CN113381779A

CN113381779A - 超宽带接收机

Info

Publication number: CN113381779A
Application number: CN202110662180.XA
Authority: CN
Inventors: 袁其响; 吴亮; 李江夏; 任轩邑; 高捷; 钱蓉
Original assignee: Shanghai Minglei Industry Co ltd; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Current assignee: Shanghai Minglei Industry Co ltd; Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2041-06-15
Also published as: CN113381779B

Abstract

本发明提供一种超宽带接收机，包括：射频巴伦，将单端射频信号转换为差分射频信号；超宽带变频组件，基于预设频段的本振信号对差分射频信号进行变频并输出差分中频信号；中频巴伦，连接于超宽带变频组件的输出端，将差分中频信号转化为单端中频信号；中频信号处理模块，连接于中频巴伦的输出端，对单端中频信号进行信号处理。本发明可以有效的减小跨频段宽带接收机的体积，减小了搭建宽带接收机的设备量，减小宽带接收机的链路损耗以及功耗，且通过自动增益补偿的形式，大大提高了长期工作时的功率稳定度，从而具备了直接用于***集成的特点，有效克服了现有技术的缺点。

Description

超宽带接收机

技术领域

本发明涉及高频电子技术领域，特别是涉及一种X波段到V波段的超宽带接收机。

背景技术

接收机的主要作用是放大和处理发射后反射回的所需要的回波，并以在有用回波和无用的干扰之间获得最大鉴别率的方式对回波进行滤波，被广泛的应用于信号接收、信号处理与识别、信号测量测试等多个重要的电子学技术领域，其通过频率转换装置将天线接收到的电磁波信号转换成数字信号处理电路能接受的电磁信号，其中包括连续波以及各类脉冲信号等。随着集成电路领域的不断发展以及人类对现有电磁波应用频段的不断提升，接收机应用的频段也在随之上升，相应的集成度也在不断提高，随着5G网络的快速发展以及在未来即将到来的6G网络时代，整个高频电子领域对于接收机的性能指标等也有了更高的要求。

主流的接收机根据不同器件的特点、体积以及不同生产装配工艺(包括共晶焊、回流焊等)，划分为短波接收机、超短波接收机、C波段、X波段、Ku\Ka波段接收机等等，以雷达信号为例，火控雷达的工作频段多在X波段以及Ku波段，而弹载雷达、成像雷达的工作频段则是集中在K波段、Ka波段、V波段等，因此在构建一套完备的信号接收监测设备时，往往需要将不同的接收机进行组合以适应不同频段的应用或者通过使用预选滤波器加开关的形式来完成宽带跨频段接收机的搭建。而在接收机组合的过程中，往往会带来一系列的问题，包括且不仅限于设备量增多、功耗过大、设备体积过大等，过多的设备量使得成本大幅度上升的同时也会进一步影响设备的可靠性，大功耗的设备集成则会在一定程度上缩短设备的使用寿命。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超宽带接收机，用于解决现有技术中接收机体积大，功耗大，结构复杂，成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超宽带接收机，所述超宽带接收机至少包括：

射频巴伦、超宽带变频组件、中频巴伦及中频信号处理模块；

所述射频巴伦接收单端射频信号，并转换为差分射频信号；

所述超宽带变频组件连接于所述射频巴伦的输出端，获取预设频段的本振信号，再基于所述预设频段的本振信号对所述差分射频信号进行变频并输出差分中频信号；

所述中频巴伦连接于所述超宽带变频组件的输出端，将所述差分中频信号转化为单端中频信号；

所述中频信号处理模块连接于所述中频巴伦的输出端，对所述单端中频信号进行信号处理。

可选地，所述射频巴伦适用于全部X波段到V波段。

可选地，所述中频信号处理模块包括中频放大器、第一数控衰减器、定向耦合器及检波比较器；

所述中频放大器接收所述单端中频信号，对所述单端中频信号进行放大；

所述第一数控衰减器连接于所述中频放大器的输出端，对所述中频放大器的输出信号进行增益控制；

所述定向耦合器连接于所述第一数控衰减器的输出端，用于进行信号耦合；

所述检波比较器连接于所述定向耦合器的耦合输出端，对所述定向耦合器输出的中频信号进行动态范围识别。

更可选地，所述中频信号处理模块还包括低通滤波器；所述低通滤波器连接于所述单端中频信号与所述中频放大器之间，对所述单端中频信号进行低通滤波后传输至所述中频放大器进行放大。

更可选地，所述超宽带接收机还包括温度传感器，所述温度传感器连接于所述第一数控衰减器的控制端，基于检测到的温度信息调节所述第一数控衰减器输出信号的增益，实现温度补偿。

