CN206099904U - 下变频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种下变频装置。下变频装置包括PCB板以及贴装在所述PCB板上的高频放大模块、本振模块、滤波模块、混频模块、中频放大模块以及直流偏置模块。高频放大模块对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制，本振模块将生成的本振信号放大调制，滤波模块将处理后的高频信号、本振信号在混频模块中下变频为中频信号，中频信号放大后输出到后级的调制解调器中。下变频装置采用模块化的设计思路，将各个功能模块贴合在PCB板上，具有电路的小型化且集成度高的优点。同时，直流偏置模块还可以同时为高频放大模块、本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压，减少了偏置模块中电子元器件，缩小了占用PCB板的面积，能够有效减少下变频装置的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星通讯技术领域，特别是涉及工作在Ka波段的下变频装置。
背景技术
近年来，基于可用带宽传输容量大的优势和市场需求，目前多波段通信卫星或全Ka波段通信卫星市场需求越来越大。Ka波段主要是26.5～40GHz，这大大提高了通信的带宽。Ka波段宽带卫星的运用将会成为未来卫星宽带通信的行业趋势。相应地，地面终端市场也取得较大发展，卫星终端使用量达到百万部级别。地面小站的终端设备是Ka波段卫星网络中不可缺少的部分。
其中，收发机设备是地面小站的通信核心部分。信号接收部分中的下变频模块用来将从天线收集到的从卫星发出的高频Ka波段信号经放大、下变频为中频L波段信号，再经过调制解调器进行后续处理。传统的信号接收部分是采用多个复杂的分立元器件，相对来说体积较大、成本高。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种集成度高、体积小、成本低的下变频装置。
一种下变频装置，包括：PCB板以及贴装在所述PCB板上的：
高频放大模块，用于对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制并输出；
本振模块，用于生成本振信号并放大输出；
滤波模块，分别与所述高频放大模块、本振模块连接，用于分别对所述高频信号、本振信号进行滤波处理；
混频模块，与所述滤波模块连接，用于对经所述滤波模块处理后的所述高频信号、本振信号进行混频处理，并输出中频信号；
中频放大模块，与所述混频模块连接，用于对所述中频信号调制放大输出；以及
直流偏置模块，分别与所述高频放大模块、本振模块、中频放大模块连接，用于为所述高频放大模块、本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压。
在其中一个实施例中，所述高频放大模块包括三级级联的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器，其中，所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器均为晶体管放大器。
在其中一个实施例中，所述高频放大模块还包括第一电容和第二电容；
所述第一电容串联在所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器之间，所述第二电容串联在所述第二低噪声放大器、第三低噪声放大器之间。
在其中一个实施例中，所述直流偏置模块包括直流偏置芯片和多个三极管有源偏置单元；
所述直流偏置芯片用于为所述晶体管放大器提供栅极偏置、漏极偏置电压，还用于为多个所述有源偏置单元提供正负偏置电压；
一个所述三极管有源偏置单元对一级所述低噪声放大器进行偏置。
在其中一个实施例中，两个所述三极管有源偏置单元对应对所述第一晶体管放大器、第二晶体管放大器进行偏置；所述直流偏置芯片对所述第三晶体管放大器进行偏置。
在其中一个实施例中，所述直流偏置芯片还用于对所述本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压。
在其中一个实施例中，所述本振模块包括本振发生器和第四低噪声放大器；
所述本振发生器和第四低噪声放大器连接，所述本振发生器用于产生本振信号，所述第四低噪声放大器对所述本振信号放大调制。
在其中一个实施例中，所述滤波模块包括第一滤波单元和第二滤波单元；所述第一滤波单元分别与所述高频放大模块、混频模块连接，用于对所述高频信号进行滤波；所述第二滤波单元分别与所述本振模块、混频模块连接，用于对所述本振信号进行滤波。
在其中一个实施例中，所述第一滤波单元、第二滤波单元均为平行耦合微带线带通滤波器。
在其中一个实施例中，所述混频模块为单平衡混频器、双平衡混频器和二次谐波混频芯片中的一种。
