CN212031714U - 一种Ku波段多路雷达接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种Ku波段多路雷达接收机，连接天线和中频处理模块，包括2N通道，每个通道包括依次连接的预选滤波器、放大器和下变频器；其特征在于：采用双模滤波器同时实现两路通道的预选滤波器，同时采用波导串行功分结构实现下变频器中本振信号的分配。本实用新型采用双模双通道滤波器架构，减小前端预选滤波器的尺寸和重量；采用波导腔体串行功分结构对高频本振进行功分，结构紧凑，链路损耗小，每路功分的幅度和相位稳定。

Description

一种Ku波段多路雷达接收机

技术领域

本实用新型涉及雷达接收机领域，特别是一种Ku波段多路雷达接收机。

背景技术

在当今军事装备和***的信息化的潮流下，信息权的夺取逐渐发挥着越来越重要的作用。信息的精确感知和接收能够让己方在复杂环境中拥有更强的战斗力。雷达通过电磁波实现对远距离目标的探测，在军事侦查、预警以及战术指挥中占有非常重要的位置。相控阵雷达和多通道射频接收机具备非常优异的性能，具备极强的抗干扰能力和突出的隐身单位探测能力。在近20 年的时间内，相控阵体系的雷达和通信***在民用和军用中方兴未艾。多通道接收机在相控阵雷达、动中通卫星通信以及移动通信中的大规模 MIMO(MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高***信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。)中广泛应用，其特点是集成了数量众多的T/R组件，每个独立的发射和接收通道能够独立的控制幅度和相位，甚至能够承载不同的基带信号，能同时形成捷变波束或多个独立控制的波束，可同时探测、侦查多个目标，或者同时完成与多个信源和新宿的信息交换。从功能上讲，相控阵雷达能够同时完成包括搜索，探测以及识别，持续追踪等不同的任务，而MIMO可实现单目标的增强型通信，或完成多目标的常规通信。多通道接收机能够在受到外界干扰时，通过波束切换和波束增强来压制干扰。另外多通道接收机如果发生若干通道故障，并不会影响其他通道工作，并且***整体的工作性能仅发生一定程度的下降而不会使得全***失能。与传统雷达和通信***的射频接收机相比，多通道射频收发机具有灵活度更高、数据率大、抗干扰能力较强以及可靠性高等特点。

目前，常规的多通道接收机的缺点是：

采用多个单路接收通道叠加，体积和重量都较大。

采用并行功分网络给各路接收机通路提供本振，功分网络占用电路面积较大，链路损耗较大，需***射频放大器提供足够的本振功率，***较为复杂。

每一路均采用独立的滤波器，射频频段的滤波器体积较大，最终导致接收机***整体尺寸较大。

实用新型内容

针对现存技术存在的不足之处，本实用新型目的是设计一款小型化Ku波段宽带多通道射频接收机，每个接收机模块包含8个独立射频接收通道，每个通道均可以实现幅度和相位的调整，射频前端***低损耗的预选滤波器，提高***抗干扰能力。预选滤波器采用双模体制滤波器，两个模式独立工作，互不干扰，一个滤波器即可以实现两路射频通路的滤波，极大的降低了滤波器的电路占用体积。接收机的高频本振分配采用波导腔体串行功分结构，链路损耗小，无需***放大器，同时结构紧凑，占用电路面积小。射频下变频电路采用8路并行结构，采用微组装工艺，极大的降低了***的尺寸和重量。

本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种Ku波段多路雷达接收机，连接天线和中频处理模块，包括2N通道，每个通道包括依次连接的预选滤波器、放大器和下变频器；其特征在于：采用双模滤波器同时实现两路通道的预选滤波器，同时采用波导串行功分结构实现下变频器中本振信号的分配。

