CN115514388A - 一种c波段变频收发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明C波段变频收发方法，分为三步骤，包括第一步射频前端处理、第二步变频滤波处理、第三步中频收发处理。可实现在C波段频率到P波段频率的变频，且输出功率达到连续波1W、接收噪声系数达到2dB以下，相较于同类有无变频的收发产品，输出功率指标更高，噪声系数指标更优。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种C波段变频收发方法。
背景技术
C波段是指无线电频段划分的名称，频率范围为4GHz到8GHz这一部分，此频率范围具有雨衰小、成本低、抗干扰强等特点，广泛应用于各类微波领域，在雷达上可用于气象探测、在卫星上可用于卫星广播，在通信上可用于无线数据传输和光纤数据传输。变频收发是指，通过模拟混频的方式改变发射和接收的无线电频率，可实现信号的频谱线性搬移，在频域上，保证了频谱的结构及调制规律不变，只改变信号的中心频点位置，从而得到所需相关应用场景的空间电磁波频率。
目前在行业中存在多种频段的射频收发通道模块，其中也包含C波段，但其功能只能对唯一存在的一种电磁波频率进行收发射频处理，无法满足对数字域产生的低频调制电磁波信号进行频率变换，同样数字域也无法直接对空间中存在的高频电磁波信号进行解调分析。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种C波段变频收发方法，属于电子信息技术领域，这种方式包含了无源混频、上下变频滤波、信号功率放大、收发增益可调、空间干扰信号抑制、收发通道切换等功能，可解决普通C波段射频收发模块只能对唯一频率做收发处理的问题，达到了C波段射频收发处理与数字域低频电磁波解析频率合理交互的问题。
C波段变频收发方法，分为三部分，包括先射频前端处理、再变频滤波处理、最后中频收发处理。
进一步的，步骤一：进行射频前端处理：首先在发射时，采用射频开关切换到选通滤波器组，进行信号的选通滤波切换，滤出所需要的射频信号，所选射频开关需要高隔离度，指标需要达到50dBc以上，不能低于45dBc值，此范围可防止信号的串扰和泄漏，选通滤波器组需要选用带外抑制高的，以30MHz信号带宽为例，在偏离主信号25MHz位置的带外抑制需要达到50dBc以上，可有效滤除较近的杂散信号；
经过选通滤波后的有用信号因滤波过后会有损耗，所以需要两级功率放大，保证输出功率，所选第一级放大为增益补偿的驱动放大器，所选第二级的功率放大器直接影响输出功率，需要选择P1dB指标较高的放大器，根据输出功率1W的指标设计，所选P1dB指标需要在33dBm以上，方可满足输出功率的指标要求；
其次在接收时，采用在第一级选用低噪声放大器的方法，保证整个接收链路的噪声系数，选用的低噪声放大器需要自身的噪声系数足够小，同时需要保证较高的增益，选用的第一级LNA噪声系数需要为1.5dB以下，级联增益需要在26dB以上；在接收链路可放置数控衰减器来满足接收的高动态范围，所谓高动态范围是指在接收到高功率信号和小功率信号时，接收链路都可以完成信号功率的大小调节，保证ADC正常采集信号。
进一步的，所述射频前端处理硬件需要包含射频开关、选通滤波器组、驱动放大器、功率放大器、低噪声放大器、数控衰减器和匹配衰减网络。
进一步的，步骤二：再变频滤波处理，首先在发射时，接收来自数字DAC传来的中频信号，通过变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱搬移，因为需要频谱搬移则需要一个载波，让DAC的中频信号与载波信号频率混叠，混出多种混叠信号；再通过选通滤波器组滤出所需信号，送下一级射频前端处理；
其次在接收时，接收来自天线端的回波信号，通过上一级射频前端处理后送入变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱线性搬移，同样的与载波混叠后混出多种混叠信号，通过中频滤波器滤除所需的中频信号频率，最后送入ADC正常采集。
进一步的，变频滤波处理需要包含射频开关、选通滤波器组、混频器、中频滤波器和匹配衰减网络。
进一步的，步骤三：进行中频收发处理，：首先在发射时，接收来自数字DAC包含杂散的中频信号，需要在在中频收发处理的发射第一级放置声表滤波器，声表滤波器具有对较近的杂散抑制较高的优势，但自身插损较大，需要中频增益模块放大滤波过后的中频信号，满足合理的中频功率送入后级变频滤波处理；
在接收时，接收来自前级变频滤波处理后的中频信号，此时的中频信号因通过前级变频滤波处理中的混频器下变频，会包含较多的杂散信号，为了得到所需有用中频信号，需要添加中频滤波器，中频滤波器为一个低通滤波器，滤除杂散和谐波，因前级混频器混频会有变频损耗，因此还需要中频放大器，放大变频滤波后的小功率信号，送入后级ADC采集。
