CN201957009U - 多通道集成等相和差接收装置 - Google Patents

Abstract

一种多通道集成等相和差接收装置，包括结构部件和电路部件，电路部件安装在结构部件的相应腔体内；所述电路部件包括：本振支路、接收支路、中频支路和电源控制模块；本装置具备特点：多芯片集成、低噪声、通道间高隔离、良好的幅相一致性。作为接收机的核心组件，本多置的高灵敏度、高隔离特性、高幅相一致性填补了国内系统的技术空白。本装置不仅大大降低了系统造价，同时还提高了我国武器装备自主性，具有深远的社会效益。

Description

多通道集成等相和差接收装置

技术领域

本实用新型属于电子信息领域，是一种微波接收装置，具体是多通道集成等相和差接收装置。

背景技术

弹载导引头接收前端是导弹制导系统中的重要电子设备之一，其主要功能是将目标反射回来的回波信号进行放大、滤波并转换成视频信号后再进行处理。它能在各种气候条件下精确接收到回波信号，同时还要防止因为回波信号过大导致接收装置内部器件损坏或引起信号失真和堵塞，降低接收灵敏度。该类接收装置广泛应用于雷达和精确制导系统中，接收装置是信号处理的门户，也是接收机里边的核心部件。所以这种高集成、多功能、小型化接收装置的设计技术至关重要。目前我国的雷达和精确制导系统还处于发展阶段，国外对这类产品的禁运控制相对严格。现有的微波接收机在性能指标上仍有待改进，虽然随着技术的发展，集成化、多功能装置越来越普遍，但是其应用要求亦越来越高，需要该类产品具有高性能、小型化、高灵敏度、高隔离度等特点。

发明内容

一种多通道集成等相和差接收装置，包括结构部件和电路部件，电路部件安装在结构部件的相应腔体内；

所述电路部件包括：本振支路、接收支路、中频支路和电源控制模块；

电源控制模块把外部供电转换成电路部件所需的工作电源，并根据外部控制信号来控制相应支路的工作；

所述接收支路通过天线接收射频RFin信号，并与来自本振支路的本振激励信号混频后，再经中频支路处理，输出中频IFout信号；

所述结构部件的腔体设有相互独立的三个，且三个腔体分成三层设置；所述接收支路、中频支路和电源控制模块分设在三个腔体内，构成三层电路；各个腔体之间设有波导或电路。

所述接收支路是包括两个射频RF支路，所述中频支路对应包括两个中频支路；

对于第一射频RF支路，它是和通道：它包括垂直支路和水平支路；所述水平支路包括依次连接的限幅器、保护开关和放大器；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；两个放大器输出信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第一混频器中混频后送入第一中频支路；

两个保护开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；所述单刀双掷开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；

对于第二射频RF支路，它是差通道：它包括垂直支路；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；放大器输出信号和来自负载的信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第二混频器中混频后送入第二中频支路。

所述第一和第二中频支路相同，包括依次连接的中频放大器、电调衰减控制NAGC电路、中频低通滤波器和温度补偿电路；所述NAGC电路受来自电源控制模块的控制信号的控制。

所述结构部件的各个腔体中，与第一射频RF支路的垂直支路和水平支路、第二射频RF支路的垂直支路以及第一和第二中频支路对应的、还设有独立的腔体，各个支路设在相应腔体中。

所述第一射频RF支路中：垂直支路和水平支路的放大器后端分别设有衰减器，单刀双掷开关后端设有衰减器；

所述第一和第二中频支路中：NAGC电路的前后两端分别设有衰减器。

所述第一射频RF支路中的限幅器是微波PIN限幅二极管；

第一、二射频RF支路中，保护开关采用PIN微波二极管；放大器是低噪声放大器；单刀双掷开关是PIN开关。

所述第一和第二中频支路中的混频器是镜像抑制混频器，它的后端设有正交电桥；所述NAGC电路由微波PIN二极管并联构成。

所述本振支路的输入端设有耦合器，来自外部的本振信号经耦合器后分为两路：一路依次连接驱动放大器和功分器后，分别为第一、第二射频RF支路提供本振激励信号；另一路连接检波器，检波器输出直流电压。

