CN103647575B - 2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法，其中，该前端电路包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提供本振信号，通道模块包括限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第一级混频模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块；本振模块包括晶振电路模块、第一本振模块、第二本振模块、时钟模块，第一本振模块、第二本振模块、时钟模块分别与晶振电路模块连接，晶振电路模块将晶振输出的晶振信号放功分成三路，分别输出到第一本振模块、第二本振模块和时钟模块，作为参考信号；第一本振模块与第一级混频模块连接，为其提供本振信号；第二本振模块与第二级混频模块连接，为其提供本振信号。

Description

2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其是微波收发电路领域，具体涉及一种2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法。

背景技术

近年来，随着微波集成电路技术及微组装技术的发展，电子***在设计上主要考虑小型化、模块化、标准化，以满足产品高性能、高可靠、大容量、小薄轻的要求。尤其是机载和星载平台对设备尺寸、重量的要求更是苛刻。因此要求微波接收前端向宽频带、体积小、重量轻、高性能、小型化方向发展。本发明主要针对某高精度快速定位技术小型化微波接收前端进行深入研究，采用微组装工艺及芯片集成技术实现了微波接收前端小型化设计，有效地减小了***的体积并且减轻了设备重量，满足了实际工程需要。

传统的微波前端的设计基本采用单个的部组件集成方式，这种方法是将一些微波部、组件以电缆链接方式组成具有一定功能接收前端。这种实现方式具有性能指标较好、安装调试方便等优点，但是整个微波前端体积较大，设备较重量，仅适用一些车载、实验室等体积、重量要求不高的平台，有一定的局限性。而在无人机、星载等平台对体积、重量要求较为苛刻，微波前端则要采用微组装工艺及芯片集成技术，实现***的小型化，体积、重量与部组件集成方式相比具有较明显的优势。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的旨在提供一种2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法，利用本发明的2～12GHz宽带微波前端电路和2～12GHz微波信号接收方法，可适用于侦测设备，设备在体积、重量、功耗均有较大的性能提升，满足对设备体积、重量和高性能稳定收发的需求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种2～12GHz宽带微波前端电路，包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提供本振信号，其中：

所述通道模块包括限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第一级混频模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块，其中：限幅模块用于接收由一天线截获的2～12GHz输入信号并进行限幅处理和输出；低噪声放大模块的输入端连接至限幅模块的输出端，用于提供信号放大处理；开关滤波模块的输入端与低噪声放大模块的输出端连接，用于选取与该开关滤波模块中滤波器相匹配的频段信号；第一级混频模块的射频端连接至开关滤波模块的输出端,其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第一本振信号，该第一级混频模块用于将由其射频端输入的信号变换得到一中频信号；滤波放大模块的输入端与第一级混频模块的输出端连接，对所述第一级混频模块输出的中频信号进行滤波和放大处理，并输出信号至第二级混频模块；第二级混频模块的射频端连接至滤波放大模块的输出端，其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第二本振信号，该第二级混频模块用于将由其射频端输入的信号变换得到340±25MHz和400±350MHz的中频信号；中频滤波放大模块的输入端连接至所述第二级混频模块的输出端，用于将第二级混频模块输出端340±25MHz和400±350MHz的中频信号进行中频滤波和放大处理后输出至信号处理机；

所述本振模块包括晶振电路模块、第一本振模块、第二本振模块、时钟模块，第一本振模块、第二本振模块、时钟模块分别与晶振电路模块连接，晶振电路模块将晶振输出的100MHz信号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块、第二本振模块和时钟模块，作为第一本振模块、第二本振模块和时钟模块的参考信号；第一本振模块与所述通道模块的第一级混频模块连接，为该第一级混频模块提供本振信号；第二本振模块与第二级混频模块连接，为该第二级混频模块提供本振信号。

进一步的实施方式中，所述第一本振模块产生频率为10～15GHz的第一本振信号，所述第二本振模块产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的第二本振信号

进一步的实施方式中，所述依次连接的限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第一级混频模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块之间均通过电路板50Ω线连接，所述第一本振模块、第二本振模块、时钟模块分别通过电路板50Ω线与晶振电路模块连接。

