CN205377863U - 一种毫米波收发模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波收发模块，包括：本振支路将本振信号进行功分放大后分别给接收通道提供本振信号；接收通道包括和路接收支路、俯仰差路接收支路和方位差路接收支路，和路接收支路接收到的回波信号经过环形器、限幅器、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出，差路接收支路接收到的回波信号经过限幅器、俯仰/方位开关切换、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出；发射支路通过波导环行器发射整机输入的大功率发射信号。

Description

一种毫米波收发模块

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其是无线电通信，具体而言涉及一种毫米波收发模块。

背景技术

目前的跟踪系统中，主要有光电、微波、毫米波等类型，由于毫米波系统具有灵敏度高、分辨力好，抗干扰性能强等特点，加之毫米波系统受等离子体的影响较小，同时兼有红外和微波的优点，因此国外先进的跟踪定位设备都采用了毫米波系统。毫米波跟踪技术的研究始于20世纪70年代末，现在西方国家不仅在频率上覆盖了整个毫米波段，而且建立了从器件到整机产品的研制生产、测试试验的完整研究体制。目前，毫米波跟踪定位技术广泛应用于雷达系统、电子对抗、毫米波通信、遥感遥测、医疗保健、国土资源探测、矿产分布、海岸线警戒等多个领域的民用设备以及军事设备上。比如在军事上，毫米波制导技术经常应用在多模复合制导中，多模制导模式可以根据干扰情况自动切换制导模式，美国的“黄蜂”、“战斧”等导弹均采用毫米波与红外双模制导系统。我国在毫米波跟踪定位技术方面起步较晚，技术处于发展阶段，随着目前国内毫米波技术能力的提升，其相关的定位系统也从厘米波段向毫米波频段发展，作为毫米波跟踪定位系统收发部分的核心器件，高性能的收发组件性能水准就显得尤为重要，特别是其射频部分的技术指标直接关系到系统的完备和准确。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种毫米波收发模块包括本振支路、三个接收通道、一个发射支路。

所述本振支路将本振信号进行功分放大后分别给接收通道提供本振信号；所述接收通道包括和路接收支路、俯仰差路接收支路和方位差路接收支路，所述和路接收支路接收到的回波信号经过环形器、限幅器、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出，所述差路接收支路接收到的回波信号经过限幅器、俯仰/方位开关切换、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出；所述俯仰/方位开关切换对俯仰差路接收支路和方位差路接收支路进行选择；所述发射支路通过波导环行器发射整机输入的大功率发射信号。

采用上述模块，所述和路接收支路包括依次连接的波导转换器、环行器、限幅器、初级保护开关、初级放大器、次级保护开关、次级放大器、混频器、温补衰减器、低通滤波器、中频放大器；所述回波信号经波导转换器输入和路接收支路；所述混频器对回波信号和本振信号进行混频下变频；所述信号经中频放大器的放大后输出。

采用上述模块，所述差路接收支路包括两个限幅器作为方位差口和俯仰差口的接收端，还包括一俯仰/方位开关切换对两个限幅器进行选择，还包括依次连接的初级保护开关、低噪声放大器、次级保护开关、混频器、温补衰减器、低通滤波器、中频放大器；所述初级保护开关与俯仰/方位开关连接；所述混频器对回波信号和本振信号进行混频下变频；所述信号经中频放大器的放大后输出。

采用上述模块，整机输入的大功率发射信号共用和路接收支路中的环行器和波导转换器进行信号发射。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：(1)具有接收保护功能，根据指令对三个接收通道进行保护；(2)具有通道切换功能，根据指令对俯仰和方位接收通道进行切换.

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步描述。

附图说明

图1是毫米波收发模块功能框图。

图2是毫米波模块原理框图。

图3是发射支路原理框图。

图4是本振支路原理框图。

图5是和路接收支路原理框图。

图6是差路接收支路原理框图。

具体实施方式

一种毫米波收发模块，包括本振支路、三个接收通道、一个发射支路，还包括一检测通道对输入信号进行低噪声放大和混频处理后输出和差两路第一中频信号，根据外部控制信号将方位差支路与俯仰差支路通过开关切换进行时分复用为一个差通道。同时，可将输入的测试信号由同轴连接形式转至波导形式与天线连接进行系统测试。如图1所示。

毫米波模块的原理框图如图2所示。

1、发射支路

毫米波模块完成的主要功能是对天线接收的三路回波信号进行下变频，同时，该毫米波模块还有一个主要功能是将整机输入的大功率发射信号通过波导环行器发射出去。该发射支路的指标如表1所示。

