滤出的点频信号和YIG振荡器(YTO)18输出的辅路信号进行混频19，混频后的信号和DDS20产生的500MHz～1000MHz基带信号进行鉴相21，鉴相电压经过环路滤波器22后形成YTO的控制电压，控制YTO输出稳定的10GHz～20GHz信号，该信号经过两次二倍频后可扩展至10GHz～52.25GHz。

宽带细步进本振LO1选用YIG振荡器，采用DDS+PLL的方案产生所需要的宽带细步进本振目标谱，本振信号近端相位噪声按参考信号理论值恶化，远端相位噪声优于-150dBc/Hz。

在实际接收机系统中，本振相位噪声较差会导致混频后噪声基底的抬升，降低接收机检测微弱信号的能力。本实施例提供的本振信号，相比较常规接收机采用锁相环芯片输出的本振信号，相噪指标明显提高，输出信噪比明显改善，有效提高了灵敏度指标。

根据以上图1～4的实施例，本实施例给出的接收前端电路，可针对小信号、窄带信号、宽带信号、矢量调制信号等不同应用需求，精确选择放大、衰减和滤波方式，小信号灵敏度可达到-160dBm/Hz，宽带矢量信号路径损耗降低，信号保真度高，对调制信号特征分析和提取的灵敏度明显提升。

本实施例提供的接收前端电路，接收通道频率范围8～50GHz，信号最大带宽为1GHz，通过改变可切换的固定滤波器组带宽设置，信号分析带宽可进一步提升。

此外，为了改善幅度平坦度、降低路径损耗，提升信号保真度和测量灵敏度，本发明设计的接收前端电路针对宽带中小功率来波信号提供了旁路传输线，信号可绕开放大和滤波电路，直接进行变频。如接收机采样电路分析能力可满足要求，经由旁路传输线的信号分析带宽可进一步提升至2GHz或4GHz。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，包括通道模式切换单元、频率变换单元和本振单元；

所述通道模式切换单元，可配置为宽带或窄带路径，小增益或大增益路径；

所述频率变换单元，用于对所述通道模式切换单元输出的小信号进行下变频、滤波，输出中频信号，所述下变频为可配置的一次或两次变频；

所述本振单元，用于产生频率变换单元所需要的本振信号，其中，第一本振为宽带细步进本振，由YIG振荡器输出信号与梳状谱信号进行混频，混频后的信号与DDS输出信号进行鉴相，通过锁相环路控制YIG振荡器，再将所述YIG振荡器输出信号进行倍频得到；第二本振信号由低相噪参考信号倍频产生；

所述通道模式切换单元包含第一射频开关、第一放大支路及输出端第二射频开关、第二放大支路及输出端第三射频开关、第一滤波器组、第二滤波器组、旁路传输线、第四射频开关；

所述第一射频开关，用于将射频输入信号选通至第一放大支路、第二放大支路或旁路传输线；

所述第二射频开关，用于将第一放大支路输出信号选通至第一滤波器组、第二滤波器组；

所述第三射频开关，用于将第二放大支路输出信号选通至第一滤波器组、第二滤波器组；

第四射频开关，用于将第一滤波器组、第二滤波器组、旁路传输线输出端选通至所述通道模式切换单元的输出端；

所述频率变换单元包含第一混频器、第二混频器；

在第一混频器和第二混频器之间包含第三滤波器组；在第二混频器和所述频率变换单元输出端之间包含第四滤波器组；

第一混频器输出信号经第三滤波器组直接输出至所述频率变换单元输出端，或经过第二混频器、第四滤波器组后输出至所述频率变换单元输出端；

晶体振荡器，输出信号经倍频生成设定频率信号，送至混频器与VCSO输出信号混频后生成VCSO控制电压，使VCSO输出参考信号锁定在所述设定频率；

将所述设定频率信号倍频后生成第二本振信号；

将所述设定频率信号经梳状谱发生器生成多个串行输出的点频信号，作为YIG振荡器混频锁相电路的本振信号。

2.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

所述参考信号经3倍频后作为DDS的时钟信号，DDS输出基带信号，

所述参考信号送入梳状谱发生器，滤波后得到6个点频信号，频率分别为所述参考信号的10、12、14、16、18和20倍；将所述点频信号滤波后和YIG振荡器输出的辅路信号进行混频，混频后的信号分频后和所述基带信号进行鉴相，鉴相电压经过环路滤波后形成YIG振荡器的控制电压，使YIG输出稳定的振荡信号，再经过倍频后扩展频率范围。

3.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

所述第二本振信号由VCSO输出的信号经2倍频产生。

4.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

所述频率变换单元，宽带信号经一次下变频，频率变换至2250MHz。

5.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

所述频率变换单元，窄带信号经二次下变频，第一次频率变换至2187.5 MHz，第二次频率变换至187.5 MHz。

6.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

接收通道频率范围：8~50GHz，信号最大带宽为1GHz。

7.如权利要求1所述大带宽高灵敏度前端电路，其特征在于，

所述宽带细步进本振频率覆盖范围为10.1875GHz~52.25GHz；

所述点频本振频率为2GHz。