进一步的实施方式中，所述开关滤波模块由两个单刀五掷开关和五个滤波器组成，所述五个滤波器连接在两个单刀五掷开关之间形成五个支路通道，将输入信号接收频段分为五段。

进一步的实施方式中，所述滤波放大模块由一个第二开关滤波模块和放大器组成，第二开关滤波模块的输入端与所述第一级混频模块的输出端连接，放大器的输入端与第二开关滤波模块的输出端连接且其输出端与第二级混频模块的射频端连接，其中，第二开关滤波模块由两个单刀四掷开关和四个滤波器组成，四个滤波器连接在两个单刀四掷开关之间形成四个支路通道。

进一步的实施方式中，中频滤波放大模块由一个第三开关滤波模块、第二放大器及第四开关滤波模块组成，第三开关滤波模块的输入端连接至所述第二级混频模块的输出端，第二放大器的输入端连接至第三开关滤波模块的输出端，第四开关滤波模块的输入端连接至第二放大器的输出端，其中，第三开关滤波模块和第四开关滤波模块均由两个单刀双掷开关和两个滤波器组成，两个滤波器连接在两个单刀双掷开关之间形成两个支路通道。

进一步的实施方式中，所述限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块均选用芯片器件，所述第一级混频模块、晶振电路模块、第一本振模块、第二本振模块和时钟模块均使用表面贴装器件。

根据本发明的改进，还提出一种利用上述2～12GHz宽带微波前端电路实现的2～12GHz微波信号接收方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、接收一天线截获的2～12GHz输入信号，并对其进行限幅处理；

步骤2、对限幅处理后的信号进行低噪声放大处理；

步骤3、对低噪声放大处理后的信号进行开关滤波，选取滤波器相匹配的频段信号；

步骤4、利用一第一本振信号对步骤3选取出的信号进行混频处理，得到第一中频信号；

步骤5、对步骤4混频得到的第一中频信号进行滤波和放大处理；

步骤6、利用一第二本振信号对步骤5得到的中频信号进行混频处理，得到第二中频信号；

步骤7、对步骤6得到的第二中频信号进行中频滤波和放大处理；以及

步骤8、将步骤7得到的中频信号输出至一信号处理机。

进一步的实施方式中，所述方法中，第一本振信号为频率范围在10～15GHz的本振信号，第二本振信号为频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。

由以上本发明的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的显著优点在于：1）各个功能模块间大部分是由50Ω线相连，噪声系数和中频输出平坦度指标明显提高；2）体积更小、重量更轻、功耗更低；3）在满足体积更小、重量更轻、功耗更低前提下，可实现高性能的稳定收发微波信号。

附图说明

图1为本发明一实施方式2～12GHz宽带微波前端电路的电路结构图。

图2为图1实施方式中通道模块的一个示例性电路结构图。

图3为图1实施方式中本振模块的一个示例性电路结构图。

图4为本发明一实施方式2～12GHz微波信号接收方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

下面结合所附图示和实施例，详细说明本发明的实施。

图1为本发明一实施方式2～12GHz宽带微波前端电路的电路结构，其中，一种2～12GHz宽带微波前端电路，包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提供本振信号。

结合图2所示，通道模块包括限幅模块1、低噪声放大模块2、开关滤波模块3、第一级混频模块4、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7。

限幅模块1用于接收由一天线截获的2～12GHz输入信号（功率-75～-35dBm）并进行限幅处理和输出。本实施例中，输入信号先通过限幅模块可以防止天线接收大功率信号时可能会导致烧毁后级低噪声放大器的危险情况发生。

低噪声放大模块2的输入端连接至限幅模块1的输出端，用于提供信号放大处理。

开关滤波模块3的输入端与低噪声放大模块2的输出端连接，用于选取与该开关滤波模块3中滤波器相匹配的频段信号。

如图2所示，作为优选的实施方式，所述开关滤波模块3由两个单刀五掷开关（SP5T）和五个滤波器组成，所述五个滤波器连接在两个单刀五掷开关之间形成五个支路通道，将输入信号接收频段分为五段。通过开关切换使信号通过该频段的滤波器进入第一级混频器4的射频端。

第一级混频模块4的射频端连接至开关滤波模块3的输出端，其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第一本振信号，该第一级混频模块4用于将由其射频端输入的信号变换得到一中频信号。其中：