表1本振支路主要指标要求

序号	参数名称	要求	备注
				1	发射支路插损	1.2dB

根据技术指标要求，发射支路的原理框图如图3所示。

该发射支路的主要指标为该大功率发射信号为50W(占空比30％)，因此需要选择一种能够承受大功率的波导环行器，该波导环行器的主要指标如下：

最大正向损耗：0.4dB；

最小反向隔离：20dB；

最大驻波系数：1.25；

通过功率：25W(连续波)。

波导转换采用探针耦合的形式实现波导口和微带之间的转换，经过HFSS优化仿真，该波导转换的插损为0.3dB。

发射信号需经过变极化波导同轴转换后进入毫米波模块，该波导同轴转换为客户提供型号，插损为0.5dB，经过计算，发射支路总插损为1.2dB。

综上，发射支路指标设计符合性如表2所示。

表2发射支路指标设计符合性表

序号	参数名称	要求	设计值	符合性
					1	发射支路插损	1.2dB	1.2dB	符合

据表2可以看出，该部分设计方案满足指标要求。

2、本振支路

本振支路要实现的功能是将系统提供的本振信号进行功分放大后分别给和路接收通道和差路接收通道提供本振信号，本振支路除了需要提供足够功率的本振信号，还需考虑两路之间的隔离度，本振支路分配的主要指标要求如表3所示。

表3本振支路主要指标要求

序号	参数名称	要求	备注
				1	功率	13dBm	中间指标
2	隔离	大于45dB	中间指标

根据技术指标要求，本振支路的原理框图如图4所示。

功分器采用威尔金森功分器，本振放大器选择高增益放大器加衰减器的方式，算上混频器本振至射频隔离40dB，本振支路两路隔离＝混频器本振至射频隔离+功分器隔离+衰减量＝40dB+20dB+5dB+5dB＝70dB。

3、接收支路

接收支路共分为和路接收支路、俯仰差路接收支路和方位差路接收支路共三路接收支路，接收支路完成的主要功能是接收开关保护、低噪声放大和下变频放大等功能。

接收支路的主要指标要求如表4所示。

表4接收支路主要指标要求

和路接收支路的主要工作原理是接收到的回波信号经过环形器、限幅器、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出，原理框图如图5所示。

差路接收支路的主要工作原理是接收到的回波信号经过限幅器、俯仰/方位开关切换、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出，原理框图如图6所示。

接收支路选择的主要元器件如下：

(1)限幅器

根据产品功能要求，接收支路输入端需要限幅器，用于保护接收机低噪声放大器，选用的限幅器型号为NC1812C-3436，其主要指标如下：

插入损耗：1dB；

限幅电平：17dBm；

耐功率：33dBm(连续波功率)

(2)保护开关

为了保证发射期间接收机放大器不会出现闭塞，和路保护开关设计为两级，第一级保护开关型号为MA4AGSW1，其隔离度为35dB、插损为1dB、最大承受功率为30dBm(CW)，考虑到噪声系数指标的要求，第二级保护开关在低噪声放大器之后，型号为MA4AGSW1，其隔离度为35dB、插损为1dB、最大承受功率为30dBm(CW)。考虑到空间泄漏的影响，和路开关隔离度可以达到55dB左右。

差路接收通道和和路原理相同，为了保证发射期间接收机放大器不会出现闭塞的情况及考虑到噪声系数指标的要求，低噪声放大器前后也是各有一级保护开关，由于差路端口不是收发共用端口，差路选择的两级保护开关均为MA4AGSW1，考虑到空间泄漏的影响，差路开关隔离度可以达到55dB左右。

(3)俯仰/方位切换开关

为了达到技术指标要求，选择的俯仰/方位切换开关为NC1678C-2540R，其隔离度为45dB，插损为1dB，考虑到空间泄漏的影响，开关隔离度可以达到35dB。

(4)低噪声放大器

根据技术指标要求，低噪声放大器选择了噪声系数小、增益高、输入承受功率大的NC1070C-3438型放大器，其噪声系数为2.2dB、增益为23dB、输出P-1为8dBm，输入承受功率为+18dBm。

(5)混频器

根据产品功能要求，选择的混频器为双平衡混频器HMC329。

(6)低通滤波器

为了对混频后产生的中频信号的谐波信号进行抑制，混频后有一级低通滤波器，其型号为LFCN-3800+，其对中频谐波信号的抑制达到30dB以上。

(7)中频放大器

为了满足组件总增益及输出P-1要求，中频放大器选择的型号为NBB-500。

4、主要指标计算情况

(1)增益、接收通道间幅度不一致性

和路增益计算链表如表5所示。

表5和路增益计算链表

差路增益计算链表如表6所示。

表6差路增益计算链表

根据计算，和路增益常温下典型值为22.8dB，差路增益常温下典型值为22.5dB，满足指标要求。增益在温度下变化量主要取决于低噪放、混频器和中放，在全温范围内，根据器件资料和以往工程经验，低噪放增益低温变大约1.5dB、高温变小约0.8dB，混频器插损低温变小约0.5dB、高温变大约0.3dB，中放低温变大约0.3dB、高温变小约0.3dB。因此，和路增益全温下范围为(21.4～25.1)dB，差路增益全温下范围为(21.1～24.8)dB，考虑到器件的离散性，增益在全温下会出现超差的现象，因此，在中频电路上设计了一级温补衰减器，其在低温下衰减变大约1.2dB、高温下衰减变小0.7dB。经过温度补偿后，和路增益全温下范围为(22.1～23.9)dB，差路增益全温下范围为(21.8～23.6)dB，满足指标要求。

