CN201887754U - 毫米波双极化集成频综接收机 - Google Patents

Abstract

一种毫米波双极化集成频综接收机，包括双极化天线、双通道毫米波混频装置和本振源装置；所述双通道毫米波混频装置把双极化天线接收的RF射频信号分别与和本振源装置输出的信号经过混频处理后，输出IF中频信号。产品可以广泛应用于各种需要毫米波接收机的场合，填补了国内毫米波技术应用的空缺。本产品所具有的体积小、噪声低、，动态范围大、灵敏度高、成本低、与整机联试性能优良等特点。

Description

毫米波双极化集成频综接收机

技术领域

本装置属于电子信息领域，是一种毫米波双极化集成频综接收机。

背景技术

毫米波频综接收装置作为一种毫米波制导***核心器件，由于毫米波制导兼有微波制导和红外制导的优点，有很强的天气适应能力，同时也具有灵敏度高等优点，可以在各种气候条件下接收到空间中的微弱信号，引导自身装备做出适时反应，因此广泛应用于各种制导***及定位***中。如地面监测雷达、车载武器设备、卫星定位、空爆引信、导弹制导等。目前，毫米波技术水平已成为一个国家军事水平的重要标志。而占据主导地位的主要是西方，我国在该技术领域的起步较晚，虽然在某些方面取得了比较优秀的成绩，但总体而言，仍然处于发展过程中。为各种制导***和定位***提供了良好的应用选择，具有广阔的应用前景。现有技术中，随着高灵敏度雷达技术、精确制导技术以及现代电子对抗技术等核心军工技术的飞跃发展，对微波***提出了更多、更高要求。微波***的超小型化、高灵敏度和大动态范围成为新的发展趋势。

发明内容

为了达到本类接收机要具有的体积微小、重量轻简、灵敏度高、动态范围大和成本低等要求，本实用新型的技术方案如下：

一种毫米波双极化集成频综接收机，包括双极化天线、双通道毫米波混频装置和本振源装置；所述双通道毫米波混频装置把双极化天线接收的RF射频信号分别与和本振源装置输出的信号经过混频处理后，输出IF中频信号。

所述双通道毫米波混频装置的两个相同通道包括：混频器电路、本振倍频器电路和放大器电路；

所述放大器电路对本振源装置输出信号进行放大输出；

所述本振倍频器电路对所述放大器电路输出信号进行倍频后输出LO本振信号到混频器电路；

所述混频器电路接收所述LO本振信号和所述RF射频信号，对它们进行下 变频混频后，输出IF中频信号。

所述本振倍频器电路是用梁式引线管的非线性特性产生高次谐波后，通过放大滤波电路提取出所需谐波作为毫米波双极化集成频综接收机的***本振信号。

所述混频器下变频电路是芯片混频器。所述放大器电路是集成单片放大器。

所述本振源装置包括本振产生电路，所述本振产生电路输出本振信号给毫米波混频装置。所述本振产生电路包括锁相源电路和晶体振荡器；锁相源电路以晶体振荡器输出的信号为参考信号，锁定在所需的输出频率。

所述锁相源电路是经典的分频锁相环路电路，该分频锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器VCO；鉴相器以晶体振荡器输出频率为参考信号，锁定输出的频率点；所述鉴相器的输出经环路滤波器后传入VCO，VCO在鉴相器产生的压控电压的控制下实现频率的产生及改变，并输出所需本振信号。

所述混频器电路后还依次连接有中频放大链电路和数控衰减电路；所述中频放大链电路对毫米波混频装置输出的IF中频信号进行放大后输出；所述数控衰减电路对IF中频电路进行可控衰减；

所述中频放大链电路包括前级放大器和末级放大器；前级放大器是两级低噪声FET管级联的形式，末级放大器则选用单片放大器；

所述数控衰减器设在末级放大器前，在外部控制信号的作用下，对中频信号提供衰减。

本装置的技术效果如下：

1.双极化立体集成技术

采用三维互联设计实现双极化立体集成，信号贯穿两个正交的接收装置模块，使得两个装置模块相互独立及隔离，增加稳定性，减少电磁干扰；可以采用多芯片微组装工艺，实现电路高度集成；采用直流与微波信号混合传输实现四个模块的简单接口，最终实现接收模块的小型化，实际重量达到≤200g的结果。

