CN112615633A - 一种宽带多通道测向机射频前端电路 - Google Patents

一种宽带多通道测向机射频前端电路 Download PDF

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郭萌
曹晓冬
何海星
王立玢
王晗
苏玉婷
林桐
杨磊
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Abstract

本发明提供了一种宽带多通道测向机射频前端电路，包括：校正开关及功分模块，所述校正开关及功分模块用于接入外部射频信号和校正信号，并选通射频信号或校正信号至3路接收通道组件；接收通道模块，所述接收通道模块用于接收射频信号，并对信号进行变频处理，输出40MHz带宽的中频信号；本振源，所述本振源用于为信号下变频提供本振信号；参考时钟，所述参考时钟用于提供时钟信号；电源模块，所述电源模块用于为校正开关及功分模块、接收通道模块、本振源、参考时钟提供电源；所述接收通道模块，用于通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。

Description

一种宽带多通道测向机射频前端电路
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其是涉及一种宽带多通道测向机射频前端电路。
背景技术
无线电测向设备使用天线来寻找信标或者信号源，测向天线是无线电测向设备的重要组成部分。
宽带接收机是通信***中关键的部件，随着通信技术的快速发展和现代调制体制的纷繁多样，致使无线频谱的拥挤程度日益加剧，对接收机的线性度、动态范围、灵敏度、抗干扰能力、适应性等方面的性能和指标提出了越来越苛刻的要求。
对于测向设备射频前端来说，增益、噪声系数、相位噪声、频率稳定度等指标，会对接收***产生重要影响。信号容量增大，无线频谱的利用率提高，对设备线性度、抗干扰能力、适应性等方面的性能和指标提出了越来越苛刻的要求。而实现变频、放大功能的器件都是非线性器件，会产生谐波信号、交调信号等干扰信号。同时空间也存在着大量不同频段的信号。这些信号通过交调、互调及倍频等方式产生干扰信号，干扰信号会影响解调的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种宽带多通道测向机射频前端电路，以解决现有技术中存在的信号纯度较低的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种宽带多通道测向机射频前端电路，包括：
校正开关及功分模块，所述校正开关及功分模块用于接入外部射频信号和校正信号，并选通射频信号或校正信号至3路接收通道组件；
接收通道模块，所述接收通道模块用于接收射频信号，并对信号进行变频处理，输出40MHz带宽的中频信号；
本振源，所述本振源用于为信号下变频提供本振信号；
参考时钟，所述参考时钟用于提供时钟信号；
电源模块，所述电源模块用于为校正开关及功分模块、接收通道模块、本振源、参考时钟提供电源；
所述接收通道模块，用于通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。
进一步的，所述接收通道模块，包括：
切换及增益选择单元，所述切换及增益选择单元，用于进行低噪声模式和常规模式切换，以及对信号进行可选择增益；
多层介质滤波单元，所述多层介质滤波单元用于的可选择增益后的信号进行无损多层介质滤波。
进一步的，所述切换及增益单元，包括：
开关组件，所述开关组件用于进行低噪声模式和常规模式切换；
滤波器，用于对低噪声模式下的信号进行滤波；
低噪放大器，用于对滤波后的信号进行放大处理；
可选增益器，所述增益器用于对低噪声模式和常规模式下的信号实现可选增益。
进一步的，所述开关组件包括：对向设置的BW118芯片。
进一步的，所述可选增益器为HM639增益芯片。
进一步的，所述切换及增益单元，还包括：
可调滤波电源，用于为所述低噪放大器提供可调且稳定的电源。
进一步的，所述多层介质滤波单元，包括：
混频器，所述混频器用于将中频信号和本振信号进行混频，得到混频信号；
串联连接的至少两个滤波放大单元，所述滤波放大单元包括：串联连接的滤波器和射频放大器。
更进一步的，所述滤波放大单元还包括：第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容与所述滤波器的输入端短连接，所述第二滤波电容与所述滤波器的输出端电连接。
相对于现有技术，本发明所述的宽带多通道测向机射频前端电路具有以下优势：
