CN221056648U - 一种一体化频综与信道模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供一体化频综与信道模块，其将频综和信道模块采用对插式的方式，将频综模块和4个具有8通道的接收信道模块一体化设计，将两者利用同一封闭壳体实现封装屏蔽，能够为雷达系统极大的压缩使用空间，同时也能提供良好散热，具有很低的相位噪声和很高的性能。本申请所提供的一体化频综与信道模块，其通道增益可达60dB，为雷达系统提供了良好的动态范围。信道模块电源部分添加多级去耦电容消除电源串扰，采用腔体隔离设计，防止空间信号串扰使通道隔离度≥40dBc且噪声系数≤7dB，可为雷达信号处理提供优良的信噪比。为防止接收机饱和，通道内部选用2级数控衰减器，衰减范围0‑60dB。选用多级LC滤波器使中频信号带宽40MHz。杂散谐波良好抑制≥45dBc。

Description

一种一体化频综与信道模块

技术领域

本申请涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种一体化频综与信道模块。

背景技术

信号产生和T/R组件是数字阵列雷达的核心。但是，现有雷达系统中，通常将信号产生和T/R组件分别独立布置，导致系统整体结构较为复杂，且需要为相互独立的信号产生和T/R组件分别提供电磁防护设计，避免其工作频段相互影响。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供一种一体化频综与信道模块。本申请通过频综模块与8通道的接收信道模块的集成式设计可为雷达系统压缩使用空间，并提供良好散热和更低相位信噪比。

为实现上述目的，本申请提供的一体化频综与信道模块，其包括一体设置的：频综模块，其包括晶振，与晶振输出信号相连的四路功分器，与四路功分器中的一路输出相连的倍频器、滤波器、放大器、低噪放，以及与四路功分器中的另一路输出相连的取样锁相介质振荡器和锁相环路，其中，取样锁相介质振荡器输出第一本振信号的输出端口，锁相环路输出第二本振信号；以及4个具有8通道的接收信道模块，每一个接收信道模块均分别包括顺序连接的：数控衰减器，微带滤波器，第一级混频器，第二级混频器；其中，每一个8通道的接收信道模块中，第一级混频器的本振输入端均分别连接频综模块所输出的一路第二本振信号，第二级混频器的本振输入端均分别连接频综模块所输出的一路第一本振信号。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，所述频综模块以及各接收信道模块分别由独立腔体隔离，各独立腔体统一集成在同一个封闭壳体中。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，晶振采用相噪-155dBC@1KHz的100MHz恒温晶体振荡器。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，四路功分器中的3路作为基准信号直接输出。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，四路功分器中一路输入倍频器后经滤波器选频至800MHz，最后通过放大器放大输出。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，四路功分器的另一路输出经2路分后分别输入取样锁相介质振荡器和锁相环路。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，所述取样锁相介质振荡器同时输出两路9.9GHz信号，其中一路9.9GHz信号经过4分频器后，先输入至滤波器选频，然后输入至放大器放大得到2.475GHz信号，2.475GHz信号经另一功分器功分4路输出第一本振信号。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，取样锁相介质振荡器所输出的另一路9.9GHz信号输入至锁相环路。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，所述锁相环路包括顺序连接的：鉴相器，压控振荡器，混频器以及环路滤波器；其中，所述混频器接收压控振荡器的输出信号以及取样锁相介质振荡器所输出的另一路9.9GHz信号，混频器混频后的输出信号馈入环路滤波器并通过环路滤波器反馈至鉴相器。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，每一个所述接收信道模块均分别采用6层混压射频板将本振输入端、电源稳压和8通道的两级混频器均集成在一块射频板上。

可选的，如上任一所述的一体化频综与信道模块，其中，频综模块与4个具有8通道的接收信道模块之间对插式设置，连接为一体。

本申请和现有方案相比具有如下技术效果:

本申请所提供的一体化频综与信道模块，其将频综和信道模块采用对插式的方式，将频综模块和4个具有8通道的接收信道模块一体化设计，将两者利用同一封闭壳体实现封装屏蔽，能够为雷达系统极大的压缩使用空间，同时也能提供良好散热，具有很低的相位噪声和很高的性能。本申请所提供的一体化频综与信道模块，其通道增益可达60dB，为雷达系统提供了良好的动态范围。信道模块电源部分添加多级去耦电容消除电源串扰，采用腔体隔离设计，防止空间信号串扰使通道隔离度≥40dBc且噪声系数≤7dB，可为雷达信号处理提供优良的信噪比。为防止接收机饱和，通道内部选用2级数控衰减器，衰减范围0-60dB。选用多级LC滤波器使中频信号带宽40MHz。杂散谐波良好抑制≥45dBc。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1为根据本申请的一体化频综与信道模块中频综模块的原理框图；

图2为本申请的一体化频综与信道模块中接收信道模块每一通道的电路原理框图；

图3为根据本申请的一体化频综与信道模块的结构安装示意图；

图4为本申请的一体化频综与信道模块中频综模块所采用的接收校准和发射校准通道的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请所提供的一体化频综与信道模块，其包括一体设置在同一封闭壳体中的：

