CN204481809U - 高精度射频模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度射频模块，该模块包括两级滤波放大电路、下变频电路和两级中频放大电路，两级滤波放大电路通过下变频电路与两级中频放大电路电连接；输入的射频信号经过两级滤波放大电路滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路中频放大后得到高精度的电平信号。本实用新型能从众多的电波中选出有用的射频信号，再放大到适当电平下变频到中频信号，最后进行中频放大到要求电平输出，使得最终输出的电平信号不受外部干扰，不仅精度高、增益稳定性好及合成度高，而且可保证抗干扰通道间相位的稳定性。

Description

高精度射频模块

技术领域

本实用新型涉及射频技术领域，尤其涉及一种高精度射频模块。

背景技术

射频模块作为基站、直放站等通信系统的重要组成部分，主要是用来接收并处理射频信号，为尖端应用的通信领域服务，其稳定性直接影响到整个通信系统的稳定性，随着通信行业的迅速发展，对它的要求也越来越高，尤其是在3G时代，为了追求更高的数据速率和频谱效率，普遍采用线性调制方式，这些线性调制方式需要增益稳定性好、信号处理精度高及合成度高的射频模块，但现有的射频模块均无法满足。

实用新型内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种抗干扰性强、精度高、增益稳定性好及合成度高的高精度射频模块。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高精度射频模块，包括两级滤波放大电路、下变频电路和两级中频放大电路，所述两级滤波放大电路通过下变频电路与两级中频放大电路电连接；输入的射频信号经过两级滤波放大电路滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路中频放大后得到高精度的电平信号。

其中，所述两级滤波放大电路包括第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器，所述第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器依次电连接，所述输入的射频信号依次经过第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器处理后得到放大信号。

其中，所述下变频电路包括移相器、本振源和下变频器；所述第二级低噪声放大器通过移相器和第三滤波器后连接至下变频器的输入端，所述本振源通过第四滤波器也连接至下变频器的输入端，所述下变频器的输出端通过第五滤波器连接至两级中频放大电路。

其中，所述两级中频放大电路包括第一级中频放大器和第二级中频放大器，所述第五滤波器与第一级中频放大器的一端连接，且所述第一级中频放大器的另一端通过衰减器连接第二级中频放大器，该中频信号依次经过第一级中频放大器、衰减器和第二级中频放大器后得到电平信号。

其中，所述第一滤波器为介质滤波器，其带内插损≤1dB；所述第二滤波器为声表面波滤波器，带外抑制≥45dB。

其中，所述第一级低噪声放大器有15dB增益，噪声系数≤0.4dB；第二级低噪声放大器有16dB增益，噪声系数≤0.5dB。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供的高精度射频模块，输入的射频信号经过两级滤波放大电路滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路中频放大后得到高精度的电平信号；该结构的改进，能从众多的电波中选出有用的射频信号，再放大到适当电平下变频到中频信号，最后进行中频放大到要求电平输出，使得最终输出的电平信号不受外部干扰，不仅精度高、增益稳定性好及合成度高，而且可保证抗干扰通道间相位的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的高精度射频模块的工作方框图；

图2为本实用新型中锁相倍频电路的电路图；

图3为本实用新型中下变频器的原理框图。

主要元件符号说明如下：

1、两级滤波放大电路               2、下变频电路

3、两级中频放大电路               11、第一滤波器

12、第一级低噪声放大器            13、第二滤波器

14、第二级低噪声放大器            21、移相器

22、本振源                        23、下变频器

24、第三滤波器                    25、第四滤波器

26、第五滤波器                    31、第一级中频放大器

32、第二级中频放大器              33、衰减器。

具体实施方式

为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。

请参阅图1，本实用新型的高精度射频模块，包括两级滤波放大电路1、下变频电路2和两级中频放大电路3，两级滤波放大电路1通过下变频电路2与两级中频放大电路3电连接；输入的射频信号Rfin经过两级滤波放大电路1滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路2下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路3中频放大后得到高精度的电平信号Ifout。