本发明所述的宽带多通道测向机射频前端电路，通过设定接收通道模块，实现通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。此外，通过可选择增益模块可以实现对去噪后的信号进行选择性的增益。并且通过多层介质滤波单元可以对信号在进行滤波处理后，进行放大，满足下一级的指标要求。由于切换及增益选择单元和多层介质滤波单元采用超外差二次变频，避免通过交调、互调及倍频等方式产生干扰信号，干扰信号会影响解调的准确性。为消除或降低干扰信号，在进行合理的频谱需要通过滤波技术对射频信号及变频链路信号进行滤波，提升信号的纯度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的宽带多通道测向机射频前端电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的宽带多通道测向机射频前端电路中切换及增益选择单元的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的宽带多通道测向机射频前端电路中多层介质滤波单元的电路示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明实施例提供的宽带多通道测向机射频前端电路的结构示意图，参见图1，所述宽带多通道测向机射频前端电路，包括：
校正开关及功分模块，所述校正开关及功分模块用于接入外部射频信号和校正信号，并选通射频信号或校正信号至3路接收通道组件；
接收通道模块，所述接收通道模块用于接收射频信号，并对信号进行变频处理，输出40MHz带宽的中频信号；
本振源，所述本振源用于为信号下变频提供本振信号；
参考时钟，所述参考时钟用于提供时钟信号；
电源模块，所述电源模块用于为校正开关及功分模块、接收通道模块、本振源、参考时钟提供电源；
所述接收通道模块，用于通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。
在本实施例中，其中，校正开关及功分单元负责接收机信号源的选择，校正信号的功分以及输出，接收机信号源可以是来自天线的接收信号，也可以是功分后的校正信号。天线接收信号来自外部射频信号接口，校正信号来自校正源模块，另有一路校正信号对外输出。
校正源模块提供宽带射频信号范围内40MHz带宽间隔为100kHz的梳状谱校正信号和提供102.4MHz的采样主时钟。
接收通道组件及本振源实现宽带射频信号的限幅、预选、变频、滤波和增益控制，输出频点为76.8MHz带宽为40MHz的中频信号。本振模块向本振功分模块提供最初的二级本振信号。由外部参考源或内部恒温晶振提供10MHz参考时钟输，具备内外参考源的自动切换能力，以外参考源优先。同时，分别向外部接口和校正源模块提供10MHz和40MHz的参考源。本振功分模块将第一本振和第二本振在输出大于等于0dBm的前提下功分后送至接收通道和校正源。
校正开关模块用于接入外部射频信号和校正信号，并选通射频信号或校正信号至3路接收通道组件。
校正开关模块将三路功分后的校正信号与三路射频信号分别通过2选1射频开关选通输出，送至接收通道。校正开关模块处于设备的第一级输入，其***损耗直接影响设备的噪声系数指标，综合考虑***损耗与二阶截点等关键参数选择集成开关芯片搭建SPDT开关组。校正开关模块技术指标如下：
a)频率范围：30MHz～8GHz；
b)端口驻波：≤1.5(50Ω阻抗匹配)；
c)校正开关切换时间：≤50us；
d)***损耗：≤1dB(信号支路)，≤2dB(校正支路，不含分配损耗)。
该模块由一分四有源功分模块、4个单刀双掷开关(SPDT)组成，实现校正输入→校正输出通断、校正输入→射频输出通断、天线输入→射频输出通断的功能。
为了保证校正输入→射频输出三路同时校正，采用一分四功分器，预留1路备用。频率范围为30MHz～8000MHz采用电阻功分网络保证良好的功分特性，由于电阻功分插损大，为了保证增益需要增加高饱和点输出的放大器，满足增益的同时保证输出1dB压缩点要求。
为了保证校正通路各自独立工作并且有较高的隔离度，可以采用SPDT吸收式开关，开关采用PIN管串并联相结合的结构形式。校正通路工作时对应的开关打开，其他路截止可有效的实现隔离。
校正输入→校正输出和天线输入→射频输出两个校正通路采用开关直连的方式，低损耗高隔离度的PIN管开关可满足***要求，另外PIN管本身功率容限大，可满足输出1dB压缩点的要求。
相应的，所述电源模块为上述各个器件提供电源，本振源为接收通道模块提供相应的本振源进行混频。
在本实施例中，主要通过接收通道模块实现优化噪声系数，满足***要求。
具体的，所述接收通道模块，包括：
切换及增益选择单元，所述切换及增益选择单元，用于进行低噪声模式和常规模式切换，以及对信号进行可选择增益；
多层介质滤波单元，所述多层介质滤波单元用于的可选择增益后的信号进行无损多层介质滤波。
图2为本发明实施例提供的宽带多通道测向机射频前端电路中切换及增益选择单元的电路示意图，参见图2，所述切换及增益选择单元，包括：
开关组件，所述开关组件用于进行低噪声模式和常规模式切换；滤波器，用于对低噪声模式下的信号进行滤波；低噪放大器，用于对滤波后的信号进行放大处理；可选增益器，所述增益器用于对低噪声模式和常规模式下的信号实现可选增益。
在本实施例中，所述开关组件包括：对向设置的BW118芯片。所述可选增益器为HM639增益芯片。
参见图1，在经过校正开关及功分模块输出的射频信号，经滤波电容滤波后进入BW118芯片，在BW118芯片15针脚使能时，进入低噪声模式，将电容滤波后的射频信号经滤波器进行滤波，并通过低噪放大器进行放大，所述低噪放大器可通过配置的可调滤波电源输出相应的电压，实现根据电源输出电压调整放大的目的。再次进入对向设置的BW118芯片，通过使能其16针脚，通过对向设置的BW118芯片，进入HM639增益芯片，通过对HM639增益芯片D0-D3针脚输入电平信号，实现选择增益，在完成选择增益之后，再次通过低噪放大器进行放大，以使得输出的信号满足相应的增益要求。