当输入信号为2～7GHz时，第一本振信号输入为10～15GHz，中频信号输出为8GHz±25MHz或8GHz±350MHz。

当输入信号为7～12GHz时，第一本振信号输入为10～15GHz，中频输出信号为3GHz±25MHz或3GHz±350MHz。

滤波放大模块5的输入端与第一级混频模块4的输出端连接，对所述第一级混频模块4输出的中频信号进行滤波和放大处理，并输出信号至第二级混频模块6。

如图2所示，作为优选的实施方式，所述滤波放大模块5由一个第二开关滤波模块5a和放大器5b组成，第二开关滤波模块5a的输入端与所述第一级混频模块4的输出端连接，放大器5b的输入端与第二开关滤波模块5a的输出端连接且其输出端与第二级混频模块6的射频端连接，其中，第二开关滤波模块5a由两个单刀四掷开关（SP4T）和四个滤波器组成，四个滤波器连接在两个单刀四掷开关之间形成四个支路通道。通过开关切换使信号通过该频段的滤波器进入第二级混频器6的射频端。

第二级混频模块6的射频端连接至滤波放大模块5的输出端，其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第二本振信号，该第二级混频模块6用于将由其射频端输入的信号变换得到340±25MHz和400±350MHz的中频信号。其中：

第二本振信号输入7.66GHz或3.34GHz时，输出中频信号为340±25MHz。

第二本振信号输入7.6GHz或3.4GHz时，输出中频信号为400±350MHz。

如图2所示，中频滤波放大模块7的输入端连接至所述第二级混频模块6的输出端，用于将第二级混频模块6输出端340±25MHz和400±350MHz的中频信号进行中频滤波和放大处理后输出至信号处理机。

如图2所示，作为优选的实施方式，中频滤波放大模块7由一个第三开关滤波模块7a、第二放大器7b及第四开关滤波模块7c组成，第三开关滤波模块7a的输入端连接至所述第二级混频模块6的输出端，第二放大器7b的输入端连接至第三开关滤波模块7a的输出端，第四开关滤波模块7c的输入端连接至第二放大器7b的输出端，其中，第三开关滤波模块7a和第四开关滤波模块7c均由两个单刀双掷开关（SP2T）和两个滤波器组成，两个滤波器连接在两个单刀双掷开关之间形成两个支路通道。通过开关切换使信号通过该频段的滤波器输出至信号处理机。

图3为图1实施方式中本振模块的一个示例性电路结构图，其中，本振模块包括晶振电路模块8、第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11，第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11分别与晶振电路模块8连接，晶振电路模块8将晶振输出的100MHz信号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块9、第二本振模块10和时钟模块11，作为第一本振模块9、第二本振模块10和时钟模块11的参考信号。第一本振模块9与所述通道模块的第一级混频模块4连接，为该第一级混频模块提供本振信号；第二本振模块10与第二级混频模块6连接，为该第二级混频模块6提供本振信号。

所述第一本振模块9产生频率为10～15GHz的第一本振信号，所述第二本振模块10产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的第二本振信号。

具体地，如图3所示，晶振电路模块8将晶振输出的100MHz信号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11作为参考信号。

第一本振模块9产生频率为10～15GHz的本振信号，具体电路是采用锁相方式，选用从ADF4106鉴相器芯片，VCO耦合的信号与参考晶振输出的信号分别经过ADF4106芯片内部N分频器和R分频器后进行相位比较，所产生的相位误差电压经环路滤波放大后控制VCO调谐端Vt，再通过串行码控制N、R分频器，锁定时即可输出稳定的5～7.5GHz的信号，将5～7.5GHz进行2倍频，经过开关滤波、放大后获得10～15GHz的信号。

第二本振模块10是产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。具体电路也是采用锁相方式，锁相源输出3.83GHz、3.8GHz、3.34GHz和3.4GHz四个点的信号，3.83GHz和3.8GHz信号进行2倍频后经过滤波、放大后获得7.66GHz和7.6GHz信号，3.34GHz和3.4GHz信号经过开关选通直接输出。

时钟模块11是产生150MHz的时钟信号输出，具体电路采用分频、倍频方式，100MHz信号分频输出50MHz信号再进行饱和放大取谐波150MHz信号，滤波后再进行功率放大，最终滤波输出。

作为优选的实施方式，所述依次连接的限幅模块1、低噪声放大模块2、开关滤波模块3、第一级混频模块4、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7之间均通过电路板50Ω线连接，所述第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11分别通过电路板50Ω线与晶振电路模块8连接。

