CN114710121B - 一种超宽带小型化上下变频器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及变频器的技术领域，尤其涉及一种超宽带小型上下变频器，包括：变频器的频率范围为2‑40GHz，根据所用雷达将频率范围划分为频段2‑6GHz、频段6‑18GHz、频段24‑40GHz，任一所述频段均包含收发通道；还包括多个单刀双掷射频开关，用于将三路收发中频信号形成两路收发中频信号。由于变频器频率覆盖2‑40GHz，以保证射频频带宽，从而满足雷达天线的频率需求；另外，中频数字信号根据需求将三路收发信号变为两路收发信号，保证中频数字只需要两片AD/DA芯片，降低了变频器中数字处理模块的功耗及尺寸，从而有效满足变频器小型化的需求。
Description
技术领域
本申请涉及变频器的技术领域，尤其是涉及一种超宽带小型化上下变频器。
背景技术
雷达天线具有将电磁波聚成波束的功能，定向地发射和接收电磁波。雷达的重要战术性能，如探测距离、探测范围、测角(方位、仰角)精度、角度分辨力和反干扰能力均与天线性能有关。其中，变频器是雷达系统中重要的模块。在雷达发送端，由于天线的长度有限会影响到电磁波的波长，而波长与信号的频率成反比，故在发送端需要使用数字上变频提高信号的频率；而在雷达的接收端若不进行下变频处理，根据奈奎斯特采样定理，需要使用信号频率2倍的采样率才能准确无误的将信号还原出来，对AD采样速率以及后续FPGA处理信号的速率要求非常高，不利于系统设计，故在接收机端先将射频信号下变频到中频信号，再将中频信号下变频到零中频信号，方便后续对信号的处理。
随着时代的进步，雷达天线的应用频率越来约广泛，从人们熟悉的米波段演变为分米波、毫米波频段，变频器为了应对雷达天线的频率需求，也需要拓宽自身频率；同时由于雷达天线尺寸的减小，变频器的尺寸也要随之减小；因此宽带小型化的变频器的需求就变得越来越强烈。
发明内容
为了有效拓宽变频器的频率，满足宽带小型化的需求，本申请提供一种超宽带小型化上下变频器。
本申请提供的一种超宽带小型化上下变频器，采用如下的技术方案：
一种超宽带小型上下变频器，包括：变频器的频率范围为2-40GHz，根据所用雷达将频率范围划分为频段2-6GHz、频段6-18GHz、频段24-40GHz，任一所述频段均包含收发通道；
还包括多个单刀双掷射频开关，用于将三路收发中频信号形成两路收发中频信号。
通过采用上述技术方案，变频器频率覆盖2-40GHz，以保证射频频带宽，从而满足雷达天线的频率需求；另外，中频数字信号根据需求将三路收发信号变为两路收发信号，保证中频数字只需要两片AD/DA芯片，降低了变频器中数字处理模块的功耗及尺寸，从而有效满足变频器小型化的需求。
可选的，任一所述频段的收发通道均为收发共用通道；
还包括双向放大器，用于对收发共用通道进行收发切换。
通过采用上述技术方案，为了最大化利用通道，采用收发共用通道，可减少一半的通路以及使用的器件数量，大大的简化了设计，便于变频器的小型化处理。
可选的，所述频段2-6GHz选用的双向放大器的型号为BW594。
通过采用上述技术方案，双向放大器采用BW594，使得该双向放大器在一次变频后，覆盖频率为7-13GHz，且具有18dB增益及35dB的反向隔离，有效保证了信号的方向性。
可选的，所述频段6-18GHz选用的双向放大器的型号为HG117FJ。
通过采用上述技术方案，双向放大器采用HG117FJ，使得该双向放大器在一次变频后，覆盖频率为21-23GHz，具有24dB增益及35dB的反向隔离，有效保证了信号的方向性。
可选的，所述频段24-40GHz选用的双向放大器的型号为BW594。
通过采用上述技术方案，双向放大器采用BW594，使得该双向放大器在一次变频后，覆盖频率为7-13GHz，且具有18dB增益及35dB的反向隔离，有效保证了信号的方向性。
可选的，还包括多个开关滤波器组，用于进行分段滤波。
通过采用上述技术方案，利用开关滤波器组进行分段滤波，有助于中频大带宽接收，并且便于保证射频宽带信号良好的杂散抑制。
可选的，所述频段2-6GHz分段滤波的分段范围为：2-3GHz、2.8-3.8GHz、3.6-5GHz以及4.6-6.5GHz；
所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-2/6R5-4。
通过采用上述技术方案，由于滤波频段的选择直接影响了产品的性能指标，将频段2-6GHz分段滤波的分段范围划分为：2-3GHz、2.8-3.8GHz、3.6-5GHz以及4.6-6.5GHz，在分段范围有一定交叠的情况下保证了中频带宽的通过，并且有助于良好的抑制变频杂散。
可选的，所述频段6-18GHz分段滤波的分段范围为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz；
所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-6/18-4。
通过采用上述技术方案，由于滤波频段的选择直接影响了产品的性能指标，将频段6-18GHz分段滤波的分段范围划分为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz，在分段范围有一定交叠的情况下保证了中频带宽的通过，并且有助于良好的抑制变频杂散。