所述本振支路中，输入端设有衰减器；耦合器是微带定向耦合器；检波器是检波二极管串联构成。

电源控制模块包括滤波去耦电路、稳压电路、放大比较电路和驱动电路；

外部电源经滤波去耦电路和稳压电路后为本装置的各个电路部件提供稳定的工作电源；

检波器输出的电压经采样后和稳压电路输出的参考电压经放大比较电路比较后输出TTL电平，从而实现本振检测功能；

驱动电路有多个，分别对应于所述的各个保护开关、单刀双掷开关和NAGC电路；驱动电路接收来自外部的TTL控制信号，输出给相应电路驱动电压。

本新型的技术效果如下：

1.多层多腔机电一体化互联技术

采用多层多腔结构进行机电一体化设计，打破通常的平面电路设计思路，按照电路特点将结构设计为三层。采用多芯片组件技术实现电路高度集成，从而满足整机小型化要求，采用互联综合设计技术解决该多通道前端混合信号设计(即数字(控制电平)、中频及射频混合设计)中的分布效应和相互干扰难题，有效保证通道隔离和解决混合信号的串扰问题。

2.多通道超高隔离技术

为了确保各通道之间的隔离度，在提高功分器的隔离度同时，在结构上采用增加腔体隔离效果，以提高级间的隔离度；另外在各通道增加PIN开关来提高通道间的隔离度。最终确保产品在功能和性能保持先进性，实现通道隔离≥65dB，远远高于国内现有技术水平。

3.和差等幅等相技术

为了确保各和差通道的幅度、相位的一致性，除了从电长度、抗性元件等影响相位的因素考虑，设计各通道的电路结构，以及对射频通道元器件性能参数一致性进行追溯之外，对于幅度的差别，使用衰减器来调节，衰减器引入的相位误差不大。

本装置具备以下特点：多芯片集成、低噪声、通道间高隔离、良好的幅相一致性。作为接收机的核心组件，本多置的高灵敏度、高隔离特性、高幅相一致性填补了国内系统的技术空白。本装置不仅大大降低了系统造价，同时还提高了我国武器装备自主性，具有深远的社会效益。

附图说明

图1本装置实施例的系统框图；

图2本装置实施例的本振支路原理框图；

图3本装置实施例的接收支路原理框图；

图4本装置实施例的中频支路原理框图；

图5a～图5c是本装置实施例的控制电源原理框图，其中

图5a是电压转换、本振检测电路部分、图5b是开关切换部分驱动电路、图5c是衰减控制部分驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1，本例的多通道集成等相和差接收装置，包括结构部件和电路部件，电路部件安装在结构部件的相应腔体内；

所述电路部件包括：本振支路、接收支路、中频支路和电源控制模块；

电源控制模块把外部供电转换成电路部件所需的工作电源，并根据外部控制信号来控制相应支路的工作；

所述接收支路通过天线接收射频RFin信号，并与来自本振支路的本振激励信号混频后，再经中频支路处理，输出中频IFout信号；

所述结构部件的腔体设有相互独立的三个，且三个腔体分成三层设置；所述接收支路、中频支路和电源控制模块分设在三个腔体内，构成三层电路；各个腔体之间设有波导或电路。三个支路分别布局于产品不同的结构层面上，在一定程度上实现各个电路之间的腔体隔离。有效地保证产品的高隔离度性能。

参考图1和图3，

所述接收支路是包括两个射频RF支路，所述中频支路对应包括两个中频支路；

对于第一射频RF支路，它是和通道：它包括垂直支路和水平支路；所述水平支路包括依次连接的限幅器、保护开关和放大器；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；两个放大器输出信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第一混频器中混频后送入第一中频支路；

两个保护开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；所述单刀双掷开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；

对于第二射频RF支路，它是差通道：它包括垂直支路；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；放大器输出信号和来自负载的信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第二混频器中混频后送入第二中频支路。

所述第一射频RF支路中：垂直支路和水平支路的放大器后端分别设有衰减器，单刀双掷开关后端设有衰减器；

所述第一射频RF支路中的限幅器是微波PIN限幅二极管；

第一、二射频RF支路中的放大器是低噪声放大器；单刀双掷开关是PIN开关。

射频电路的保护开关、低噪声放大电路和变频电路的设计，使得本装置可采用多芯片集成技术，大大减小的产品体积。保护开关采用PIN微波二极管对前级低噪声放大器进行保护，有效地防止大功率信号进入产品使低噪声放大器烧毁。所述放大器是低噪声放大器，具体采用GaAs微波单片，实现低噪声性能。

本例的射频电路均为微带电路，采用微组装工艺，电路形式美观、集中。从电长度、抗性元件等影响相位的因素合理设计各通道的走线布局，同时采用线性冗余优化设计，减小非线性引入的相位畸变，保证本新型的幅相一致性。