2.低噪输出高灵敏接收技术

频综接收机要求实现高灵敏度接收，低噪声电平输出是关键指标，由于双极化信号变频处理是沿着两个装置模块垂直贯通而下，各种信号(毫米波、中频、 环路模拟信号、单片机数字信号、电源)会相互干扰，通过采用互联综合设计与HFSS软件仿真，解决混合信号设计(即数字、模拟及射频混合设计)中的分布效应和相互干扰难题，实现了***高增益、大动态范围以及中频的低噪声电平输出，从而达到高灵敏度接收效果。最终实际测试结果如下：

3.抗超高过载技术

本频综接收机要求通过严酷的振动冲击试验，试验强度达到30000g过载以上。通过对结构设计、***设计的综合研究，采用铝材和铜材结合，整体结构直接螺纹旋紧，芯片烧结和关键器件灌胶结合以及低功耗器件有效应用的设计技术，使接收机不仅获得小重量、低功耗，同时能承受30000g的过载实验。

产品可以广泛应用于各种需要毫米波接收机的场合，填补了国内毫米波技术应用的空缺。本产品所具有的体积小、噪声低、，动态范围大、灵敏度高、成本低、与整机联试性能优良等特点。

附图说明

图1是实施例的本接收机***原理框图。

图2是实施例的本接收机双通道毫米波混频装置的一个通道原理框图。

图3是实施例的本接收机倍频电路原理框图。

图4是实施例的本接收机中频放大链电路原理框图。

图5是实施例的本接收机分频锁相环路电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

参考图1，本例的毫米波双极化集成频综接收机，包括双通道毫米波混频装置和本振源装置；所述双通道毫米波混频装置是把双极化天线接收的RF射频信号分别与本振源装置是输出信号经过混频处理后，输出IF中频信号；所述本振信号给毫米波混频装置。

参考图1、2所述双通道毫米波混频装置的两个相同通道包括：混频器电路，本振倍频器电路及放大器电路；所述放大器电路对本振源装置输出信号进行放大输出；所述本振倍频器电路对所述放大器电路输出信号进行倍频后输出LO本振信号到混频器电路；所述混频器电路接收所述LO本振信号和所述RF射频信号，对它们进行下变频混频后，输出IF中频信号。

本接收机的天线接收到空间中的RF射频信号后，直接输入到混频器与本振源装置是输出信号进行下变频混频。由于装置体积微小，因此采用低噪声的单片混频器，RF射频信号直接参与下变频混频。

参考图1、2、3，混频器所需LO本振信号则通过倍频放大电路实现。所述本振源产生的本振信号输入到混频装置中，首先进行倍频工作，所述倍频器采用梁式引线管，利用其非线性特性，产生出输入本振信号的高次谐波，利用倍频器后面的滤波放大电路提取出所需高次谐波作为混频器LO本振信号。所述滤波放大电路中滤波器采用微带滤波器结构滤除不需要的谐波。两级放大器选用集成式单片放大器。滤波器放置于两级放大器间，可以有效提高级间隔离度。

通过以上设计，***LO本振信号最终实现功率大于10dB，谐波抑制大于30dB，驻波小于2的良好结果。

参考图1、2、5，所述本振源装置包括：本振产生电路，本振产生电路实现输出本振信号到毫米波混频装置。所述本振产生电路包括晶体振荡器和经典的分频锁相环路电路。所述分频锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器VCO；鉴相器以晶体振荡器输出频率为参考信号，锁定输出的频率点；所述鉴相器的输出经环路滤波器后传入VCO，VCO在鉴相器产生的压控电压的控制下 实现频率的产生及改变，并输出所需本振信号。