上述下变频装置，包括：PCB板以及贴装在所述PCB板上的高频放大模块、本振模块、滤波模块、混频模块、中频放大模块以及直流偏置模块。高频放大模块对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制并输送至滤波模块进行相应波段的滤波处理，本振模块将生成的本振信号放大调制后输送至滤波模块进行相应波段的滤波处理，经滤波模块处理后的高频信号、本振信号在混频模块进行混频处理下变频为中频信号，中频信号经中频放大模块放大后输出到后级的调制解调器中。该下变频装置采用模块化的设计思路，用工艺简单的表面贴装技术将各个功能模块贴合在PCB板上，具有电路的小型化且集成度高的优点。同时，直流偏置模块还可以同时为高频放大模块、本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压，减少了偏置模块中电子元器件的使用数量，缩小了占用PCB板的面积，在满足性能要求的同时，能够有效减少下变频装置的成本。
附图说明
图1为一实施例下变频装置的结构框架图；
图2为一实施例下变频装置的电路图；
图3为一实施例中混频模块的结构示意图；
图4为一实施例中直流偏置芯片管脚排布图；
图5为一实施例中三极管有源偏置单元的电路图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对实用新型进行更全面的描述。附图中给出了实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示的为下变频装置的结构框架图，下变频装置可以用在Ka波段、Ku波段、X波段中的接收机中。在本实施例中，下变频装置用在Ka波段的接收机中，其中，下变频装置包括PCB板10以及贴装在PCB板10上的高频放大模块110、本振模块120、滤波模块130、混频模块140、中频放大模块150以及直流偏置模块160。
高频放大模块110对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制并输送至滤波模块130进行相应波段的滤波处理，本振模块120将生成的本振信号放大调制后输送至滤波模块130进行相应波段的滤波处理，经滤波模块130处理后的高频信号、本振信号在混频模块140进行混频处理下变频为中频信号，中频信号经中频放大模块150放大后输出到后级的调制解调器中。下变频装置是收发机中接收信号的关键装置，高频放大模块110、本振模块120、滤波模块130、混频模块140、中频放大模块150以及直流偏置模块160均用工艺简单的表面贴装技术贴装集成在PCB板10上，免除引线接合的工艺步骤，成本低，具有电路的小型化且集成度高的优点。同时，直流偏置模块160还可以同时为高频放大模块110、本振模块120、中频放大模块150提供直流偏置电压。减小了偏置模块中电子元器件的使用数量，占用PCB板的面积小，在满足性能要求的同时，能够有效减少下变频装置的成本，使得下变频装置具有小型化的优点。
PCB板10为高频PCB板10，在本实施例中，高频PCB板10采用陶瓷基板，选用的为ROGERS 4350系列，在其他实施例中，还可以选用ROGERS4003系列、5880系列等，或者选用聚四氟乙烯基板(PTFE)的高频PCB板10，可根据实际需求来选定合适的高频PCB板10。
参考图2，高频放大模块110，用于对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制并输出。在本实施例中，高频放大模块110包括三级级联的第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2、第三低噪声放大器M3、第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1串联在第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2之间，第二电容C2串联在第二低噪声放大器M2、第三低噪声放大器M3之间。每一级低噪声放大器之间通过隔直电容(C1、C2)进行级联，使得每一级的低噪声放大器直流偏置互不影响。低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，减小了放大器自身的噪声对信号的干扰，以提高输出的信噪比。在本实施例中，第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2、第三低噪声放大器M3晶体管放大器，晶体管放大器均为砷化镓工艺的高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor，HEMT)，在其他实施例中，还可以为砷化镓场效应管(Field EffectTransistor，FET)、异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)、金属-半导体场效应晶体管(Metal-Semiconductor FET)或结型场效应晶体管(JunctionField-Effect Transistor，JFET)。