本实用新型采用双模双通道滤波器架构，减小前端预选滤波器的尺寸和重量；采用波导腔体串行功分结构对高频本振进行功分，结构紧凑，链路损耗小，每路功分的幅度和相位稳定。

进一步的，上述的Ku波段多路雷达接收机中：所述的双模滤波器采用双模双通道滤波器；在所述的双模双通道滤波器中：

谐振器采用介质谐振器实现，采用45度和-45度馈电结构在介质谐振器中实现45度和-45度极化波，在滤波器输出端，采用45度和-45度馈电结构将电磁波导出；

滤波器腔体结构主要为高介电常数介质球，附属结构为低介电常数的介质支撑结构；滤波器的腔体与腔体的耦合采用耦合开窗实现。

进一步的，上述的Ku波段多路雷达接收机中：所述的波导串行功分结构为高频本振的波导串行功分；所述的高频本振的波导串行功分中：高频率本振从波导模块结构侧方馈入，功分各支路间隔1/2波长，最后一个功分支路距离短路壁1/4波长。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的说明。

附图说明

附图1为本实用新型多路接收机布局视图。

附图2为本实用新型Ku波段多路雷达接收机中双模式腔体滤波器结构图。

附图3为本实用新型Ku波段多路雷达接收机中波导串行功分模块侧面接口。

附图4为本实用新型Ku波段多路雷达接收机中高频本振功率分配结构示意图。

附图5为本实用新型Ku波段多路雷达接收机本振功率分配结构。

具体实施方式

实施例1，本实施例是一款小型化Ku波段宽带多通道射频接收机，每个接收机模块包含8个独立射频接收通道，每个通道均可以实现幅度和相位的调整，射频前端***低损耗的预选滤波器，提高***抗干扰能力。预选滤波器采用双模体制滤波器，两个模式独立工作，互不干扰，一个滤波器即可以实现两路射频通路的滤波，极大的降低了滤波器的电路占用体积。接收机的高频本振分配采用波导腔体串行功分结构，链路损耗小，无需***放大器，同时结构紧凑，占用电路面积小。射频下变频电路采用8路并行结构，采用微组装工艺，极大的降低了***的尺寸和重量。

微波通信具有通信容量大、覆盖面广、保密性好、机动灵活、性能稳定、可靠等优点。微波信道接收机组件是通信和雷达***中的核心部件，在军用民用通信***中具有重要地位。射频接收机是一种下变频器，用于将高频波段的射频信号下变频至中频，再送给中频处理器进行进一步处理。典型的射频接收机采用超外差变频结构，最简单的超外差变频为一级变频，即使用一个本地振荡器作为频率源，将射频信号一次性搬移至中频频段，宽带接收机宜采用二次变频模式，有利于信号滤波和增益分配，确保信号的幅度和滤波质量。接收链路的低噪声放大器应尽量靠前放置，有利于降低接收机整机噪声系数。如果外界电磁环境较为复杂，在低噪声放大器前端***低损耗的预选滤波器以提高对干扰信号的抑制。为降低***调试难度以及研发生产成本，在不影响噪声系数的前提下，增益应尽量配置在一中频或中频频段。链路中滤波器应能有效滤除带外干扰信号，例如镜频频率、本振泄露以及自然或人为干扰信号。

本地振荡器是射频接收机的核心部件，良好的频率源应具有较高的频率稳定度、低的杂散、低的谐波发射以及低相位噪声，捷变频率源还要求较短的变频时间。本地振荡信号应通过功率分配网络分配给***中各路接收通道，确保信功率幅度满足要求，且各支路相位保持稳定，这对于相控阵雷达以及测向单脉冲雷达的精度至关重要。

相控阵雷达***中，射频接收机组件是雷达接收***中连接天线和中频处理模块的重要组件，可以将天线接收到的射频信号低噪声接收、滤波、放大后下变频至中频信号，供后续的中频处理模块处理。相控阵雷达接收组件的单体长时间工作稳定性和多个单元的幅度相位的一致性会直接影响到雷达***的测量精度，本实用新型所设计的多通道微波接收组件项目实现将Ku波段射频接收信号采用低噪声放大、再两次下变频为中频信号、滤波形成信道化输出，具体性能指标如下：