频综模块，其包括单独设置在封闭壳体内部独立腔体中的：晶振，与晶振输出信号相连的四路功分器，与四路功分器中的一路输出相连的倍频器、滤波器、放大器、低噪放，以及与四路功分器中的另一路输出相连的取样锁相介质振荡器和锁相环路，该腔体可设置在封闭壳体的一侧，该腔体中，取样锁相介质振荡器连接输出第一本振信号(LO1)的输出端口，锁相环路连接输出第二本振信号(LO2)的输出端口；

封闭壳体的另一侧还设置有另外4个独立腔体，每个腔体中分别设置一个具有8通道的接收信道模块，每一个接收信道模块均分别包括顺序连接的：数控衰减器，微带滤波器，第一级混频器，第二级混频器；

其中，每一个8通道的接收信道模块中，第一级混频器的本振输入端均分别连接频综模块锁相环路输出端口所输出的第二本振信号(LO2)，第二级混频器的本振输入端均分别连接频综模块输出端口所输出的一路第一本振信号(LO1)。

上述频综模块与4个具有8通道的接收信道模块以图3所示方式与频综模块对插式设置：将4个8通道的接收信道模块分别封闭在4个独立腔体中设置在封闭壳体的上侧，封装于封闭壳体的上盖板中；将频综模块插接设置在封闭壳体下侧的独立腔体中，封装于封闭壳体的下盖板中。封闭壳体上下两侧的腔体之间可由金属安装板实现电磁屏蔽与密封，上下盖板分别螺栓连接在金属安装板的上下两面。

在具体设置频综模块时，本申请可采用图1所示方式为频综模块实现以下功能：时钟信号输出、本振信号输出、激励信号输出、一路接收校准通道和一路发射校准通道。其中，时钟信号输出可分别对应于4个接收信道模块而相应设置为具有四路时钟信号输出。时钟信号的输出主要由晶振、倍频器、滤波器和低噪放组成。晶振采用相噪-155dBC@1KHz的100MHz恒温晶体振荡器(图1中标记为100MHZ OCXO)，以保证输出频率不发生温度漂移，频率稳定度可达±0.05ppm，输出的信号经过四路功分器，生成四路时钟信号，其中3路作为基准信号直接输出，另外一路输入倍频器后经滤波器选频至800MHz，再通过放大器放大输出保证其功率。

频综模块向4个接收信道模块所馈入的本振信号可由4路第一本振信号(LO1)输出端口LO1和4路第二本振信号(LO2)输出端口实现。参照图1，四路功分器的另一路输出经2路分后分别输入取样锁相介质振荡器和锁相环路。4路第一本振信号(LO1)可由图1中取样锁相介质振荡器(PDRO)所产生的9.9GHz信号功分频获得，第二本振信号(LO2)可由图1中锁相环路获得。具体而言，四路功分器的该路输出经1分2分路器后分2路，分别输入取样锁相介质振荡器和锁相环路。其中，输入至取样锁相介质振荡器(PDRO)的一路经取样锁相介质振荡器(PDRO)处理后同时输出两路9.9GHz信号，其中一路9.9GHz信号经过4分频器后，先输入至滤波器选频，然后输入至放大器放大得到2.475GHz信号，2.475GHz信号经另一功分器功分4路后可分别为各个接收信道模块的第二级混频器输出第一本振信号(LO1)。取样锁相介质振荡器(PDRO)所输出的另一路9.9GHz信号输入至锁相环路用于给本振LO2信号产生电路使用。所述锁相环路包括顺序连接的：鉴相器(HMC704)，压控振荡器(VCO)，混频器以及环路滤波器；其中，所述混频器接收压控振荡器(VCO)的输出信号以及取样锁相介质振荡器(PDRO)所输出的另一路9.9GHz信号进行混频，混频器混频后的输出信号馈入环路滤波器并通过环路滤波器反馈至鉴相器输出相位信号，压控振荡器(VCO)根据相位信号输出第二本振信号(LO2)。

上述频综模块中，PDRO具有低功耗和优相噪的特点。4路本振LO2由锁相环功分放大产生12.9GHz～13.9GHz本振信号。锁相环路由鉴相器HMC704，压控振荡器(VCO)，环路滤波器以及混频器组成。采用这种锁相环路可以产生很高的本振信号频率以及很宽的信号带宽范围，并且具备很低的相噪和杂散。激励信号通过接收校准上变频通道通过开关切换产生。可以通过FPGA控制其工作方式，当射频开关切换工作在校准模式时激励信号不输出。发射校准和接收校准通道分别由图4上下两排的上变频通道和下变频通道组成。接收校准模式下，中频输入信号125MHz经过图4下排的2次混频滤波衰减放大输出，混频器本振信号由内部本振LO1和LO2耦合放大提供。发射校准模式下射频信号15.5G～16.5G输入经过图4上排的2次混频滤波数控衰减放大输出纯净的中频信号。