本振模块120，用于生成本振信号并放大输出。其中，本振模块120包括本振发生器U1和第四低噪声放大器M4；本振发生器U1和第四低噪声放大器M4连接，本振发生器U1用于产生本振信号，第四低噪声放大器M4对本振信号放大调制。在本实施例中，本振信号的产生采用表面贴装技术的微波本振发生芯片，微波本振发生信号的范围为9.03～9.22GHz，对于Ka波段的下变频装置中所应用的本振信号的频率为9.125GHz。其中，微波发生芯片采用锁相环的本振源产生。第四低噪声放大器M4对产生的本振信号进行放大处理，其中，第四低噪声放大器M4的类型可以和上述高频放大模块110中的低噪声放大器的类型相同。在其他实施例中，本振信号还可以采用介质振荡器(Dielectric oscillator)产生，若采用介质振荡器产生本振信号，则第四低噪声放大器M4则可以省略。
本振发生器U1采用表面贴装技术贴合在PCB板10上，无需再在生产线上进行频率的调整或修改，便于制造，使得设计导入简单，成本低。在本实施例中，本振发生器U1可以通过硅锗：碳(SiGe：C)工艺技术来制作，其噪声特性好、射频性能强、可靠性好，功耗更低；在其他实施例中，还可以选用砷化镓工艺、氮化镓工艺技术来制作。
滤波模块130，分别与高频放大模块110、本振模块120连接，用于分别对高频信号、本振信号进行相应波段的滤波处理。其中，滤波模块130包括第一滤波单元131和第二滤波单元135。第一滤波单元131分别与高频放大模块110、混频模块140连接，用于对高频信号进行滤波，并将滤波后的高频信号输出至混频模块140；第二滤波单元135分别与本振模块120、混频模块140连接，用于对本振信号进行滤波，并将滤波后的本振信号输出至混频模块140。
在本实施例中，第一滤波单元131、第二滤波单元133均为平行耦合微带线带通滤波器。平行耦合微带线带通滤波器通过镀铜或者镀铜加沉银工艺，形成在PCB板10上，厚度为17μm～34μm(0.5盎司-1盎司)，可以增加平行耦合微带线带通滤波器的滤波效果，同时可也可以使用传统的电镀设备进行镀铜工艺。本振发生器U1的产生的本振信号的频率范围为9.03～9.22GHz，本振信号通过第四低噪声放大器M4将本振信号放大后通过第一滤波单元131，使其中心频率为9.125GHz作为混频模块140的本振输入。高频模块接收的高频信号的频率范围为19.2～20.2GHz，高频信号经过多级放大调制后通过第二滤波单元135，使次频段的高频信号通过，作为混频模块140的高频输入。
混频模块140，用于接收经滤波模块130处理后的高频信号、本振信号混频处理，并输出中频信号。在本实施例中，混频模块140为单平衡混频器，高频信号和本振信号经过单平衡混频器，产生中频信号输出。其中，单平衡混频器采用的是两个并联反接的肖特基二极管，其构成二次谐波混频器。中频信号输出端与本振信号输入端为同一个端口。在一实施例中，还包括与混频模块140连接的低通滤波网络，中频信号经低通滤波网络后输出频率为950MHz～1450MHz的中频信号。
在其他实施例中，混频模块140还可以为双平衡混频器、二次谐波混频芯片等。若为二次谐波混频芯片，则其二次谐波混频芯片是通过砷化镓(GaAs)工艺制成的单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)芯片。二次谐波混频芯片也是通过表面贴装技术(SMT)贴装在PCB板10上，可以免除引线接合的工艺步骤。
中频放大模块150，与混频模块140连接，用于对中频信号调制放大输出。在本实施例中，中频放大模块150包括两级中频放大器，中频信号经过两级中频放大器进行放大，得到所需要的中频信号，输出至调制解调器中。在其他实施例中，中频放大模块150中仅采用一级中频放大器，可以降低成本，但是不会影响其中频信号的放大效果。
直流偏置模块160，分别与高频放大模块110、本振模块120、中频放大模块150连接，用于为高频放大模块110、本振模块120、中频放大模块150提供直流偏置电压。
其中，直流偏置模块160包括直流偏置芯片U2和多个三极管有源偏置单元161。
直流偏置芯片U2用于为晶体管放大器提供栅极偏置、漏极偏置电压，还用于为多个有源偏置单元提供正负偏置电压。直流偏置芯片U2，参考图3，包括多组对应设置的栅极偏置引脚和漏极偏置引脚以及为三极管有源偏置单元161提供电压的正电压输出端VOUT和负电压输出端VENG。其中，漏极偏置引脚D为晶体管放大器的栅极提供正电压、栅极偏置引脚G为晶体管放大器的漏极提供负电压。在本实施例中，直流偏置芯片U2包括四组对应设置的栅极偏置引脚(G1、G2、G3、G4)和漏极偏置引脚(D1、D2、D3、D4)，还有一组为三极管有源偏置单元161提供电压的正电压输出端VOUT和负电压输出端VENG。由于工作在Ka波段的晶体管放大器的漏极电压为2V，栅极一般为负。在本实施例中，直流偏置芯片U2的漏极偏置引脚D输出的正电压为2伏，栅极偏置引脚G的负电压为-0.6伏。