为实现小型化和高可靠性的设计要求，本实施例中，所述限幅模块1、低噪声放大模块2、开关滤波模块3、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7均选用芯片器件，所述第一级混频模块4、晶振电路模块8、一本振模块9、二本振模块10和时钟模块11均使用表面贴装器件，因此组装成的2～12GHz宽带微波前端电路具有高灵敏度、体积小、重量轻、高性能等优点。

作为优选的实施方式，图2所示的实施例中，限幅模块1采用NC1803C-218芯片；低噪声放大器2采用CHA3218-99F和FM3058两个放大器级联形成，开关滤波模块5中的每个SP5T开关由HMC641开关和HMC347开关组成，其中的滤波器选用MEMS滤波器；第一级混频器4采用M2H-0220LE滤波器；滤波放大模块5中的每个SP4T由2个HMC641开关组成，放大器5b采用HMC462放大器；第二级混频器6采用NC1708C-308芯片；中频滤波放大模块7中，SP2T采用HMC347开关，滤波器为LC滤波器2FL750/B340-50，第二放大器7b采用MAAM02350放大器。

作为优选的实施方式，图3所示的实施例中，晶振电路模块8中的100MHz晶振器采用PFTC13-0008晶体振荡器，放大器采用H1C51188A放大器，功分器采用ADP-2-20功分器。

第一本振模块9中，VCO采用HMC587LP4压控振荡器，鉴相器采用的型号为ADF4108BCPZ，倍频器采用的型号为AMMC-6120，滤波器为MEMS滤波器，其中的SP3T开关为HMC641开关。

第二本振模块10中，VCO采用HEV0360N压控振荡器，鉴相器采用的型号为ADF4106BRU，倍频器采用的型号为AMMC-6120，滤波器BWLF-3.5，其中的SP2T开关为HMC637开关，最后的放大器为HMC462。

时钟模块11中，分频器采用HMC361S8G，两个放大器分别为NBB500、NBB300，滤波器均为LC滤波器。

图4所示为利用上述2～12GHz宽带微波前端电路实现的2～12GHz微波信号接收方法的实现流程，其中，2～12GHz微波信号接收方法包括以下步骤：

步骤1、接收一天线截获的2～12GHz输入信号，并对其进行限幅处理；

步骤2、对限幅处理后的信号进行低噪声放大处理；

步骤3、对低噪声放大处理后的信号进行开关滤波，选取滤波器相匹配的频段信号；

步骤4、利用一第一本振信号对步骤3选取出的信号进行混频处理，得到第一中频信号；

步骤5、对步骤4混频得到的第一中频信号进行滤波和放大处理；

步骤6、利用一第二本振信号对步骤5得到的中频信号进行混频处理，得到第二中频信号；

步骤7、对步骤6得到的第二中频信号进行中频滤波和放大处理；以及

步骤8、将步骤7得到的中频信号输出至一信号处理机。

所述方法中，第一本振信号为频率范围在10～15GHz的本振信号，第二本振信号为频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。

上述步骤1-步骤8所进行的信号处理，已如图1-图3所示进行了说明。

综上所述，本发明提供的2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法，可适用于多种平台搭载的侦测设备上，其平台设备在体积、重量、功耗均有较大的性能提升，满足对设备体积、重量和高性能稳定收发的需求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提供本振信号，其中：

所述通道模块包括限幅模块(1)、低噪声放大模块(2)、开关滤波模块(3)、第一级混频模块(4)、滤波放大模块(5)、第二级混频模块(6)和中频滤波放大模块(7)，其中：限幅模块(1)用于接收由一天线截获的2～12GHz输入信号并进行限幅处理和输出；低噪声放大模块(2)的输入端连接至限幅模块(1)的输出端，用于提供信号放大处理；开关滤波模块(3)的输入端与低噪声放大模块(2)的输出端连接，用于选取与该开关滤波模块(3)中滤波器相匹配的频段信号；第一级混频模块(4)的射频端连接至开关滤波模块(3)的输出端，其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第一本振信号，该第一级混频模块(4)用于将由其射频端输入的信号变换得到一中频信号；滤波放大模块(5)的输入端与第一级混频模块(4)的输出端连接，对所述第一级混频模块(4)输出的中频信号进行滤波和放大处理，并输出信号至第二级混频模块(6)；第二级混频模块(6)的射频端连接至滤波放大模块(5)的输出端，其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第二本振信号，该第二级混频模块(6)用于将由其射频端输入的信号变换得到340±25MHz和400±350MHz的中频信号；中频滤波放大模块(7)的输入端连接至所述第二级混频模块(6)的输出端，用于将第二级混频模块(6)输出端340±25MHz和400±350MHz的中频信号进行中频滤波和放大处理后输出至信号处理机；