相较于现有技术的情况，本实用新型提供的高精度射频模块，输入的射频信号经过两级滤波放大电路1滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路2下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路3中频放大后得到高精度的电平信号；该结构的改进，能从众多的电波中选出有用的射频信号，再放大到适当电平下变频到中频信号，最后进行中频放大到要求电平输出，使得最终输出的电平信号不受外部干扰，不仅精度高、增益稳定性好及合成度高，而且可保证抗干扰通道间相位的稳定性。

在本实施例中，两级滤波放大电路1包括第一滤波器11、第一级低噪声放大器12、第二滤波器13和第二级低噪声放大器14，第一滤波器11、第一级低噪声放大器12、第二滤波器13和第二级低噪声放大器14依次电连接，输入的射频信号Rfin依次经过第一滤波器11、第一级低噪声放大器12、第二滤波器13和第二级低噪声放大器14处理后得到放大信号。该射频信号≤-45dBm，在该电路中为了更好地抑制带外干扰信号，提高灵敏度，在输入的射频信号与第一级低噪声放大器12之间加一个高性能窄带带通滤波器，以提高系统的抗干扰能力，但是滤波器的引入，会使系统前端噪声系数增加，所以模块前端的第一滤波器应选择带内插入损耗尽可能小的滤波器，而且为了减小系统的体积及便于集成，选用的是介质滤波器，其带内插损≤1dB。对于该电路后端的第二滤波器采用声表面波滤波器，其特点为有很高的矩形系数，对带外信号有很好的抑制，带外抑制≥45dB。

为了将输入的射频信号放大到一定水平并控制噪声系数，要求选取的低噪声放大器除了增益够大外还必须有尽可能小的噪声系数，本模块中的第一级低噪声放大器有15dB增益，噪声系数≤0.4dB；第二级低噪声放大器有16dB增益，噪声系数≤0.5dB。本电路的两级低噪声放大器，在无线通信系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收端的噪声系数（NF），决定接收端的噪声系数的关键部件就是处于接收端最前端的低噪声放大器。在多级部件互联的系统中，总的噪声系数由下式决定：

                         (1)

公式（1）中，F为总噪声系数，F1，F2，F3，…分别为第一级，第二级，第三级放大器的噪声系数；G1，G2， ，G3，…分别为第一级，第二级放大器的增益。可以看出第一级低噪声放大器性能，从基本上决定了整个电路的总噪声系数。所以在设计中，第一级低噪声放大器应该采用最佳噪声系数设计。

在本实施例中，下变频电路2包括移相器21、本振源22和下变频器23；第二级低噪声放大器14通过移相器21和第三滤波器24后连接至下变频器23的输入端，本振源22通过第四滤波器25也连接至下变频器23的输入端，下变频器23的输出端通过第五滤波器26连接至两级中频放大电路3。

本振源22相位噪声对下变频器23输出频谱有很大影响。理想情况下，一个微波本振源的输出信号在时域中为一根单一谱线；而实际情况下，由于噪声和杂散信号对振荡器寄生调幅、调频或调相的作用，使波形发生畸变。在时域上表现为输出信号的频率随时间作随机变化，或输出信号的相位随时间作随机变化。选取相位噪声好、稳定度高的晶振能显著提高本振源输出信号特性。锁相式频率合成器对相位噪声和杂散等具有很好的抑制作用，而且调试简单，因而本电路中选取该方式为本振源22信号产生方式，在基本锁相环路的反馈通道中插入分频器就构成了锁相倍频电路，其原理如图2所示：锁相式频率合成器是一种建立在相位负反馈基础上的闭环控制系统，主要由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。输人参考信号与压控振荡器的输出信号经过鉴相器，产生一个对应于两个信号相位差的误差电压，该误差电压经环路滤波器后滤除其中的高频分量和噪声，并向VCO输送一个控制电压去调整压控振荡器的频率。当环路锁定时输人参考信号与压控振荡器的输出信号频差为零，相位差不再随时间变化。这时误差电压为一固定值，这时误差电压为一固定值，环路进入锁定状态。

