CN216699994U - 一种低功耗宽频带射频前端 - Google Patents

Abstract

一种低功耗宽频带射频前端，包括宽频带发射通道、宽频带接收通道、宽频带跳频源、集成独立电源和综合控制板；宽频带发射通道用于接收中频信号并实现Ka频段信号的发射以及波束赋形，宽频带发射通道内设有用于提高发射带宽内杂散抑制度的开关滤波器组；宽频带接收通道用于实现Ka频段信号的放大接收、波束控制以及中频信号的输出；宽频带跳频源通过功分器分别与宽频带发射通道内的混频器以及宽频带接收通道内的混频器信号连接；集成独立电源和综合控制板，用于实现组件内部电源管理以及通道工作状态控制。本实用新型可以提高通信系统的抗干扰能力，满足雷达对不同探测距离和探测精度的应用需求，还可以提高T/R的集成度，降低波形控制单元的复杂程度。

Description

一种低功耗宽频带射频前端

技术领域

本实用新型属于射频领域，具体涉及工作在Ka频段宽带连续波有源相控阵天线体制的低功耗宽频带射频前端。

背景技术

有源相控阵天线在军用雷达、通信、电子对抗等系统中已得到广泛应用，而T/R 是有源固态相控阵雷达中的核心组成部分， 在当今相控阵雷达系统中占有举足轻重的地位。Ka频段有源相控阵天线无需扫描伺服机构， 部分 T/R 组件损坏并不会导致天线射频性能的显著退化, 比机械扫描天线和集中式收发系统具有更高可靠性。

随着工作频段逐步扩展，Ka频段的T/R凸显出了十分迫切的应用需求，特别是在机载多功能雷达、车载多功能传感器、末端制导导引头、卫星通信等领域。而宽频段的使用不仅增加了系统使用的有效频带，提高了系统的抗干扰能力，同时也为不同系统的需求提供了较为通用的平台。

随着发射、接收通道技术的发展，对于控制通道中幅度和相位的控制逻辑位数越来越多，采用并行的方式一方面会大大增加T/R组件的体积，同时对于外部波束控制而言复杂程度会很大。

鉴于此，设计一款集成的超宽带Ka发射、接收通道很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低功耗宽频带射频前端，一方面可以提高通信系统的抗干扰能力以及满足雷达对不同探测距离和探测精度的应用需求，另一方面还可以提高T/R的集成度，降低波形控制单元的复杂程度。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种低功耗宽频带射频前端，包括宽频带发射通道、宽频带接收通道、宽频带跳频源、集成独立电源和综合控制板；

宽频带发射通道用于接收中频信号并实现Ka频段信号的发射以及波束赋形，宽频带发射通道内设有用于提高发射带宽内杂散抑制度的开关滤波器组；

宽频带接收通道用于实现Ka频段信号的放大接收、波束控制以及中频信号的输出；

宽频带跳频源通过功分器分别与宽频带发射通道内的混频器以及宽频带接收通道内的混频器信号连接；

集成独立电源和综合控制板，用于实现组件内部电源管理以及通道工作状态控制。

所述宽频带发射通道沿信号传输方向包括衰减器、中频放大器、混频器、开关滤波器组和功率放大器。

所述混频器和开关滤波器组之间还设有另一个衰减器。

所述宽频带接收通道沿信号传输方向包括低噪声放大器、带通滤波器、衰减器、混频器、滤波器和中频放大器。

所述宽频带发射通道和宽频带接收通道之间设置有隔墙，以提高通道之间的隔离度。

所述宽频带发射通道和宽频带接收通道内均采用FPGA控制通道的幅度以及通道的通断，并通过SPI串口的方式与外部通信。

所述集成独立电源通过稳压器进行电源隔离。

本实用新型所述的中频信号的频率为6GHz±50MHz，Ka频段信号的频率为27-40GHz。

本实用新型的原理及有益效果是：本实用新型中的宽频带发射通道内，输入的中频信号经中频衰减器、中频放大器后进入混频器，混频器将中频信号与本振信号进行上变频，经过开关滤波器组、功率放大器后输出Ka频段信号；宽频带接收通道，将接收到的信号经低噪声放大器放大，经过预选滤波器抑制带外杂散信号，减小接收机内部噪声，从而提高信噪比，再经过衰减器后进入混频器，混频器将射频信号与本振信号进行下变频至中频信号，经滤波器及中频放大器后输出中频信号。跳频源将宽带锁相环产生的宽带跳频信号经过倍频器进行二倍频后功分输出到两通道的混频器。在宽频带接收通道，由于超宽带信号输入，考虑镜频信号抑制，可以防止信号频率和镜频频率发生混叠。

本实用新型发射、接收通道采用收发分置的方式，适用于连续波相控阵体制；接收、发射共用本振复用，提高集成度，降低产品功耗及物料装配成本。接收与发射通道间采用隔墙设计提高通道间隔离度，同时保证所有滤波器抑制效果，提高杂散抑制度要求。

本实用新型采用超宽带MMIC器件，例如超宽带混频器，超宽带低噪放，超宽带倍频器，超宽带滤波器，实现Ka波段收发通道功能。

本实用新型采用电源及控制一体化设计，提高集成度，模块和外部通过SPI串口的方式进行通信，降低波形控制电路难度。

本实用新型频带极宽，实现了从毫米波波段共13GHz的有效利用带宽，其相对带宽更是高达33.8%，提高了工作的频段及抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型宽带射频前端结构图；