一个三极管有源偏置单元161对一级低噪声放大器(晶体管放大器)进行偏置，其中，晶体管放大器的栅极分别与三极管有源偏置单元161的负电压供电端、三极管的集电极连接；晶体管放大器的漏极分别与三极管有源偏置单元161的正电压供电端、三极管的发射极连接；晶体管放大器的源极接地。三极管有源偏置单元161能够为晶体管放大器提供需要的正压偏置电压和负压偏置电压，使晶体管放大器工作在漏极电压VDS＝2V，IDS＝10mA的最佳工作条件。同时，三极管有源偏置单元161还起到了稳定电流的作用，使晶体管放大器获得稳定的直流状态。
在其中一实施例中，对高频放大模块110中的第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2进行偏置分别均为三极管有源偏置单元161；对第三低噪声放大器M3进行偏置的为直流偏置芯片U2。具体的，直流偏置芯片U2的正电压输出端分别与两个三极管有源偏置单元161的正电压供电端连接。直流偏置芯片U2的负电压输出端分别与两个三极管有源偏置单元161的负电压供电端连接。直流偏置芯片U2的栅极偏置引脚与第三晶体管放大器的漏极连接提供正电压。直流偏置芯片U2的漏极偏置引脚与第三晶体管放大器的栅极连接提供负电压。
第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2均采用相同的有源直流偏置，通过三极管对晶体管放大器进行直流偏置，能够保证第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2的最佳直流工作状态，同时还具有一定的温度稳定性。第三低噪声放大器M3采用直流偏置芯片U2进行偏置，直流偏置芯片U2直接输出第三低噪声放大器M3所需的栅极和漏极偏置电压，同时还能够为三极管提供正电压和负电压，在满足第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2噪声系数性能较佳的同时，简化了电路设计，降低了PCB面积以及成本。
在其中一实施例中，可以将对第一低噪声放大器M1进行偏置的三极管有源偏置单元161、第二低噪声放大器M2进行偏置三极管有源偏置单元161的两个三极管可以集成在一起，形成一个元器件。其集成的元器件可以采用一个PNP通用双晶体管(NXP/PUMT1)来替换，简化了电子元器件的使用，同时也减小了PCB板的使用面积。第三低噪声放大器M3进行偏置的为直流偏置芯片U2，在保证第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2的噪声性能的同时，对第三低噪声放大器M3的偏置部分进行简化设计处理，这使得整体设计保证性能的同时，又节省了设计成本以及物料成本，同时又节省了PCB的面积。
在其中一实施例中，对高频放大模块110中的第一低噪声放大器M1、第二低噪声放大器M2、第三低噪声放大器M3进行偏置分别均为三极管有源偏置单元161。
在其中一实施例中，对高频放大模块110中的第一低噪声放大器M1进行偏置的为三极管有源偏置单元161；对第二低噪声放大器M2、第三低噪声放大器M3同时进行偏置的为直流偏置芯片U2。
在其中一实施例中，直流偏置芯片U2还用于对本振模块120、中频放大模块150提供直流偏置电压。其中，本振模块120包括本振发生器U1和第四低噪声放大器M4，直流偏置芯片U2的正电压输出端可以为本振发生器U1供电，同时直流偏置芯片U2还可以为第四低噪声放大器M4提供漏极、栅极偏置电压，对其进行偏置。当然，也可采用有源三极管偏置单元对第四低噪声放大器M4进行有源偏置。直流偏置芯片U2还可以用于对中频放大模块150中的中频放大器的栅极、漏极提供相应的偏置电压。
直流偏置模块160，分别与高频放大模块110、本振模块120、中频放大模块150连接，用于为高频放大模块110、本振模块120、中频放大模块150提供直流偏置电压，使整个PCB的排布紧凑，电路设计简单，能够减少下变频装置的成本和设计成本，同时下变频装置中的模块化的设计也方便后期的维护和检修。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种下变频装置，其特征在于，包括：PCB板以及贴装在所述PCB板上的：
高频放大模块，用于对接收来自卫星的高频信号进行多级放大调制并输出；
本振模块，用于生成本振信号并放大输出；
滤波模块，分别与所述高频放大模块、本振模块连接，用于分别对所述高频信号、本振信号进行滤波处理；
混频模块，与所述滤波模块连接，用于对经所述滤波模块处理后的所述高频信号、本振信号进行混频处理，并输出中频信号；
中频放大模块，与所述混频模块连接，用于对所述中频信号调制放大输出；以及