可选的，所述频段24-40GHz分段滤波的分段范围为：24-28GHz、28-32GHz、32-36GHz以及36-40GHz；
所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-24/40-4。
通过采用上述技术方案，由于滤波频段的选择直接影响了产品的性能指标，将频段24-40GHz分段滤波的分段范围划分为：24-28GHz、28-32GHz、32-36GHz以及36-40GHz，在分段范围有一定交叠的情况下保证了中频带宽的通过，并且有助于良好的抑制变频杂散。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.变频器频率覆盖2-40GHz，以保证射频频带宽，从而满足雷达天线的频率需求；另外，中频数字信号根据需求将三路收发信号变为两路收发信号，保证中频数字只需要两片AD/DA芯片，降低了变频器中数字处理模块的功耗及尺寸，从而有效满足变频器小型化的需求；
2.为了最大化利用通道，采用收发共用通道，可减少一半的通路以及使用的器件数量，大大的简化了设计，便于变频器的小型化处理；
3.由于滤波频段的选择直接影响了产品的性能指标，将频段6-18GHz分段滤波的分段范围划分为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz，将频段6-18GHz分段滤波的分段范围划分为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz，将频段24-40GHz分段滤波的分段范围划分为：24-28GHz、28-32GHz、32-36GHz以及36-40GHz，在分段范围有一定交叠的情况下保证了中频带宽的通过，并且有助于良好的抑制变频杂散。
附图说明
图1是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的结构原理图。
图2是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的低频段开关滤波器组的指标图。
图3是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的低频段变频杂散分布图。
图4是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的中频段开关滤波器组的指标图。
图5是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的中频段变频杂散分布图。
图6是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的高频段开关滤波器组的指标图。
图7是本申请其中一实施例示出的超宽带小型化上下变频器的高频段变频杂散分布图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
首先，对本申请实施例涉及的名词进行介绍。
频率覆盖，又称“频率范围”、“波段覆盖”，是指最低有效放声频率至最高有效放声频率之间的范围。
瞬时带宽，是在不进行任何调整的情况下，雷达发射机输出功率值变化小于1dB时工作频率的可变化范围；瞬时带宽的大小决定了放大管的类型。
常规采样频率范围，又称“工作带宽”，是雷达在正常工作期间的稳定频率范围；工作带宽小于雷达的瞬时带宽，工作带宽的大小决定了雷达的用途。
随着时代的进步，雷达天线的应用频率越来约广泛，从人们熟悉的米波段演变为分米波、毫米波频段，变频器为了应对越来越宽的频率需求，也需要拓宽自身频率。在具有宽带能力的情况下还需要保证良好的指标，这就对设计提出了更高的需求。同时由于雷达天线尺寸的减小，变频器的尺寸也要随之减小，宽带小型化设备的需求就随之增加。
本申请实施例公开一种超宽带小型化上下变频器，其频率覆盖2-40GHz，根据所用雷达将频率范围划分为频段2-6GHz、频段6-18GHz、频段24-40GHz，以保证射频频带宽，从而满足雷达天线的频率需求。本实施例中，该变频器的中频频率范围为1.3-2.4GHz，最大瞬时带宽为1.1GHz，常规采样频率范围不超过200MHz。
如图1所示，变频器包括多个单刀双掷射频开关，用于根据需求将三路收发中频信号变为两路收发中频信号。具体的，三路收发中频信号通过三个单刀双掷射频开关后，再经过两个单刀双掷射频开关，形成两路收发中频信号，此两路收发中频信号可同时处理两个频段的频率采样和生成，保证中频数字只需要两片AD/DA芯片，降低了数字处理模块的功耗及尺寸，进一步有效满足变频器小型化的需求。
其中，任一频段均包含收发通道，且不同频段非同时工作，本实施例中，任一频段的收发通道均为收发共用通道，减少一半的通路，以实现变频器的小型化。具体的，变频器包括双向放大器，用于对收发共用通道进行收发切换，使得变频器的收发非同时工作。
本实施例共选用两种双向放大器型号。具体来说，频段2-6GHz信号的通路选用的双向放大器的型号为BW594，双向放大器放置位置为一次变频后，该双向放大器覆盖频率为7-13GHz，具有18dB增益及35dB的反向隔离；频段6-18GHz信号的通路选用双向放大器的型号为HG117FJ，双向放大器放置位置为一次变频后，该双向放大器覆盖频率为21-23GHz，具有24dB增益及35dB的反向隔离；频段24-40GHz信号的通路选用双向放大器的型号为BW594，双向放大器放置位置为一次变频后，该双向放大器覆盖频率为7-13GHz，具有18dB增益及35dB的反向隔离，有效保证了信号的方向性，以提高变频器的工作性能。