1)组件通道间幅度一致性小于±0.5dB；

2)组件相位波动小于±5°；

3)组件幅度波动±0.25dB；

4)通道隔离度达到60dBc；

5)跳频时间小于100ns；

6)跳频点数大于1500点；

7)频带带宽超过500MHz；

整体方案：本实用新型所研制的多通道射频接收机组件包括8个通道的接收机，传统方案采用8路独立的预选滤波、放大和下变频电路，本实用新型采用双模滤波器同时实现两路通道的预选滤波，同时采用波导串行功分结构实现本振信号的分配，因此各个接收电路之间相对独立，但又相互关联，能够实现通道间较高的隔离度同时压缩了整体模块的尺寸和重量。多通道接收机结构如图1所示。图1中的附图标记：10：射频输入；20：预选滤波器；30：下变频电路；41：高频本振输出端口；51：低频本振输出端口；60：接收机输出。

本实施例中，Ku波段射频接收信号采用腔体滤波器频带滤波，腔体滤波器采用双模双通道滤波器，具体结构如图2所示。滤波器的谐振器采用介质谐振器实现，采用45度和-45度馈电结构在介质谐振器中实现45度和-45度极化波，两种波的极化形式电磁场矢量几何正交，因此相互之间没有耦合，在滤波器输出端，同样采用45度和-45度馈电结构将电磁波导出。以此结构实现的腔体滤波器可同时实现两路射频信号的滤波，同时确保路与路之间具有较高的隔离度。图2中附图标记，201:45度极化输入；202:-45度极化输入；203:介质球；204:馈电耦合结构；205:支撑柱；206:耦合窗；207:45度极化输出；208:45度极化输出。

本实施例中，滤波器腔体结构主要为高介电常数介质球，附属结构为低介电常数的介质支撑结构。滤波器的腔体与腔体的耦合采用耦合开窗实现，耦合开窗应具有对称结构，使得对45度和-45度极化耦合强度相同。

如图3所示，本实施例中，高频率本振从波导模块结构侧方馈入，如果采用常规的微带线功分，功分带来的损耗较大，需在功分末端***驱动放大器，提高模块的成本，同时难以保证各路的幅度和相位的一致性；如果采用波导二支路功分，损耗虽小，但结构复杂，占用电路空间较大，不利于模块的小型化。本实施例采用波导串行功分模式，功分各支路间隔1/2波长，各个功分支路相位相差180度，最后一个功分支路距离短路壁1/4波长，八个支路的阻抗并联与输入端形成良好匹配。高频率本振功率分配结构如图4所示。该形式的功分器带宽在Ku波段可以覆盖500MHz，插损小于0.5dB，各路功分信号相位差小于正负5°，幅度波动小于±0.2dB。图3中，40：高频本振输入；50：低频本振输入；70：控制和供电接口。

低频率本振对损耗不敏感，因此采用常规的微带线二功分实现，本振功分具体结构如图5所示。42：高频本振的波导腔体串行功分，波导腔体；52：低频本振的微带线并行功分。

接收机组件是射频***连接天线和中频处理模块的重要环节，可以将射频信号解调为中频信号供后续的中频处理模块处理。本实用新型即为Ku波段多通道微波接收组件项目，同时实现8路Ku波段捷变频下变频功能，将Ku 波段射频接收信号采用腔体滤波器频带滤波，再经低噪声放大、两次下变频为中频信号，滤波形成信道化输出。为保证多通道接收组件的幅度相位一致性和稳定性，电路采用精密的射频微组装工艺，保证器件安装、焊接的一致性。