4个中频接收模块中每个模块各8路的信号通路分别构成本申请信道模块中的32路接收通道。信道模块可以将射频输入15.5GHz～16.5GHz信号先通过图2所示数控衰减器和微带滤波器进行初步处理，然后通过第一级混频器下变频至2600MHz，对2600MHz信号进行数控衰减、滤波、放大后再经第二级混频器下变频为125MHz。40MHz带宽的中频信号输出给基带信号处理模块采样。

本申请中，每个接收模块均分别采用6层混压射频板设计，分别将本振、电源稳压和8路下变频通道集成在一块射频板上。其中，每个接收模块的每一路下变频通道分别包括有微组装部分和电装电路部分组成，其中，电装电路部分中采用0402封装电阻、电容、电感、微带滤波器、声表滤波器和各射频集成电路，以使模块体积做到极小且性能优良。每个接收模块的每一路下变频通道分别参照图2，先将从天线传输过来的信号经过数控衰减器衰减，以防止信号过大将第一级低噪放饱和，然后，再利用微带滤波器进行选频，选频范围在15.5GHz～16.5GHz之间并滤除杂散。选频滤波后的信号可与频综模块产生的本振LO2(12.9GHz～13.9GHz)进入第一级混频将信号变频到2.6GHz，然后，在经过声表滤波器滤除混频带来的杂散后，进一步将该2.6GHz信号与频综产生的LO1(2.475GHz)进入第二级混频。第二级混频器选用ADI混频器HMC213B进行混频，输出125GHz信号后经过中频滤波器和放大器输出中频信号上述。信道模块通道增益可达60dB，为雷达系统提供了良好的动态范围。

接收模块中的声表滤波器可选用台硕TA0917A声表滤波器。其具有体积小、带宽窄的优点，可以将混频带来的镜像频率进行抑制滤除，为接收机中频输出提供优良的镜像抑制。

本申请的信道模块中，可在电源部分添加多级去耦电容消除电源串扰。本申请所采用的腔体隔离设计，可将上述电路模块中各单元独立封装在金属材质的各个独立腔体中实现隔离，防止空间信号串扰，使通道之间的隔离度≥40dBc且噪声系数≤7dB，可为雷达信号处理提供优良的信噪比。

为防止接收机饱和，本申请还可在各接收信道模块的每一路通道内部分别选用2级数控衰减器，衰减范围0-60dB。本申请所选用的各级LC滤波器可设置为使中频信号带宽40MHz。杂散谐波良好抑制≥45dBc。

本申请的优势在于：为数字阵列雷达提供信号产生和T/R组件，将频综和信道模块采用对插式的方法实现了一体化设计，为雷达系统极大的压缩了使用空间，同时也提供了良好的散热，具有很低的相位噪声和很高的性能。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体化频综与信道模块，其特征在于，包括一体设置的：

频综模块，其包括晶振，与晶振输出信号相连的四路功分器，与四路功分器中的一路输出相连的倍频器、滤波器、放大器、低噪放，以及与四路功分器中的另一路输出相连的取样锁相介质振荡器和锁相环路，其中，取样锁相介质振荡器输出第一本振信号(LO1)的输出端口，锁相环路输出第二本振信号(LO2)；

以及4个具有8通道的接收信道模块，每一个接收信道模块均分别包括顺序连接的：数控衰减器，微带滤波器，第一级混频器，第二级混频器；其中，每一个8通道的接收信道模块中，第一级混频器的本振输入端均分别连接频综模块所输出的一路第二本振信号(LO2)，第二级混频器的本振输入端均分别连接频综模块所输出的一路第一本振信号(LO1)。

2.如权利要求1所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，所述频综模块以及各接收信道模块分别由独立腔体隔离，各独立腔体统一集成在同一个封闭壳体中。

3.如权利要求1所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，四路功分器中的3路作为基准信号直接输出。

4.如权利要求2所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，四路功分器中一路输入倍频器后经滤波器选频至800MHz，最后通过放大器放大输出。

5.如权利要求4所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，四路功分器的另一路输出经2路分后分别输入取样锁相介质振荡器和锁相环路。

6.如权利要求5所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，所述取样锁相介质振荡器(PDRO)同时输出两路9.9GHz信号，其中一路9.9GHz信号经过4分频器后，先输入至滤波器选频，然后输入至放大器放大得到2.475GHz信号，2.475GHz信号经另一功分器功分4路输出第一本振信号(LO1)。

7.如权利要求5所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，取样锁相介质振荡器(PDRO)所输出的另一路9.9GHz信号输入至锁相环路。

8.如权利要求7所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，所述锁相环路包括顺序连接的：

鉴相器(HMC704)，压控振荡器(VCO)，混频器以及环路滤波器；其中，所述混频器接收压控振荡器(VCO)的输出信号以及取样锁相介质振荡器(PDRO)所输出的另一路9.9GHz信号，混频器混频后的输出信号馈入环路滤波器并通过环路滤波器反馈至鉴相器。

9.如权利要求1所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，每一个所述接收信道模块均分别采用6层混压射频板将本振输入端、电源稳压和8通道的两级混频器均集成在一块射频板上。

10.如权利要求7所述的一体化频综与信道模块，其特征在于，频综模块与4个具有8通道的接收信道模块之间对插式设置，连接为一体。