CN220122875U - 一种Ka频段毫米波上变频器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ka频段毫米波上变频器电路，包括IF/C上变频单元，C/Ka上变频单元和本振单元；所述的IF/C上变频单元，用来实现IF信号上变频到C频段射频信号；所述的C/Ka上变频单元，用来实现C频段射频信号上变频到Ka频段毫米波信号；所述的本振单元，用来给IF/C上变频单元和C/Ka上变频单元提供本振信号，实现信号的频谱搬移；本实用新型通过IF/C上变频单元设计，C/Ka上变频单元设计，本振单元设计，实现了Ka频段宽带上变频器，实现了ka频段大带宽、高平坦度，高隔离度的技术指标。

Description

一种Ka频段毫米波上变频器电路

技术领域

本实用新型涉及微波毫米波电路技术领域，尤其涉及一种Ka频段毫米波上变频器电路。

背景技术

微波变频器广泛应卫星通信、遥测遥感、雷达***、导航***、电子对抗等领域，是现代通信***的核心组成部分。由于通信行业的快速发展，射频前端电路集成度越来越高，功能越来越多，且频率也越来越高，所以设备的制作难度越来越大。上变频器是通信***的核心组成部分之一，能实现射频信号到中频信号的频谱搬移，以便于信号的解调。由于信道资源的日益拥堵，传统的S、C、X、Ku频段的变频器已经不能满足大通量、大带宽信号的数据传输，因此就需要开发KA频段的毫米波变频器，KA频段毫米波变频器是我国卫星通信的关键技术，设计还存在着相当大的难度，比如说频率较高、带内平坦度较差、空间泄露严重等等，但是该频段的卫星通信具有频率高、信息容量大、抗干扰能力强等特点，因此受到国内外众多科研院所的积极参与和研究。

实用新型内容

本实用新型提出了一种Ka频段毫米波上变频器电路，主要运用在微波毫米波电子***，例如风云系列卫星、空间监测卫星、空间中继卫星、卫星地面站***以及毫米波雷达***等，为Ka频段卫星通信的大通量、大带宽信号数据传输提供一种解决方案，具体方案如下。

一种Ka频段毫米波上变频器电路，包括IF/C上变频单元、C/Ka上变频单元和提供本振信号的本振单元，所述IF/C上变频单元输出端和C/Ka上变频单元输入端电连接，所述本振单元包括点频本振子单元和跳频本振子单元，所述点频本振子单元与所述IF/C上变频单元连接，所述跳频本振子单元与所述C/Ka上变频单元连接。

具体的，所述IF/C上变频单元包括中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端，所述中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端之间设置有依次连接的混频器MIX1和混频器MIX2，所述混频器MIX1和混频器MIX2分别接入点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2。

具体的，所述中频信号IF输入端与混频器MIX1之间还依次设置有接入输入中频信号IF1的低通滤波器LPF1、低噪声放大器AMP1以及一个数控衰减器ATT1，数控衰减器ATT1连接低噪声放大器AMP2进入匹配电路进行匹配后接入混频器MIX1。

具体的，所述混频器MIX1和混频器MIX2之间还设置有低通滤波器LPF2，混频器MIX1混频后输出的L频段中频信号IF2进入匹配电路进行匹配后接入所述低通滤波器LPF2；所述低通滤波器LPF2与混频器MIX2之间还设置有数控衰减器ATT2、一级放大器AMP3和带通滤波器BPF1，所述带通滤波器BPF1连接匹配电路进行匹配后接入混频器MIX2，所述混频器MIX2另一端连接C频段中频信号IF输出端。

具体的，所述点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2包括锁定输入信号的集成式锁相环、滤除基波和鉴相杂散输出点频信号的带通滤波器以及放大器；所述集成式锁相环环内可编程分频器的分频比可调节。

具体的，所述C/Ka上变频单元包括C频段中频信号IF输入端以及Ka频段毫米波信号输出端，所述C频段中频信号IF输入端与Ka频段毫米波信号输出端设置有混频器MIX3，所述混频器MIX3连接跳频本振子单元LO3；所述C频段中频信号IF输入端与混频器MIX3之间还设置有低通滤波器LPF3和低噪声放大器AMP4，所述低噪声放大器AMP4连接匹配电路进行匹配后接入带通滤波器BPF2，所述带通滤波器BPF2连接至混频器MIX3。

具体的，所述混频器MIX3与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有开关滤波器组，混频器MIX3混频后的Ka频段毫米波信号进入匹配电路进行匹配后接入开关滤波器组；所述开关滤波器组与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有一级放大器AMP5、放大器AMP6和隔离器。