参考图1和图2，

所述本振支路的输入端设有耦合器，来自外部的本振信号经耦合器后分为两路：一路依次连接驱动放大器和功分器后，分别为第一、第二射频RF支路提供本振激励信号；另一路连接检波器，检波器输出直流电压。所述本振支路中，耦合器前端设有衰减器；耦合器是微带定向耦合器；检波器是检波二极管串联构成。

采用定向耦合器，耦合出一定本振功率，通过检波器(管)检波输出，然后对该检波输出电平进行放大、比较，输出高低电平，从而实现本振检测功能。

参考图1、4，

所述第一和第二中频支路相同，包括依次连接的中频放大器、电调衰减控制NAGC电路、中频低通滤波器和温度补偿电路；所述NAGC电路受来自电源控制模块的控制信号的控制。所述NAGC电调衰减控制电路可实现中频信号的可控衰减功能。所述第一和第二中频支路中：NAGC电路的前后两端分别设有衰减器。

所述第一和第二中频支路中的混频器是镜像抑制混频器，它的后端设有正交电桥；所述NAGC电路由微波PIN二极管并联构成。镜像抑制混频器具体可采用镜像抑制混频芯片，它将RF信号在LO信号的激励下变频为所需要中频信号。混频器中频输出的中频信号后，连接正交电桥实现镜像抑制功能。

所述中频放大器采用成熟放大管；中频低通滤波器采用多级LC滤波器实现对谐杂波的抑制；所述温度补偿电路采用负温系数温度补偿电路，对在-35～+65℃温度范围内的中频输出信号变化进行补偿。所述NAGC电调衰减控制电路布局于中频电路中，对中频信号输出功率实现可控电调衰减。

所述结构部件的各个腔体中，与第一射频RF支路的垂直支路和水平支路、第二射频RF支路的垂直支路以及第一和第二中频支路对应的、还设有独立的腔体，各个支路设在相应腔体中。

参考图5a～图5c，

电源控制模块包括滤波去耦电路、稳压电路、放大比较电路和驱动电路；

外部电源经滤波去耦电路和稳压电路后为本装置的各个电路部件提供稳定的工作电源；

检波器输出的电压经采样后和稳压电路输出的参考电压经放大比较电路比较后输出TTL电平；

驱动电路有多个，分别对应于所述的各个保护开关、单刀双掷开关和NAGC电路；驱动电路接收来自外部的TTL控制信号，输出给相应电路驱动电压。

所述滤波去耦电路解决了电路中各单元间的电磁兼容问题；稳压电路将外部供电稳压到个单元的使用电压，给各单元提供稳定供电；驱动电路对各个支路上的PIN微波二极管提供合适的驱动电流；所述放大比较电路将本振检测电平放大比较后转换为高低电平，从而反映本振工作功率是否正常。

具体到器件的选用，本振输入端加5dB固定衰减器，其作用：改善端口驻波，和防止后级放大过饱和导致的非线性干扰。驱动放大器选用X波段的增益为12dB单片放大器，将本振功率放大到18dBm，然后经过功分器后提供给两路镜像抑制混频器作为本振。

垂直支路输入为BJ100波导，波导到微带的转换采用电耦合的形式，并通过试验调节探针的位置和长度以获得波导到微带过渡的最佳匹配。

发射机工作时，保护开关进入关断状态，防止前端低噪放芯片过功率烧毁，从而保护系统正常工作。保护开关采用多级高速PIN管级连，实现隔离度≥25dB、耐功率≥1W的要求。

微波限幅器防止运行过程中信号接收端的元件被大信号烧毁。微波限幅器采用微波PIN限幅二极管来实现限幅器的功能，利用PIN限幅二极管的射频电导调制效应来实现对输入信号的衰减。使限幅器在输入高功率信号时，具有较高的信号衰减；在低的输入信号功率时，只有一个很小的插入损耗。

低噪声放大器是接收装置的第一级有源电路，其噪声系数将直接叠加于系统的噪声系数上，直接影响到接收机的灵敏度，所以它本身应有很低的噪声系数，并提供足够的增益以减小后级电路的噪声影响。本装置选用GaAs微波低噪声放大单片，其具有19dB小信号增益，1.4dB噪声系数。实测单片数据为19dB增益、2.3dB噪声系数，满足本装置的使用要求。