具体的，该变频器需要进行两次调制，即有两个载波信号，第一次调制所用的载频为第一本振信号，第二次调制所用的载频为第二本振信号。在本实施例中，频段2-6GHz信号的一次本振信号选择为10GHz ，一次射频信号为11.3-12.4GHz，二次本振信号为14.4-17.3GHz，二次射频信号为2-6GHz。频段6-18GHz信号的一次本振信号选择为10GHz，一次射频信号为11.3-12.4GHz，二次本振信号为28.4-39.3GHz，二次射频信号为6-18GHz。频段24-40GHz信号的一次本振信号选择为10GHz，一次射频信号为11.3-12.4GHz，二次本振信号为26.4-51.3GHz，二次射频信号为24-40GHz。其中，一次射频信号在双向放大器的作用下均在收发共同通道内传输。
为了保证中频大带宽接收，并且保证射频宽带信号良好的杂散抑制，变频器还包括多个开关滤波器组，用于对不同频段进行分段滤波。如图2和图3所示，其中频段2-6GHz分段滤波的分段范围为2-3GHz、2.8-3.8GHz、3.6-5GHz以及4.6-6.5GHz。本实施例中，该频段的开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且选取的MEMS开关滤波器型号可以为BWSBF-2/6R5-4。
如图4和图5所示，频段6-18GHz分段滤波的分段范围为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz，该频段的开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且选取的MEMS开关滤波器型号可以为BWSBF-6/18-4。
如图6和图7所示，频段24-40GHz分段滤波的分段范围为：24-28GHz、28-32GHz、32-36GHz以及36-40GHz，该频段的开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且选取的MEMS开关滤波器型号可以为BWSBF-24/40-4。通过合理的划分频段区间，在分段范围有一定交叠的情况下保证了中频带宽的通过，既保证了通带的完整性，同时保证了良好的带外杂散信号抑制能力。
本申请实施例一种小型化上下变频器的实施原理为：
变频器频率覆盖2-40GHz，以保证射频频带宽，从而满足雷达天线的频率需求；另外，中频数字信号根据需求将三路收发信号变为两路收发信号，保证中频数字只需要两片AD/DA芯片，降低了变频器中数字处理模块的功耗及尺寸，从而有效满足变频器小型化的需求。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于，变频器的频率范围为2-40GHz，根据所用雷达将频率范围划分为频段2-6GHz、频段6-18GHz、频段24-40GHz，任一所述频段均包含收发通道；
还包括多个单刀双掷射频开关，用于将三路收发中频信号形成两路收发中频信号；
其中，所述频段2-6GHz分段滤波的分段范围为：2-3GHz、2.8-3.8GHz、3.6-5GHz以及4.6-6.5GHz；
所述频段6-18GHz分段滤波的分段范围为：6-8GHz、7.5-10GHz、9.5-13GHz以及12.5-18GHz；
所述频段24-40GHz分段滤波的分段范围为：24-28GHz、28-32GHz、32-36GHz以及36-40GHz。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于，任一所述频段的收发通道均为收发共用通道；
还包括双向放大器，用于对收发共用通道进行收发切换。
3.根据权利要求2所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述频段2-6GHz选用的双向放大器的型号为BW594。
4.根据权利要求2所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述频段6-18GHz选用的双向放大器的型号为HG117FJ。
5.根据权利要求2所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述频段24-40GHz选用的双向放大器的型号为BW594。
6.根据权利要求1所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：还包括多个开关滤波器组，用于进行分段滤波。
7.根据权利要求6所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-2/6R5-4。
8.根据权利要求6所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-6/18-4。
9.根据权利要求6所述的一种超宽带小型化上下变频器，其特征在于：所述开关滤波器组设置为MEMS开关滤波器，且所述MEMS开关滤波器的型号为BWSBF-24/40-4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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