和路和差路所使用的元器件基本都是相同的，考虑到器件的离散性，在和路和差路中频电路上设计有增益调整电路，保证接收通道间幅度一致性满足指标要求。

(2)噪声系数

系统级联噪声系数计算公式为：

$F=F_1+\frac{F_2-1}{G_1}+...\mathrm{..}+\frac{F_n-1}{G_1*G_2......G_{n-1}}$

低噪放噪声系数常温为2.2B，低温下为1.5dB，高温为2.7dB。根据此公式进行计算，和路噪声系数最大值为6.4dB，差路噪声系数最大值为6.7dB，满足指标要求。

(3)接收中频输出1dB压缩点

决定接收中频输出1dB压缩点的主要器件是低噪放、混频器和中频放大器，接收中频输出1dB压缩点的计算如表7所示。

表7接收中频输出1dB压缩点计算表

从表10可知，整个增益链路中，低噪放NC1070C-3438最先饱和，其决定了最终输出1dB压缩点，输出1dB压缩点为10.5dBm，满足指标要求。

(4)接收通道间相位不一致性

接收通道间尽量使用相同型号的元器件，减小寄生参数引入的相位不一致误差，保证电路的线性余量，确保接收通道间的相位一致性。和差通道采用元器件为同一批次器件，保证通道间绝对相位在高低温下变化趋势一致，确保通道间相位不一致性在温度情况下满足指标要求。

(5)接收通道间隔离度

影响通道间隔离主要有电路隔离、空间隔离及电源隔离等三个方面的因素。

电路隔离方面，主要是做好和差通道间本振支路之间的隔离，前面已经提到本振支路之间的隔离为70dB，完全满足指标要求。

空间隔离方面，这是决定通道间隔离度的关键因素，和路和差路接收通道在结构上采用腔体隔离设计，和差通道腔体独立形成屏蔽腔，避免通道间的空间串扰。根据以往设计经验，该设计通道间隔离值可达45dB。

电源隔离方面，为了减小信号通过电源电路泄漏到相邻通道，电源进行去耦和滤波处理，通过仿真，电源隔离优于70dB。

因此，最终接收通道间隔离度为45dB，满足指标要求。

综上所述，接收通道指标设计符合性如表8所示。

表8接收支路指标设计符合性表

Claims (4)

1.一种毫米波收发模块，其特征在于，包括本振支路、三个接收通道、一个发射支路；

所述本振支路将本振信号进行功分放大后分别给接收通道提供本振信号；

所述接收通道包括和路接收支路、俯仰差路接收支路和方位差路接收支路，

所述和路接收支路接收到的回波信号经过环形器、限幅器、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出，

所述差路接收支路接收到的回波信号经过限幅器、俯仰/方位开关切换、保护开关后经过低噪声放大，在本振支路提供的本振激励下，通过混频器将频率变换到中频后放大输出；

所述俯仰/方位开关切换对俯仰差路接收支路和方位差路接收支路进行选择；

所述发射支路通过波导环行器发射整机输入的大功率发射信号。

2.根据权利要求1所述的毫米波收发模块，其特征在于，所述和路接收支路包括依次连接的波导转换器、环行器、限幅器、初级保护开关、初级放大器、次级保护开关、次级放大器、混频器、温补衰减器、低通滤波器、中频放大器；

所述回波信号经波导转换器输入和路接收支路；

所述混频器对回波信号和本振信号进行混频下变频；

所述信号经中频放大器的放大后输出。

3.根据权利要求1所述的毫米波收发模块，其特征在于，所述差路接收支路包括两个限幅器作为方位差口和俯仰差口的接收端，还包括一俯仰/方位开关切换对两个限幅器进行选择，还包括依次连接的初级保护开关、低噪声放大器、次级保护开关、混频器、温补衰减器、低通滤波器、中频放大器；

所述初级保护开关与俯仰/方位开关连接；

所述混频器对回波信号和本振信号进行混频下变频；

所述信号经中频放大器的放大后输出。

4.根据权利要求2所述的毫米波收发模块，其特征在于，整机输入的大功率发射信号共用和路接收支路中的环行器和波导转换器进行信号发射。