直流偏置模块，分别与所述高频放大模块、本振模块、中频放大模块连接，用于为所述高频放大模块、本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压。
2.根据权利要求1所述的下变频装置，其特征在于，所述高频放大模块包括三级级联的第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器，其中，所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器均为晶体管放大器。
3.根据权利要求2所述的下变频装置，其特征在于，所述高频放大模块还包括第一电容和第二电容；
所述第一电容串联在所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器之间，所述第二电容串联在所述第二低噪声放大器、第三低噪声放大器之间。
4.根据权利要求2所述的下变频装置，其特征在于，所述直流偏置模块包括直流偏置芯片和多个三极管有源偏置单元；
所述直流偏置芯片用于为所述晶体管放大器提供栅极偏置、漏极偏置电压，还用于为多个所述有源偏置单元提供正负偏置电压；
一个所述三极管有源偏置单元对一级所述低噪声放大器进行偏置。
5.根据权利要求4所述的下变频装置，其特征在于，两个所述三极管有源偏置单元对应对所述第一晶体管放大器、第二晶体管放大器进行偏置；所述直流偏置芯片对所述第三晶体管放大器进行偏置。
6.根据权利要求4所述的下变频装置，其特征在于，所述直流偏置芯片还用于对所述本振模块、中频放大模块提供直流偏置电压。
7.根据权利要求1所述的下变频装置，其特征在于，所述本振模块包括本振发生器和第四低噪声放大器；
所述本振发生器和第四低噪声放大器连接，所述本振发生器用于产生本振信号，所述第四低噪声放大器对所述本振信号放大调制。
8.根据权利要求1所述的下变频装置，其特征在于，所述滤波模块包括第一滤波单元和第二滤波单元；所述第一滤波单元分别与所述高频放大模块、混频模块连接，用于对所述高频信号进行滤波；所述第二滤波单元分别与所述本振模块、混频模块连接，用于对所述本振信号进行滤波。
9.根据权利要求8所述的下变频装置，其特征在于，所述第一滤波单元、第二滤波单元均为平行耦合微带线带通滤波器。
10.根据权利要求1所述的下变频装置，其特征在于，所述混频模块为单平衡混频器、双平衡混频器和二次谐波混频芯片中的一种。
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| CN106253855A (zh) * | 2016-09-26 | 2016-12-21 | 华讯方舟科技有限公司 | 下变频装置 |
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- 2016-09-26 CN CN201621083602.9U patent/CN206099904U/zh active Active
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| WO2018054152A1 (zh) * | 2016-09-26 | 2018-03-29 | 华讯方舟科技有限公司 | 下变频装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Date of cancellation: 20230421 Granted publication date: 20170412 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230619 Address after: 518101 room 404, building 37, chentian Industrial Zone, chentian community, Xixiang street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Huaxun ark Photoelectric Technology Co.,Ltd. Patentee after: SHENZHEN HUAXUN ARK SATELLITE TELECOMMUNICATIONS Co.,Ltd. Address before: 518102 west of Shenzhen, Baoan District, Guangdong, Xixiang, Xixiang, thirty-seventh, 1 and 2 floors of the industrial estate, Patentee before: CHINA COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: SHENZHEN HUAXUN ARK SATELLITE TELECOMMUNICATIONS Co.,Ltd. |