本实施过程中，由于结构紧凑，部分结构被用作腔体滤波器和本振信号的功分器使用，即结构也是电路的一部分。射频结构件、射频PCB与铝合金的金属盒体形成有机的整体，彼此相互协调，共同实现射频下变频的功能。 Ku波段多路下变频模块整体结构如图1所示，模块有8路相同的射频下变频接收通道，每个接收通道首先经过射频腔体滤波器、在经过有源电路部分，经低噪声放大和两级下变频，最终实现140MHz的中频输出。如图1左端为射频输入，采用8个SSMP便捷插拔式射频接头，右侧为中频输出，为8个 SSMP接头。腔体耦合器的输出与射频电路通过耦合金属丝连接，一本振和二本振从结构底部通多玻璃绝缘子输送给下变频电路。底部电路除了有一本振和二本振的功分电路以外，还包含电源以及外部控制信号的处理电路。

模块的两个本振信号输入端和控制及电源接口在模块结构的侧面，如图3 所示。本振信号通过SSMP接入，控制及电源接口为52针接头，用于控制8 路接收通道的开关、数控衰减器以及数控移相器，以及电路模块所需要的5V、 -5V和3.3V电源。单个模块的尺寸仅66x70x9mm，多个相同的模块组合即形成8x路下变频接收电路功能。由于单个模块发热量较小，且模块的金属结构导热良好，无需额外的散热结构，结构十分紧凑。

本实施例中实现多项创新点：

采用双模双通道滤波器架构，减小前端预选滤波器的尺寸和重量；

用波导腔体串行功分结构对高频本振进行功分，结构紧凑，链路损耗小，每路功分的幅度和相位稳定；

射频下变频电路采用8路并行结构，采用微组装工艺，极大的降低了***的尺寸和重量。采用双模双通道滤波器架构，减小前端预选滤波器的尺寸和重量；

采用波导腔体串行功分结构对高频本振进行功分，结构紧凑，链路损耗小，每路功分的幅度和相位稳定；

射频下变频电路采用8路并行结构，采用微组装工艺，极大的降低了***的尺寸和重量。

本实施例可应用在军用雷达上，在陆、海、空、天战场，可提供全天候、全天时战略和战术情报，也是防天、防空、防海和防陆武器***和指挥自动化***的首要传感器。它不但可以预警、截获、跟踪、识别、引导拦截空中、海面、地面和外空的各类飞行目标，而且具有依靠空中或外空平台对地大面积固定目标进行成像的能力，在军事领域担负着极其重要的角色，具有广泛的应用前景。

本实施例实现一种Ku波段多路雷达接收机，采用二次下变频体制将Ku 波段射频接收信号下变频140MHz中频信号。单个接收机包含有独立8路通道，每路通道可单独控制增益和相位，适合应用于常规单脉冲雷达和相控阵雷达整机。该接收机模块体积小、重量轻、多个单模块接收机堆叠即可实现更多路的射频接收机，可广泛应用于军用和民用多路接收雷达。

Claims (3)

1.一种Ku波段多路雷达接收机，连接天线和中频处理模块，包括8通道，每个通道包括依次连接的预选滤波器、放大器和下变频器；其特征在于：采用双模滤波器同时实现两路通道的预选滤波器，同时采用波导串行功分结构实现下变频器中高频本振信号的分配。

2.根据权利要求1所述的Ku波段多路雷达接收机，其特征在于：所述的双模滤波器采用双模双通道滤波器；在所述的双模双通道滤波器中：

谐振器采用介质谐振器实现，采用45度和-45度馈电结构在介质谐振器中实现45度和-45度极化波，在滤波器输出端，采用45度和-45度馈电结构将电磁波导出；

滤波器腔体结构主要为高介电常数介质球，附属结构为低介电常数的介质支撑结构；滤波器的腔体与腔体的耦合采用耦合开窗实现。

3.根据权利要求1所述的Ku波段多路雷达接收机，其特征在于：所述的波导串行功分结构为高频本振的波导串行功分；所述的高频本振的波导串行功分中：高频率本振从波导模块结构侧方馈入，功分各支路间隔1/2波长，最后一个功分支路距离短路壁1/4波长。

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