所述本振模块包括晶振电路模块(8)、第一本振模块(9)、第二本振模块(10)、时钟模块(11)，第一本振模块(9)、第二本振模块(10)、时钟模块(11)分别与晶振电路模块(8)连接，晶振电路模块(8)将晶振输出的100MHz信号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块(9)、第二本振模块(10)和时钟模块(11)，作为第一本振模块(9)、第二本振模块(10)和时钟模块(11)的参考信号；第一本振模块(9)与所述通道模块的第一级混频模块(4)连接，为该第一级混频模块提供本振信号；第二本振模块(10)与第二级混频模块(6)连接，为该第二级混频模块(6)提供本振信号；

所述第一本振模块(9)产生频率为10～15GHz的第一本振信号，所述第二本振模块(10)产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的第二本振信号。

2.根据权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，所述依次连接的限幅模块(1)、低噪声放大模块(2)、开关滤波模块(3)、第一级混频模块(4)、滤波放大模块(5)、第二级混频模块(6)和中频滤波放大模块(7)之间均通过电路板50Ω线连接，所述第一本振模块(9)、第二本振模块(10)、时钟模块(11)分别通过电路板50Ω线与晶振电路模块(8)连接。

3.根据权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，所述开关滤波模块(3)由两个单刀五掷开关和五个滤波器组成，所述五个滤波器连接在两个单刀五掷开关之间形成五个支路通道，将输入信号接收频段分为五段。

4.根据权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，所述滤波放大模块(5)由一个第二开关滤波模块(5a)和放大器(5b)组成，第二开关滤波模块(5a)的输入端与所述第一级混频模块(4)的输出端连接，放大器(5b)的输入端与第二开关滤波模块(5a)的输出端连接且其输出端与第二级混频模块(6)的射频端连接，其中，第二开关滤波模块(5a)由两个单刀四掷开关和四个滤波器组成，四个滤波器连接在两个单刀四掷开关之间形成四个支路通道。

5.根据权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，中频滤波放大模块(7)由一个第三开关滤波模块(7a)、第二放大器(7b)及第四开关滤波模块(7c)组成，第三开关滤波模块(7a)的输入端连接至所述第二级混频模块(6)的输出端，第二放大器(7b)的输入端连接至第三开关滤波模块(7a)的输出端，第四开关滤波模块(7c)的输入端连接至第二放大器(7b)的输出端，其中，第三开关滤波模块(7a)和第四开关滤波模块(7c)均由两个单刀双掷开关和两个滤波器组成，两个滤波器连接在两个单刀双掷开关之间形成两个支路通道。

6.根据权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路，其特征在于，所述限幅模块(1)、低噪声放大模块(2)、开关滤波模块(3)、滤波放大模块(5)、第二级混频模块(6)和中频滤波放大模块(7)均选用芯片器件，所述第一级混频模块(4)、晶振电路模块(8)、第一本振模块(9)、第二本振模块(10)和时钟模块(11)均使用表面贴装器件。

7.一种利用权利要求1所述的2～12GHz宽带微波前端电路实现的2～12GHz微波信号接收方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、接收一天线截获的2～12GHz输入信号，并对其进行限幅处理；

步骤2、对限幅处理后的信号进行低噪声放大处理；

步骤3、对低噪声放大处理后的信号进行开关滤波，选取滤波器相匹配的频段信号；

步骤4、利用第一本振信号对步骤3选取出的信号进行混频处理，得到第一中频信号；

步骤5、对步骤4混频得到的第一中频信号进行滤波和放大处理；

步骤6、利用第二本振信号对步骤5得到的中频信号进行混频处理，得到第二中频信号；

步骤7、对步骤6得到的第二中频信号进行中频滤波和放大处理；

步骤8、将步骤7得到的中频信号输出至一信号处理机。