可选地，所述超宽带接收机还包括低噪声放大器，所述低噪声放大器连接于所述射频巴伦的输入端，对所述单端射频信号进行放大。

更可选地，所述超宽带变频组件包括第一电磁切换开关、n个倍频器、n个滤波器、第二电磁切换开关及混频器；

所述第一电磁切换开关的输入端接收本振信号，n个输出端分别连接各倍频器的输入端，通过开关切换将所述本振信号输入相应的倍频器进行倍频；

各滤波器的输入端分别连接一倍频器的输出端，对相应倍频器的输出信号进行滤波得到预设频段的本振信号；

所述第二电磁切换开关的n个输入端分别连接各滤波器的输出端，输出端连接所述混频器，通过开关切换选择一预设频段的本振信号输出；

所述混频器接收差分射频信号，并基于所述第二电磁切换开关输出的预设频段的本振信号对所述差分射频信号进行下变频，以得到所述差分中频信号；

其中，n为大于等于2的自然数。

更可选地，所述第一电磁切换开关及所述第二电磁切换开关适用于X波段到V波段。

更可选地，所述滤波器为带通滤波器。

更可选地，各滤波器为集成滤波器组芯片。

更可选地，所述滤波器适用于X波段及以上频段。

如上所述，本发明的超宽带接收机，具有以下有益效果：

本发明以超宽带变频组件为核心，通过倍频的方式提高本振频率，利用高频段可以集成芯片滤波器的特点在本振通路上增加集成滤波器组芯片的形式来保证谐波抑制指标，同时极大的减小接收机的体积；通过完整的放大、变频、滤波和幅度控制等方法，构成模拟信号接收机，并使微弱的射频信号变成有足够幅度的视频信号或中频信号，以满足信号处理和数据处理的要求，以超宽带、轻量化、小型化、低功耗为主要特点，同时具备高增益、低杂散、低噪声系数、增益可控的特点，用于解决X波段到V波段的信号接收***集成问题。

附图说明

图1显示为本发明的超宽带接收机的结构示意图。

图2显示为本发明的中频信号处理模块的结构示意图。

元件标号说明

1 超宽带接收机

11 射频巴伦

12 超宽带变频组件

121 第一电磁切换开关

122 倍频器

123 滤波器

124 第二电磁切换开关

125 混频器

126 缓冲器

13 中频巴伦

14 中频信号处理模块

141 中频放大器

142 第一数控衰减器

143 定向耦合器

143a 匹配负载

144 检波比较器

145 低通滤波器

146 第二数控衰减器

15 低噪声放大器

16 温度传感器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种超宽带接收机1，所述超宽带接收机1包括：

射频巴伦11、超宽带变频组件12、中频巴伦13及中频信号处理模块14。

如图1所示，所述射频巴伦11接收单端射频信号(包括但不限于从天线获取)，并将单端射频信号转换为差分射频信号。

具体地，所述射频巴伦11为三端口器件，包括一个输入端及两个输出端，其中，输入端接收单端射频信号，两个输出端输出一组差分射频信号。所述射频巴伦11通过将匹配输入转换为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接，是一种宽带射频传输线变压器。作为示例，所述射频巴伦11包括两个线圈；第一线圈的一端连接所述单端射频信号RF，另一端接地；第二线圈的两端分别输出所述差分射频信号的一路信号(I/Q信号)；在实际使用中，所述射频巴伦11的结构不限，不以本实施例为限。作为示例，所述射频巴伦11适用于全部X波段到V波段。

作为本发明的另一种实现方式，如图1所示，在本实施例中，所述超宽带接收机1还包括低噪声放大器15，所述低噪声放大器15的输入端接收单端射频信号，输出端连接所述射频巴伦11的输入端，为所述射频巴伦11提供更低噪声系数的放大的单端射频信号。在实际使用中，可根据需要设置所述低噪声放大器15或不设置所述低噪声放大器15，不以本实施例为限。

如图1所示，所述超宽带变频组件12连接于所述射频巴伦11的输出端，获取预设频段的本振信号，再基于所述预设频段的本振信号对所述差分射频信号进行变频并输出差分中频信号。

具体地，在本实施例中，所述超宽带变频组件12包括第一电磁切换开关121、n个倍频器122、n个滤波器123、第二电磁切换开关124及混频器125。

更具体地，所述第一电磁切换开关121包括一个输入端及n个输出端，所述第一电磁切换开关121的输入端接收本振信号LO，n个输出端分别连接对应的倍频器122的输入端，通过开关切换将所述本振信号LO输入相应的倍频器122。在本实施例中，所述第一电磁切换开关121适用于X波段到V波段。