具体的，所述跳频本振子单元LO3包括谐波发生器以及二分频后的两路功分；所述两路功分包括DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路，所述DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路还设置有混频器和锁相环，所述锁相环设置有高归一化噪声基底的鉴相器。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出了一种Ka频段毫米波上变频器电路，主要运用在微波毫米波电子***，例如风云系列卫星、空间监测卫星、空间中继卫星、卫星地面站***以及毫米波雷达***等，通过IF/C上变频单元设计，C/Ka上变频单元设计，本振单元设计，实现Ka频段毫米波上变频器，解决了Ka频段毫米波变频器，带宽宽、频率较高、带内平坦度较差、空间泄露严重的技术难题，实现了ka频段大带宽、高平坦度，高隔离度的技术指标，为Ka频段卫星通信的大通量、大带宽信号数据传输提供了解决方案。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一种Ka频段毫米波上变频器电路架构图；

图2是本实用新型实施例中IF/C上变频单元原理框图；

图3是本实用新型实施例中C/Ka上变频单元原理框图；

图4是本实用新型实施例中点频本振LO1、LO2原理框图；

图5是本实用新型实施例中跳频本振LO3原理框图。

实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在一种实施例中，如图1所示，一种Ka频段毫米波上变频器电路，采用超外差式电路结构，采用三次变频方案，包括IF/C上变频单元、C/Ka上变频单元和提供本振信号的本振单元，所述IF/C上变频单元输出端和C/Ka上变频单元输入端电连接，所述本振单元包括点频本振子单元和跳频本振子单元，所述点频本振子单元与所述IF/C上变频单元连接，所述跳频本振子单元与所述C/Ka上变频单元连接，实现IF信号上变频到Ka频段毫米波信号；采用一级数控衰减器，实现0到30dB的增益可调，步进0.5dB；采用DDS的本振方案，实现1KHz的跳频步进。

在本实施例中，Ka频段毫米波上变频器，主要由以下几个部分组成： IF/C上变频单元设计，本振单元设计，IF/C上变频单元，C/Ka上变频单元，本振单元。所述的IF/C上变频单元，用来实现IF信号上变频到C频段射频信号；所述的C/Ka上变频单元，用来实现C频段射频信号上变频到Ka频段毫米波信号；所述的本振单元，用来给IF/C上变频单元和C/Ka上变频单元提供本振信号，实现信号的频谱搬移；本实用新型通过IF/C上变频单元设计，C/Ka上变频单元设计，本振单元设计，实现了Ka频段宽带上变频器。实现了Ka频段宽带上变频器。具体技术指标要求如下：

输入频率：F1±20MHz；

频率步进：≤1kHz；

输入驻波比：≤1.5:1；

输出频率： F2～F3GHz；

输出驻波比：≤ 2.0:1；

增益：40±1dB；

增益调节范围：30dB，步进0.5dB；

带内平坦度：≤±0.5dB/±10MHz；

输出杂散：≥60dBc@0dBm输出。

在一种优选实施方式中，如图2所示， IF/C上变频单元包括中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端，所述中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端之间设置有依次连接的混频器MIX1和混频器MIX2，所述混频器MIX1和混频器MIX2分别接入点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2。

所述中频信号IF输入端与混频器MIX1之间还依次设置有接入输入中频信号IF1的低通滤波器LPF1、低噪声放大器AMP1以及一个数控衰减器ATT1，数控衰减器ATT1连接低噪声放大器AMP2进入匹配电路进行匹配后接入混频器MIX1。

所述混频器MIX1和混频器MIX2之间还设置有低通滤波器LPF2，混频器MIX1混频后输出的L频段中频信号IF2进入匹配电路进行匹配后接入所述低通滤波器LPF2；所述低通滤波器LPF2与混频器MIX2之间还设置有数控衰减器ATT2、一级放大器AMP3和带通滤波器BPF1，所述带通滤波器BPF1连接匹配电路进行匹配后接入混频器MIX2，所述混频器MIX2另一端连接C频段中频信号IF输出端。