而在BW118芯片15针脚处于未使能状态的情况下，则进入常规模式，即并不通过上述的滤波器和低噪放大器，通过对向设置的BW118芯片进入可选增益器实现选择增益，并通过后续的低噪放大器进行放大。
所述可调滤波电源通过滑动变阻器以及RC滤波器和LC滤波器，实现电压可调和滤波。
将放大后的信号输入到多层介质滤波单元，混频器采用高本振混频方案，接收频段为30MHz～8000MHz，对应一本振频率为9490MHz～17460MHz，对应一中频频率为9460MHz。中频设置三只介质滤波器，每只介质滤波器BW-1dB带宽大于100MHz，满足40MHz带宽要求，三级介质滤波器中间设置一级增益补偿放大器，补偿因介质滤波器损耗带来的信号功率损失，并保证进入二混频器信号功率的大小以满足***动态要求。同时，为满足增益控制范围0～60dB要求，射频和中频衰减分别设置30dB，两者配合实现整机增益控制范围60dB要求。整个接收电路常规模式增益设置为50dB，低噪声模式增益设置为62dB。
所述多层介质滤波单元，包括：混频器，所述混频器用于将中频信号和本振信号进行混频，得到混频信号；串联连接的至少两个滤波放大单元，所述滤波放大单元包括：串联连接的滤波器和射频放大器。
相应的，所述滤波放大单元还包括：第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容与所述滤波器的输入端短连接，所述第二滤波电容与所述滤波器的输出端电连接。以实现进一步滤波的目的。相应的，所述滤波放大单元采用与上述提供的可调滤波电源结构相同，在此不做赘述。
本发明所述的宽带多通道测向机射频前端电路，通过设定接收通道模块，实现通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。此外，通过可选择增益模块可以实现对去噪后的信号进行选择性的增益。并且通过多层介质滤波单元可以对信号在进行滤波处理后，进行放大，满足下一级的指标要求。由于切换及增益选择单元和多层介质滤波单元采用超外差二次变频，避免通过交调、互调及倍频等方式产生干扰信号，干扰信号会影响解调的准确性。为消除或降低干扰信号，在进行合理的频谱需要通过滤波技术对射频信号及变频链路信号进行滤波，提升信号的纯度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种宽带多通道测向机射频前端电路，包括：
校正开关及功分模块，所述校正开关及功分模块用于接入外部射频信号和校正信号，并选通射频信号或校正信号至3路接收通道组件；
接收通道模块，所述接收通道模块用于接收射频信号，并对信号进行变频处理，输出40MHz带宽的中频信号；
本振源，所述本振源用于为信号下变频提供本振信号；
参考时钟，所述参考时钟用于提供时钟信号；
电源模块，所述电源模块用于为校正开关及功分模块、接收通道模块、本振源、参考时钟提供电源；
其特征在于，所述接收通道模块，用于通过低噪声模式和常规模式切换实现超外差二次变频，以实现优化噪声系数的目的。
2.根据权利要求1所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述接收通道模块，包括：
切换及增益选择单元，所述切换及增益选择单元，用于进行低噪声模式和常规模式切换，以及对信号进行可选择增益；
多层介质滤波单元，所述多层介质滤波单元用于的可选择增益后的信号进行无损多层介质滤波。
3.根据权利要求2所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述切换及增益单元，包括：
开关组件，所述开关组件用于进行低噪声模式和常规模式切换；
滤波器，用于对低噪声模式下的信号进行滤波；
低噪放大器，用于对滤波后的信号进行放大处理；
可选增益器，所述增益器用于对低噪声模式和常规模式下的信号实现可选增益。
4.根据权利要求3所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述开关组件包括：对向设置的BW118芯片。
5.根据权利要求3所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述可选增益器为HM639增益芯片。
6.根据权利要求3所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述切换及增益单元，还包括：
可调滤波电源，用于为所述低噪放大器提供可调且稳定的电源。
7.根据权利要求2所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述多层介质滤波单元，包括：
混频器，所述混频器用于将中频信号和本振信号进行混频，得到混频信号；
串联连接的至少两个滤波放大单元，所述滤波放大单元包括：串联连接的滤波器和射频放大器。
8.根据权利要求7所述的宽带多通道测向机射频前端电路，其特征在于，所述滤波放大单元还包括：第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一滤波电容与所述滤波器的输入端短连接，所述第二滤波电容与所述滤波器的输出端电连接。
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