更具体地，各倍频器122分别对所述本振信号LO进行预设倍数的倍频，以提高所述本振信号LO的频率，所述本振信号LO倍频后的频率在经过混频后能满足所要求的中频输出频率即可(包括但不限于大于等于10GHz)，在此不一一限定。各倍频器122倍频的倍数可以相同，也可根据需要设置不同的倍数，在此不一一赘述，在本实施例中，各倍频器122均为4倍频。

更具体地，各滤波器123的输入端分别连接一倍频器122的输出端，对相应倍频器122的输出信号进行滤波得到预设频段的本振信号。在本实施例中，各滤波器123为带通滤波器，适用于X波段及以上频段，各滤波器123的滤波频段不同，可基于需要设置具体频段，在此不一一赘述。作为示例，各滤波器123分别为一颗集成芯片；或各滤波器123集成在同一芯片上，构成集成滤波器组芯片；以此大大减小体积。

更具体地，所述第二电磁切换开关124包括n个输入端及一个输出端，所述第二电磁切换开关124的n个输入端分别连接各滤波器123的输出端，输出端连接所述混频器125，通过开关切换选择一预设频段的本振信号输出。在本实施例中，所述第二电磁切换开关124适用于X波段到V波段。

更具体地，所述混频器125的射频输入端连接所述射频巴伦11的输出端，本振输入端连接所述第二电磁切换开关124的输出端，基于所述第二电磁切换开关124输出的预设频段的本振信号对所述差分射频信号进行下变频，以得到所述差分中频信号并通过所述混频器125的中频输出端输出。

需要说明的是，n为大于等于2的自然数；在本实施例中，n设定为3，在实际使用中可基于需要设定n的数值。所述第一电磁切换开关121及所述第二电磁切换开关124可增加关断比，有效提高信号隔离度。

作为本发明的另一种实现方式，所述超宽带变频组件12还包括缓冲器126，所述缓冲器126接收所述本振信号LO，并传输至所述第一电磁切换开关121的输入端。

如图1所示，所述中频巴伦13连接于所述超宽带变频组件12的输出端，将所述差分中频信号转化为单端中频信号。

具体地，所述中频巴伦13为三端口器件，包括两个输入端及一个输出端，其中，两个输入端接收差分中频信号，输出端输出单端中频信号。作为示例，所述中频巴伦13包括两个线圈；第一线圈的两端分别连接所述差分中频信号的一路信号(I/Q信号)；第二线圈的一端输出所述单端中频信号，另一端接地；在实际使用中，所述中频巴伦13的结构不限，不以本实施例为限。

如图1所示，所述中频信号处理模块14连接于所述中频巴伦13的输出端，对所述单端中频信号进行信号处理。

具体地，如图2所示，所述中频信号处理模块14包括中频放大器141、第一数控衰减器142、定向耦合器143及检波比较器144。

更具体地，所述中频放大器141接收所述单端中频信号，对所述单端中频信号进行放大。

更具体地，所述第一数控衰减器142连接于所述中频放大器141的输出端，对所述中频放大器141的输出信号进行增益控制。作为示例，所述第一数控衰减器142能够通过数字控制(外部硬件或软件提供)进行增益量与增益步进的控制，实现0dB～90dB的增益控制。在实际使用中可根据需要设置增益控制的范围，不以本实施例为限。

更具体地，所述定向耦合器143连接于所述第一数控衰减器142的输出端，用于进行信号耦合。所述定向耦合器143包括输入端、直通输出端、耦合输出端及负载匹配端。所述定向耦合器143的输入端连接所述第一数控衰减器142的输出端；所述定向耦合器143的直通输出端输出经处理后的中频信号；所述定向耦合器143的耦合输出端输出耦合信号；所述定向耦合器143的负载匹配端连接匹配负载143a，作为示例，所述匹配负载143a包括但不限于50Ω的负载。

如图1所示，所述检波比较器144连接于所述定向耦合器143的耦合输出端，对所述定向耦合器143输出的中频信号进行动态范围识别。

具体地，所述检波比较器144接收所述定向耦合器143输出的耦合信号，将所述耦合信号与参考电平Vref进行比较，并输出比较结果Dec Bit，以实现动态范围识别。作为示例，所述检波比较器144支持-70dBm～+15dBm的中频信号动态范围识别，在实际使用中，可基于实际需要设置所述检波比较器的识别范围，不以本实施例为限。

作为本发明的另一种实现方式，所述中频信号处理模块14还包括低通滤波器145；所述低通滤波器145连接于所述单端中频信号与所述中频放大器141之间，对所述单端中频信号进行低通滤波后传输至所述中频放大器141进行放大。作为示例，所述低通滤波器145用于通过包括但不限于1GHz以下频率的信号，在实际使用中，可基于实际需要设置，不以本实施例为限。