所述中频收发处理硬件需要包含一分二射频开关、中频滤波器、声表滤波器、中频放大器、中频增益模块、匹配衰减网络。
本发明的有益效果：
1、通过合理的排布高抑制射频开关解决了信号串扰的问题，增强了通路之间的信号隔离度。
2、通过合理的放置高抑制声表滤波器解决了信号的带外杂散问题，减少了输出无用频率的干扰。
3、本变频收发方法可解决普通C波段射频收发模块只能对唯一频率做收发处理的问题，达到了C波段射频收发处理与数字域低频电磁波解析频率合理交互的问题。
4、本发明可实现在C波段频率下，输出功率达到连续波1W、变频接收噪声系数达到2dB以下，相较于同类无变频的收发产品输出功率指标更高，噪声系数指标更优，且能在射频收发处理的基础上实现频率变换。
附图说明
图1、C波段变频收发整体框架图；
图2、末级功放增益平坦度；
图3、前级驱放增益平坦度；
图4、低噪放带内噪声系数指标；
图5、低噪放带内增益平坦度指标
图6接收链路噪声系数指标。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本实施例的C波段变频收发方法步骤主要分为三部分，包括先射频前端处理、再变频滤波处理、最后中频收发处理，步骤框图如图1所示，
步骤一：
进行射频前端处理，射频前端处理硬件需要包含射频开关、选通滤波器组、驱动放大器、功率放大器、低噪声放大器、数控衰减器、匹配衰减网络等，可实现射频信号的功率放大、通路切换、信号滤波等功能。
首先在发射时，采用射频开关切换到选通滤波器组，进行信号的选通滤波切换，滤出所需要的射频信号，所选射频开关需要高隔离度，防止信号的串扰和泄漏，选通滤波器组需要选用带外抑制高的，滤除较近的杂散信号。
经过选通滤波后的有用信号因滤波过后会有损耗，所以需要两级功率放大，保证输出功率，所选第一级放大为增益补偿的驱动放大器，输出功率要求不需要很高，所选第二级的功率放大器直接影响输出功率，需要选择P1dB指标比较高的放大器，满足输出功率的指标要求。
其次在接收时，采用在第一级选用低噪声放大器的方法，保证整个接收链路的噪声系数，选用的低噪声放大器需要自身的噪声系数足够小，同时需要保证较高的增益；在接收链路可放置数控衰减器来满足接收的高动态范围，所谓高动态范围是指在接收到高功率信号和小功率信号时，接收链路都可以完成信号功率的大小调节，保证ADC正常采集信号。
射频前端处理需要包含的硬件如下表所示；
表1射频前端硬件需求
步骤二：
进行变频滤波处理，变频滤波处理硬件需要包含射频开关、选通滤波器组、混频器、中频滤波器、匹配衰减网络等。
首先在发射时，接收来自数字DAC传来的中频信号，通过变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱搬移，因为需要频谱搬移则需要一个载波，让DAC的中频信号与载波信号频率混叠，混出多种混叠信号。再通过选通滤波器组滤出所需信号，送下一级射频前端处理。
其次在接收时，接收来自天线端的回波信号，通过上一级射频前端处理后送入变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱线性搬移，同样的与载波混叠后混出多种混叠信号，通过中频滤波器滤除所需的中频信号频率，最后送入ADC正常采集。
变频滤波处理需要包含的硬件如下表所示：
表2变频滤波硬件需求
步骤三：
进行中频收发处理，中频收发处理硬件需要包含一分二射频开关、中频滤波器、声表滤波器、中频放大器、中频增益模块、匹配衰减网络等。
首先在发射时，接收来自数字DAC包含杂散的中频信号，需要在在中频收发处理的发射第一级放置声表滤波器，声表滤波器具有对较近的杂散抑制较高的优势，但自身插损较大，需要中频增益模块放大滤波过后的中频信号，满足合理的中频功率送入后级变频滤波处理。
在接收时，接收来自前级变频滤波处理后的中频信号，此时的中频信号因通过前级变频滤波处理中的混频器下变频，会包含较多的杂散信号，为了得到所需有用中频信号，需要添加中频滤波器，中频滤波器主要为一个低通滤波器，滤除杂散和谐波，因前级混频器混频会有变频损耗，损耗值一般较大，因此还需要中频放大器，放大变频滤波后的小功率信号，送入后级ADC采集。
中频收发处理需要包含的硬件如下表所示：
表3中频收发硬件需求
本实施例主要指标实现方法
为满足输出功率30dBm的指标要求，设计射频前端两级增益放大，功放选用小信号增益为34dB，带内增益平坦度如附图2所示，P1dB为33dBm，工作电压为+5V，电流400mA，工作温度为-40～95℃；驱放选用频带范围内小信号增益为17dB，带内增益平坦度如附图3所示，P1dB为19dBm，工作电压为+5V，电流61mA，工作温度为-40～95℃。