图2为图1中宽带射频前端的左侧视图；

图3为图1中宽带射频前端的右侧视图；

图4为本实用新型宽带射频前端原理框图；

图5为本实用新型宽带射频前端微波面设计图；

图6为本实用新型宽带射频前端电源面设计图；

附图标记：1、射频前端本体，2、有限擒纵连接器，3、SPI串口，4、衰减器，5、中频放大器，6、混频器，7、开关滤波器组，8、功率放大器，9、低噪声放大器，10、滤波器，11、宽频带跳频源，12、功分器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

一种低功耗宽频带射频前端，适用于Ka频段宽带连续波有源相控阵天线体制，射频前端按照如图1~4所示的结构及原理框图进行设计，采用收发分时使用一体化设计。射频前端本体1内设有宽频带发射通道、宽频带接收通道、宽频带跳频源、集成独立电源和综合控制板，射频前端本体1相对的两侧设有四个有限擒纵连接器2和一个SPI串口3，其中四个有限擒纵连接器2平均分布在射频前端本体1相对的两侧，如图2所示，射频前端本体1的左侧设有两个有限擒纵连接器2，分别作为IF接收端和IF发射端，如图3所示，射频前端本体1的右侧设有两个有限擒纵连接器2，分别作为RF接收端和RF发射端，SPI串口3也设置在射频前端本体1的右侧。

如图4所示，宽频带发射通道用于接收中频信号并实现Ka频段信号的发射以及波束赋形。宽频带发射通道沿信号传输方向包括衰减器4、中频放大器5、混频器6、衰减器4、开关滤波器组7和功率放大器8。输入的中频信号经衰减器4、中频放大器5后进入混频器6，混频器6将中频信号与本振信号进行上变频，经过衰减器4、开关滤波器组7、功率放大器8后输出Ka频段信号。开关滤波器组7通过开关选择的方式，降低带宽，有助于信号杂散，实现发射带宽内高的杂散抑制度。

如图4所示，宽频带接收通道用于实现Ka频段信号的放大接收、波束控制以及中频信号的输出。宽频带接收通道沿信号传输方向包括低噪声放大器9、滤波器10、衰减器4、混频器6、滤波器10和中频放大器5。所述低噪声放大器9为宽频带、低噪声系数以及高增益的宽频带低噪声放大器，将天线接收到的信号进行低噪声放大，再通过数控衰减器芯片对接收的信号幅度进行调整，从而扩展整个接收机动态范围。

如图4所示，宽频带发射通道和宽频带接收通道共用本振，使整个系统相参，因此对本振信号（即宽频带跳频源11）通过功分器12分配，使用的功分器12为超宽带（13GHz带宽）二功分零度功分器，分别与宽频带发射通道内的混频器6以及宽频带接收通道内的混频器6信号连接，保证功分器12两路高隔离，并采用基于pHEMT工艺的超宽带分布式放大器芯片，将信号功率放大的同时进一步增加通道间的隔离度。

本实用新型所述的中频信号的频率为6GHz±50MHz，Ka频段信号的频率为27 GHz~40GHz。因此，宽频带接收通道的信号输入频率为27 GHz ~40GHz，输出信号的频率为6GHz±50MHz；宽频带发射通道的信号输入频率为6GHz±50MHz，输出信号的频率为27 GHz ~40GHz。

本实用新型中的射频前端采用超宽带MMIC器件，例如超宽带混频器，超宽带低噪放，超宽带倍频器，超宽带滤波器，从而实现Ka频段收发通道功能。

进一步的，射频前端采用一体化设计，通道原理图设计、PCB板及工艺上采用集成式设计，宽频带接收通道与宽频带发射通道间采用隔墙设计提高通道间隔离度，同时保证所有滤波器抑制效果，提高杂散抑制度要求。

进一步的，宽频带接收通道与宽频带发射通道内部采用FPGA控制通道的幅度以及通道的通断，同时模块和外部通过SPI串口的方式进行通信，降低系统波形控制电路难度。

进一步的，如图5、6所示，将宽带Ka通道微波部分和电源控制部分进行分腔设计，即提高了模块的可维护性又增加了抗电磁干扰能力，集成独立电源通过稳压器进行电源隔离。采用数字电路和模拟电路一体化设计，控制简单，降低整个控制电路复杂度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：包括宽频带发射通道、宽频带接收通道、宽频带跳频源、集成独立电源和综合控制板；

宽频带发射通道用于接收中频信号并实现Ka频段信号的发射以及波束赋形，宽频带发射通道内设有用于提高发射带宽内杂散抑制度的开关滤波器组；

宽频带接收通道用于实现Ka频段信号的放大接收、波束控制以及中频信号的输出；

宽频带跳频源通过功分器分别与宽频带发射通道内的混频器以及宽频带接收通道内的混频器信号连接；

集成独立电源和综合控制板，用于实现组件内部电源管理以及通道工作状态控制。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述宽频带发射通道沿信号传输方向包括衰减器、中频放大器、混频器、开关滤波器组和功率放大器。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述混频器和开关滤波器组之间还设有另一个衰减器。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述宽频带接收通道沿信号传输方向包括低噪声放大器、带通滤波器、衰减器、混频器、滤波器和中频放大器。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述宽频带发射通道和宽频带接收通道之间设置有隔墙，以提高通道之间的隔离度。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述宽频带发射通道和宽频带接收通道内均采用FPGA控制通道的幅度以及通道的通断，并通过SPI串口的方式与外部通信。

7.根据权利要求1所述的一种低功耗宽频带射频前端，其特征在于：所述集成独立电源通过稳压器进行电源隔离。

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