作为本发明的另一种实现方式，所述中频信号处理模块14还包括第二数控衰减器146；所述第二数控衰减器146连接于所述定向耦合器143的直通输出端，对输出的中频信号做进一步增益控制。

作为本发明的另一种实现方式，所述超宽带接收机1还包括温度传感器16，所述温度传感器16连接于所述第一数控衰减器142(和或所述第二数控衰减器146)的控制端，基于检测到的温度信息结合所述第一数控衰减器142的数字控制调节所述第一数控衰减器142(和或所述第二数控衰减器146)输出信号的增益，实现温度补偿。在本实施例中，所述温度传感器16能够识别-40℃～+65℃范围内的温度，在实际使用中可根据需要选择相应温度范围的传感器，在此不一一赘述。

信号频率越低，滤波器集成的难度就越大，因此，很难减小接收机的体积，且需要基于不同需要重复搭建相应***，工程量大，易引入误差，稳定性差。本发明通过集成倍频来提高本振频率以减小器件的体积，从而满足滤波器集成的条件，对本振信号的谐波与杂散进行抑制，在保障性能的前提下，有效减小接收机的体积，适于小型化发展，减小了搭建宽带接收机的设备量，减小宽带接收机的链路损耗以及功耗，且通过自动增益补偿的形式，大大提高了长期工作时的功率稳定度，从而具备了直接用于***集成的特点，有效克服了现有技术的缺点。

综上所述，本发明提供一种超宽带接收机，所述超宽带接收机包括：射频巴伦、超宽带变频组件、中频巴伦及中频信号处理模块；所述射频巴伦接收单端射频信号，并转换为差分射频信号；所述超宽带变频组件连接于所述射频巴伦的输出端，获取预设频段的本振信号，再基于所述预设频段的本振信号对所述差分射频信号进行变频并输出差分中频信号；所述中频巴伦连接于所述超宽带变频组件的输出端，将所述差分中频信号转化为单端中频信号；所述中频信号处理模块连接于所述中频巴伦的输出端，对所述单端中频信号进行信号处理。本发明以超宽带变频组件为核心，通过倍频的方式提高本振频率，利用高频段可以集成芯片滤波器的特点在本振通路上增加集成滤波器组芯片的形式来保证谐波抑制指标，同时极大的减小接收机的体积；通过完整的放大、变频、滤波和幅度控制等方法，构成模拟信号接收机，并使微弱的射频信号变成有足够幅度的视频信号或中频信号，以满足信号处理和数据处理的要求，以超宽带、轻量化、小型化、低功耗为主要特点，同时具备高增益、低杂散、低噪声系数、增益可控的特点，用于解决X波段到V波段的信号接收***集成问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种超宽带接收机，其特征在于，所述超宽带接收机至少包括：

所述射频巴伦接收单端射频信号，并转换为差分射频信号；

2.根据权利要求1所述的超宽带接收机，其特征在于：所述射频巴伦适用于全部X波段到V波段。

3.根据权利要求1所述的超宽带接收机，其特征在于：所述中频信号处理模块包括中频放大器、第一数控衰减器、定向耦合器及检波比较器；

4.根据权利要求3所述的超宽带接收机，其特征在于：所述中频信号处理模块还包括低通滤波器；所述低通滤波器连接于所述单端中频信号与所述中频放大器之间，对所述单端中频信号进行低通滤波后传输至所述中频放大器进行放大。

5.根据权利要求3所述的超宽带接收机，其特征在于：所述超宽带接收机还包括温度传感器，所述温度传感器连接于所述第一数控衰减器的控制端，基于检测到的温度信息调节所述第一数控衰减器输出信号的增益，实现温度补偿。

6.根据权利要求1所述的超宽带接收机，其特征在于：所述超宽带接收机还包括低噪声放大器，所述低噪声放大器连接于所述射频巴伦的输入端，对所述单端射频信号进行放大。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的超宽带接收机，其特征在于：所述超宽带变频组件包括第一电磁切换开关、n个倍频器、n个滤波器、第二电磁切换开关及混频器；

其中，n为大于等于2的自然数。

8.根据权利要求7所述的超宽带接收机，其特征在于：所述第一电磁切换开关及所述第二电磁切换开关适用于X波段到V波段。

9.根据权利要求7所述的超宽带接收机，其特征在于：所述滤波器为带通滤波器。

10.根据权利要求9所述的超宽带接收机，其特征在于：各滤波器为集成滤波器组芯片。

11.根据权利要求9所述的超宽带接收机，其特征在于：所述滤波器适用于X波段及以上频段。