为满足接收噪声系数≤2.0dB的指标要求，设计接收前端两级LNA级联，两级LNA都选用噪声系数为1.1dB，频带范围内小信号增益为26dB，带内噪声系数指标如附图4所示，带内增益平坦度如附图5所示，P1dB为12dBm，工作电压为+5V，电流45mA，工作温度为-40～85℃，接收链路噪声系数仿真计算如附图6所示。
本实施例实现的工作频率为C波段，发射输出功率≥
30dBm(连续波1W)，输出杂散≥50dBc，谐波抑制≥50dBc，本振泄漏≥50dbc，带内平坦度≤1.0dB，中频带外抑制≥50dBc，接收噪声系数≤2.0dB，镜频抑制≥50dBc，接收增益≥50dB，接收动态增益30dB可调，0.5dB步进，6位控制码。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (7)
1.C波段变频收发方法，其特征在于：分为三部分，包括先射频前端处理、再变频滤波处理、最后中频收发处理。
2.根据权利要求1所述的C波段变频收发方法，其特征在于：
步骤一：进行射频前端处理：首先在发射时，采用射频开关切换到选通滤波器组，进行信号的选通滤波切换，滤出所需要的射频信号，所选射频开关需要高隔离度，指标需要达到50dBc以上，不能低于45dBc值，此范围可防止信号的串扰和泄漏，选通滤波器组需要选用带外抑制高的，以30MHz信号带宽为例，在偏离主信号25MHz位置的带外抑制需要达到50dBc以上，可有效滤除较近的杂散信号；
经过选通滤波后的有用信号因滤波过后会有损耗，所以需要两级功率放大，保证输出功率，所选第一级放大为增益补偿的驱动放大器，所选第二级的功率放大器直接影响输出功率，需要选择P1 dB指标高的放大器，根据输出功率1W的指标设计，所选P1 dB指标需要在33dBm以上，方可满足输出功率的指标要求；
其次在接收时，采用在第一级选用低噪声放大器的方法，保证整个接收链路的噪声系数，选用的低噪声放大器需要自身的噪声系数小，同时需要保证较高的增益，选用的第一级LNA噪声系数需要为1.5dB以下，级联增益需要在26dB以上；在接收链路可放置数控衰减器来满足接收的高动态范围，所谓高动态范围是指在接收到高功率信号和小功率信号时，接收链路都可以完成信号功率的大小调节，保证ADC正常采集信号。
3.根据权利要求2所述的C波段变频收发方法，其特征在于：所述射频前端处理硬件需要包含射频开关、选通滤波器组、驱动放大器、功率放大器、低噪声放大器、数控衰减器和匹配衰减网络。
4.根据权利要求1所述的C波段变频收发方法，其特征在于：步骤二：再变频滤波处理，首先在发射时，接收来自数字DAC传来的中频信号，通过变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱搬移，因为需要频谱搬移则需要一个载波，让DAC的中频信号与载波信号频率混叠，混出多种混叠信号；再通过选通滤波器组滤出所需信号，送下一级射频前端处理；
其次在接收时，接收来自天线端的回波信号，通过上一级射频前端处理后送入变频滤波处理内部的混频器进行模拟端的频谱线性搬移，同样的与载波混叠后混出多种混叠信号，通过中频滤波器滤除所需的中频信号频率，最后送入ADC正常采集。
5.根据权利要求4所述的C波段变频收发方法，其特征在于：变频滤波处理需要包含射频开关、选通滤波器组、混频器、中频滤波器和匹配衰减网络。
6.根据权利要求1所述的C波段变频收发方法，其特征在于：步骤三：进行中频收发处理，：首先在发射时，接收来自数字DAC包含杂散的中频信号，需要在在中频收发处理的发射第一级放置声表滤波器，声表滤波器具有对较近的杂散抑制较高的优势，但自身插损较大，需要中频增益模块放大滤波过后的中频信号，满足合理的中频功率送入后级变频滤波处理；
在接收时，接收来自前级变频滤波处理后的中频信号，此时的中频信号因通过前级变频滤波处理中的混频器下变频，会包含较多的杂散信号，为了得到所需有用中频信号，需要添加中频滤波器，中频滤波器为一个低通滤波器，滤除杂散和谐波，因前级混频器混频会有变频损耗，因此还需要中频放大器，放大变频滤波后的小功率信号，送入后级ADC采集。
7.根据权利要求1所述的C波段变频收发方法，其特征在于：所述中频收发处理硬件需要包含一分二射频开关、中频滤波器、声表滤波器、中频放大器、中频增益模块、匹配衰减网络。
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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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