当环路锁定时，鉴相器的两个输入信号的角频率相等，即，而是VCO电压经N次分频后的角频率()，因而，即锁相倍频器的输出频率为输入频率的N倍，N是分频器的分频比，N可以为分数。

本振源的相位噪声估算如下：

1）鉴相器相噪基底占主导地位；2）晶振相噪占主导地位3）环路带宽以外的相噪主要由VCO的相噪决定，所选用VCO自由振荡的相噪为：由于电源等其它因素影响，实际锁相后会有5～10dB的恶化。

综合以上三条可知：100Hz和1kHz相噪主要受限于TCXO，分别为-89dBc/Hz和-109dBc/Hz；10kHz相噪主要受限于鉴相器基底，为-109dBc/Hz；100kHz相噪主要受限于VCO，约为-113dBc/Hz。

下变频器23不论是微波通信、雷达、遥控、遥感、还是侦察与电子对抗，以及许多微波测量系统，都是把微波信号用下变频器降到中低频来进行处理。下变频器23是微波集成电路接收系统中必不可少的部件。图3为下变频器23的原理框图：

输入电压为射频信号、本振信号以及偏置电压之和，即：

                               （2）

此电压作用在非线性器件上所产生的电流响应可由泰勒级数展开求得：

（3）

忽略直流偏置VQ和IQ，并代入V的表示式，可得：

（4）

由公式（4），射频信号与本振信号经过非线性器件，产生射频与本振的和频、差频与高阶交调产物，通过滤波器提取需要的中频信号。

在本实施例中，两级中频放大电路3包括第一级中频放大器31和第二级中频放大器32，第五滤波器26与第一级中频放大器31的一端连接，且第一级中频放大器31的另一端通过衰减器33连接第二级中频放大器32，该中频信号依次经过第一级中频放大器31、衰减器32和第二级中频放大器33后得到电平信号。上述的两个中频放大器主要是将下变频器23输出的中频信号进行增益放大,以满足下级电路的需要。在实际工程上，一般采用多级中频放大器，并使每级实现某一技术要求。考虑到输出谐波要求，需选用线性度好的放大器。考虑模块功率与增益的要求及器件的技术指标，本模块选用两级中频放大，第一级主要用于增益放大，为下一级提供足够驱动；第二级主要用于功率放大，保证输出功率。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度射频模块，其特征在于，包括两级滤波放大电路、下变频电路和两级中频放大电路，所述两级滤波放大电路通过下变频电路与两级中频放大电路电连接；输入的射频信号经过两级滤波放大电路滤除干扰信号及低噪声放大后得到放大信号，该放大信号经过下变频电路下变频到中频，并得到中频信号；该中频信号再经过两级中频放大电路中频放大后得到高精度的电平信号。

2.根据权利要求1所述的高精度射频模块，其特征在于，所述两级滤波放大电路包括第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器，所述第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器依次电连接，所述输入的射频信号依次经过第一滤波器、第一级低噪声放大器、第二滤波器和第二级低噪声放大器处理后得到放大信号。

3.根据权利要求2所述的高精度射频模块，其特征在于，所述下变频电路包括移相器、本振源和下变频器；所述第二级低噪声放大器通过移相器和第三滤波器后连接至下变频器的输入端，所述本振源通过第四滤波器也连接至下变频器的输入端，所述下变频器的输出端通过第五滤波器连接至两级中频放大电路。

4.根据权利要求3所述的高精度射频模块，其特征在于，所述两级中频放大电路包括第一级中频放大器和第二级中频放大器，所述第五滤波器与第一级中频放大器的一端连接，且所述第一级中频放大器的另一端通过衰减器连接第二级中频放大器，该中频信号依次经过第一级中频放大器、衰减器和第二级中频放大器后得到电平信号。

5.根据权利要求2所述的高精度射频模块，其特征在于，所述第一滤波器为介质滤波器，其带内插损≤1dB；所述第二滤波器为声表面波滤波器，带外抑制≥45dB。

6.根据权利要求2所述的高精度射频模块，其特征在于，所述第一级低噪声放大器有15dB增益，噪声系数≤0.4dB；第二级低噪声放大器有16dB增益，噪声系数≤0.5dB。