在本实施例中，IF/C上变频单元主要实现的是对输入的IF信号进行二次混频，混频后再进行滤波、衰减、放大、滤波后输出，再进入混频器MIX3进行三次变频，上变频到Ka频段的毫米波信号后输出，如图2所示，将输入的中频信号IF送入低通滤波器LPF1进行滤波，再送入低噪放AMP1进行放大；再经过一个6位的数控衰减器ATT1，可以实现0～30dB的增益可调,调整步进为0.5dB，送入匹配电路进行匹配；送入低噪放AMP2进行放大，再进入匹配电路进行匹配；之后送入混频器MIX1和本振信号LO1进行混频，混频后输出L频段的中频信号IF2，送入匹配电路进行匹配；再送入低通滤波器LPF2进行滤波，用来实现对本振信号LO1的泄露进行抑制；再经过一个6位的数控衰减器ATT2可以实现0～30dB的增益可调,调整步进为0.5dB，ATT2是用来进行增益补偿，保证全频段范围内的增益一致性；再经过一级放大器AMP3进行放大后，送入带通滤波器BPF1对带外的杂散信号进行抑制，再进入匹配电路进行匹配之后输出中频信号IF2；中频信号IF2进入混频器MIX2和本振信号LO2进行混频，混频后输出C频段的中频信号IF3.

在另一种实施例中，如图3所示，C/Ka上变频单元包括C频段中频信号IF输入端以及Ka频段毫米波信号输出端，所述C频段中频信号IF输入端与Ka频段毫米波信号输出端设置有混频器MIX3，所述混频器MIX3连接跳频本振子单元LO3；所述C频段中频信号IF输入端与混频器MIX3之间还设置有低通滤波器LPF3和低噪声放大器AMP4，所述低噪声放大器AMP4连接匹配电路进行匹配后接入带通滤波器BPF2，所述带通滤波器BPF2连接至混频器MIX3。

所述混频器MIX3与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有开关滤波器组，混频器MIX3混频后的Ka频段毫米波信号进入匹配电路进行匹配后接入开关滤波器组；所述开关滤波器组与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有一级放大器AMP5、放大器AMP6和隔离器。

在本实施例中，C/Ka上变频单元主要实现的是对输入的C频段信号经过放大、滤波后送入混频器进行一次变频，上变频到Ka频段的毫米波信号，再经过滤波、放大后输出。如图3所示，C频段的中频信号IF3，送入低通滤波器LPF3进行滤波，用来实现对本振信号LO2的泄露进行抑制，再送入低噪放AMP4进行放大，放大后送入匹配电路进行匹配；再送入带通滤波器BPF2进行滤波，用来对本振信号LO2的泄露和组合杂散进行抑制；再送入匹配电路匹配后，进入混频器MIX3和LO3信号进行混频，上变频到Ka频段的毫米波信号，再进入匹配电路进行匹配之后输出；进入一个分四段的开关滤波器组，对混频后输出的Ka频段毫米波信号分段滤波，主要是对本振信号LO3的泄露信号和混频的组合杂散信号进行抑制；再经过一级放大器AMP5进行放大后送入一个匹配电路进行匹配，再送入放大器AMP6进行放大后输出；将放大后输出的KA频段毫米波信号送入隔离器，由于隔离器的单向传输特性，可以实现输出端口驻波良好。

在另一种实施方式中，如图4、5所示，本振单元设计了（1）LO1、LO2：点频本振和（2）LO3：跳频本振；所述点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2包括锁定输入信号的集成式锁相环、滤除基波和鉴相杂散输出点频信号的带通滤波器以及放大器；所述集成式锁相环环内可编程分频器的分频比可调节；所述跳频本振子单元LO3包括谐波发生器以及二分频后的两路功分；所述两路功分包括DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路，所述DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路还设置有混频器和锁相环，所述锁相环设置有高归一化噪声基底的鉴相器。

在本实施例中，点频本振LO1和LO2如图4所示，点频本振LO1和LO2锁相环的工作原理：对输入的高稳定和高精确度的参考信号进行锁定，然后通过改变环路内部的可编程分频器的分频比N，来获得N倍于参考信号的输出频率。点频本振采用集成式锁相环，通过锁相环锁相倍频后输出一个点频信号，点频信号经过带通滤波器滤除基波和鉴相杂散，输出需要的点频信号，再经过放大器放大后输出。