混频器要求具有较低的噪声系数。本装置选用7dB变频损耗的镜像抑制混频器，配合正交电桥，实现变频和镜像抑制功能。

中频放大器要求有足够的信号增益和动态范围。本装置选用15dB小信号增益、P-1为18dBm的中频放大器。

当目标距离较近时回波信号很大，除可能使接收机中器件损坏外，还可能引起信号失真和堵塞，降低接收机动态范围。中频NAGC功能就是通过电压控制调节中频衰减器的衰减量，保持接收装置的电平在一个合理的量级，防止信号失真和堵塞，保持接收机的高灵敏度和大动态。本装置采用微波PIN二极管并联来实现，利用PIN二极管的射频电导调制效应来实现对输入信号的衰减。

中频滤波器为LC低通滤波器，用于滤除中频输出端的高频成分，避免不必要的干扰，同时取出中频带宽，提高接收灵敏度。

中频温度补偿电路是补偿本装置在-35～+65℃温度范围内的增益变化，采用负温系数温补衰减片实现。

表1是本例装置的主要指标实际测试结果：

表1

从表1可以看出本装置在全温范围内(-35℃～+65℃)内相位一致性＜10°，幅度一致性＜0.5dB。和差隔离度指标也达到≥65dB，垂直水平隔离度达到＞50dB。

Claims (10)

1.一种多通道集成等相和差接收装置，包括结构部件和电路部件，其特征是电路部件安装在结构部件的相应腔体内；

所述电路部件包括：本振支路、接收支路、中频支路和电源控制模块；

电源控制模块把外部供电转换成电路部件所需的工作电源，并根据外部控制信号来控制相应支路的工作；

所述接收支路通过天线接收射频RFin信号，并与来自本振支路的本振激励信号混频后，再经中频支路处理，输出中频IFout信号；

所述结构部件的腔体设有相互独立的三个，且三个腔体分成三层设置；所述接收支路、中频支路和电源控制模块分设在三个腔体内，构成三层电路；各个腔体之间设有波导或电路。

2.根据权利要求1所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述接收支路是包括两个射频RF支路，所述中频支路对应包括两个中频支路；

对于第一射频RF支路，它是和通道：它包括垂直支路和水平支路；所述水平支路包括依次连接的限幅器、保护开关和放大器；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；两个放大器输出信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第一混频器中混频后送入第一中频支路；

两个保护开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；所述单刀双掷开关受来自电源控制模块的控制信号的控制；

对于第二射频RF支路，它是差通道：它包括垂直支路；所述垂直支路包括依次连接的保护开关和放大器；放大器输出信号和来自负载的信号经单刀双掷开关切换选择，再与相应本振信号在第二混频器中混频后送入第二中频支路。

3.根据权利要求2所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述第一和第二中频支路相同，包括依次连接的中频放大器、电调衰减控制NAGC电路、中频低通滤波器和温度补偿电路；所述NAGC电路受来自电源控制模块的控制信号的控制。

4.根据权利要求3所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述结构 部件的各个腔体中，与第一射频RF支路的垂直支路和水平支路、第二射频RF支路的垂直支路以及第一和第二中频支路对应的、还设有独立的腔体，各个支路设在相应腔体中。

5.根据权利要求4所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述第一射频RF支路中：垂直支路和水平支路的放大器后端分别设有衰减器，单刀双掷开关后端设有衰减器；

所述第一和第二中频支路中：NAGC电路的前后两端分别设有衰减器。

6.根据权利要求5所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述第一射频RF支路中的限幅器是微波PIN限幅二极管；

第一、二射频RF支路中，保护开关采用PIN微波二极管；放大器是低噪声放大器；单刀双掷开关是PIN开关。

7.根据权利要求6所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述第一和第二中频支路中的混频器是镜像抑制混频器，它的后端设有正交电桥；所述NAGC电路由微波PIN二极管并联构成。

8.根据权利要求7所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述本振支路的输入端设有耦合器，来自外部的本振信号经耦合器后分为两路：一路依次连接驱动放大器和功分器后，分别为第一、第二射频RF支路提供本振激励信号；另一路连接检波器，检波器输出直流电压。

9.根据权利要求8所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是所述本振支路中，输入端设有衰减器；耦合器是微带定向耦合器；检波器是检波二极管串联构成。

10.根据权利要求9所述的多通道集成等相和差接收装置，其特征是电源控制模块包括滤波去耦电路、稳压电路、放大比较电路和驱动电路； 

外部电源经滤波去耦电路和稳压电路后为本装置的各个电路部件提供稳定的工作电源；

检波器输出的电压经采样后和稳压电路输出的参考电压经放大比较电路比较后输出TTL电平；

驱动电路有多个，分别对应于所述的各个保护开关、单刀双掷开关和NAGC电路；驱动电路接收来自外部的TTL控制信号，输出给相应电路驱动电压。 

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