所述晶体振荡器输出20M的参考信号。所述分频锁相具有锁稳定、杂散小、功耗小等特点。所述鉴相器为数字模拟混合集成电路，以晶振信号为参考，将频率锁定在所需频点；环路滤波器为RC低通滤波器，用于滤去鉴相泄露；所采用的集成单片式VCO在鉴相器产生的压控电压的控制下实现频率的产生及改变。利用仿真软件对分频锁相环路进行仿真及产品验证，取得环路带宽100k，相位裕度50°，锁定时间小于20us的良好结果。所述VCO选用输出功率大于10dB的集成单片式VCO。

参考图1、4，所述混频器电路后还依次连接有中频放大链电路和数控衰减电路；中频放大链电路实现对下变频混频输出的IF中频信号进行放大的功能。

所述前级放大器采用两级放大器级联实现，选用低噪声的FET场效应晶体管，利用ADS进行电路仿真，优化放大器级间匹配和工作点，选取小电流，低噪声的工作模式，实现了电路工作状态稳定、输入输出驻波合理、输出功率满足指标、带宽内功率平坦度高的目的。所述前级放大器总增益大于50dB，噪声系数小于1.5dB的结果。所述数控衰减器，位置处于前后放大器之间，可以提供30dB的可调衰减范围。所述末级放大器选用高P-1的单片放大器，该放大器单片的输出功率P-1可达到18dBm。采用经典的电路形式，最终取得增益大于20dB，驻波小于2的良好结果。通过以上设计，实现了中频放大链电路大于80dB的大动态范围及小于-90dBm高灵敏度的结果。

Claims (9)

1.一种毫米波双极化集成频综接收机，其特征是包括双极化天线、双通道毫米波混频装置和本振源装置；所述双通道毫米波混频装置把双极化天线接收的RF射频信号分别与和本振源装置输出的信号经过混频处理后，输出IF中频信号。

2.根据权利要求1所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述双通道毫米波混频装置的两个相同通道包括：混频器电路、本振倍频器电路和放大器电路；

所述放大器电路对本振源装置输出信号进行放大输出；

所述本振倍频器电路对所述放大器电路输出信号进行倍频后输出LO本振信号到混频器电路；

所述混频器电路接收所述LO本振信号和所述RF射频信号，对它们进行下变频混频后，输出IF中频信号。

3.根据权利要求2所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述本振倍频器电路是用梁式引线管的非线性特性产生高次谐波后，再通过放大滤波电路提取出所需谐波作为毫米波双极化集成频综接收机的***本振信号。

4.根据权利要求3所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述滤波放大电路中的滤波器是微带滤波器结构。

5.根据权利要求4所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述混频器下变频电路是芯片混频器。

6.根据权利要求5所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述放大器电路是集成单片放大器。

7.根据权利要求6所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述本振源装置包括本振产生电路，所述本振产生电路输出本振信号给毫米波混频装置；所述本振产生电路包括锁相源电路和晶体振荡器；锁相源电路以晶体振荡器 输出的信号为参考信号，锁定在所需的输出频率。

8.根据权利要求7所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述锁相源电路是经典的分频锁相环路电路，该分频锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器VCO；鉴相器以晶体振荡器输出频率为参考信号，锁定输出的频率点；所述鉴相器的输出经环路滤波器后传入VCO，VCO在鉴相器产生的压控电压的控制下实现频率的产生及改变，并输出所需本振信号。

9.根据权利要求8所述的毫米波双极化集成频综接收机，其特征是所述混频器电路后还依次连接有中频放大链电路和数控衰减电路；所述中频放大链电路对毫米波混频装置输出的IF中频信号进行放大后输出；所述数控衰减电路对IF中频电路进行可控衰减；

所述中频放大链电路包括前级放大器和末级放大器；前级放大器是两级低噪声FET管级联的形式，末级放大器则选用单片放大器；

所述数控衰减器设在末级放大器前，在外部控制信号的作用下，对中频信号提供衰减。 

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