跳频本振LO3如图5所示，跳频本振LO3工作原理为：100MHz信号经过谐波发生器产生L频段信号，经过二分频后功分两路，一路作为DDS的时钟信号，一路作为混频器的本振信号，DDS信号输出一段低杂散的中频信号。本振信号和中频信号经过混频滤波再除四，输出信号作为PLL的参考信号。PLL采用高归一化噪声基底的鉴相器,其归一化相位噪声基底为-233dBc/Hz，鉴相频率为fpd，根据本振的最大输出频率，可以计算出最大的N值，由相位噪声计算公式：PN=Floor FOM+10log（fpd）+20logN=-111dBc/Hz（Floor FOM:鉴相器的归一化相位噪声基底，10log（fpd）：因参考频率恶化的相位噪声，20logN：因分频比恶化的相位噪声），可算出环内理论噪声为-112dBc/Hz。实际10k和100k相噪会比理论值恶化5dB左右，1k处相噪会恶化10dB左右，因此能达到-102dBc/Hz@1kHz，107dBc/Hz@10kHz@100kHz；对于锁相环电路而言，环路带宽以内的相位噪声主要是由鉴相器、参考频率以及分频比决定的，而环路带宽以外的相位噪声主要是由VCO决定的，-118dBc/Hz@1MHz@8GHz，综上所述相位噪声能做到-102dBc/Hz@1kHz，107dBc/Hz@10kHz@100kHz；且采用DDS方案，跳频步进能做到1Hz。

本实用新型主要运用在微波毫米波电子***，例如风云系列卫星、空间监测卫星、空间中继卫星、卫星地面站***以及毫米波雷达***等等。Ka频段宽带变频器主要是用于解决Ka频段卫星通信的大通量、大带宽信号数据传输的问题；同时也广泛应用于毫米波雷达***，大大提高雷达的探测距离和探测精度，提高了雷达的态势感知能力。通过IF/C上变频单元设计，C/Ka上变频单元设计，本振单元设计，实现Ka频段毫米波上变频器，解决了Ka频段毫米波变频器，带宽宽、频率较高、带内平坦度较差、空间泄露严重的技术难题，实现了ka频段大带宽、高平坦度，高隔离度的技术指标，为Ka频段卫星通信的大通量、大带宽信号数据传输提供了解决方案。

本实用新型以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，包括IF/C上变频单元、C/Ka上变频单元和提供本振信号的本振单元，所述IF/C上变频单元输出端和C/Ka上变频单元输入端电连接，所述本振单元包括点频本振子单元和跳频本振子单元，所述点频本振子单元与所述IF/C上变频单元连接，所述跳频本振子单元与所述C/Ka上变频单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述IF/C上变频单元包括中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端，所述中频信号IF输入端和C频段中频信号IF输出端之间设置有依次连接的混频器MIX1和混频器MIX2，所述混频器MIX1和混频器MIX2分别接入点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2。

3.根据权利要求2所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述中频信号IF输入端与混频器MIX1之间还依次设置有接入输入中频信号IF1的低通滤波器LPF1、低噪声放大器AMP1以及一个数控衰减器ATT1，数控衰减器ATT1连接低噪声放大器AMP2进入匹配电路进行匹配后接入混频器MIX1。

4.根据权利要求3所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述混频器MIX1和混频器MIX2之间还设置有低通滤波器LPF2，混频器MIX1混频后输出的L频段中频信号IF2进入匹配电路进行匹配后接入所述低通滤波器LPF2；所述低通滤波器LPF2与混频器MIX2之间还设置有数控衰减器ATT2、一级放大器AMP3和带通滤波器BPF1，所述带通滤波器BPF1连接匹配电路进行匹配后接入混频器MIX2，所述混频器MIX2另一端连接C频段中频信号IF输出端。

5.根据权利要求2所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述点频本振子单元LO1和点频本振子单元LO2包括锁定输入信号的集成式锁相环、滤除基波和鉴相杂散输出点频信号的带通滤波器以及放大器；所述集成式锁相环环内可编程分频器的分频比可调节。

6.根据权利要求1所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述C/Ka上变频单元包括C频段中频信号IF输入端以及Ka频段毫米波信号输出端，所述C频段中频信号IF输入端与Ka频段毫米波信号输出端设置有混频器MIX3，所述混频器MIX3连接跳频本振子单元LO3；所述C频段中频信号IF输入端与混频器MIX3之间还设置有低通滤波器LPF3和低噪声放大器AMP4，所述低噪声放大器AMP4连接匹配电路进行匹配后接入带通滤波器BPF2，所述带通滤波器BPF2连接至混频器MIX3。

7.根据权利要求6所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述混频器MIX3与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有开关滤波器组，混频器MIX3混频后的Ka频段毫米波信号进入匹配电路进行匹配后接入开关滤波器组；所述开关滤波器组与Ka频段毫米波信号输出端之间还设置有一级放大器AMP5、放大器AMP6和隔离器。

8.根据权利要求6所述的一种Ka频段毫米波上变频器电路，其特征在于，所述跳频本振子单元LO3包括谐波发生器以及二分频后的两路功分；所述两路功分包括DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路，所述DDS时钟信号分路和混频器本振信号分路还设置有混频器和锁相环，所述锁相环设置有高归一化噪声基底的鉴相器。