CN220190834U - 一种Ka频段毫米波下变频器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ka频段毫米波下变频器电路，包括Ka/C下变频单元，C/IF下变频单元，本振单元；所述的Ka/C下变频单元，用来实现Ka频段毫米波信号下变频到C频段的射频信号；所述的C/IF下变频单元，用来实现C频段射频信号下变频到IF信号输出；所述的本振单元，用来给Ka下变频通道提供本振信号，实现信号的频谱搬移；本实用新型实现Ka频段超宽带下变频器，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。

Description

一种Ka频段毫米波下变频器电路

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频段毫米波下变频器电路。

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。下变频器是通信***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频段毫米波下变频器电路，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频段毫米波下变频器电路，包括Ka/C下变频单元、C/IF下变频单元和提供本振信号的本振单元，所述C/IF下变频单元输出端和Ka/C下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，所述跳频本振子单元与所述Ka/C下变频单元连接，所述点频本振子单元与所述C/IF下变频单元连接。

进一步，所述Ka/C下变频单元包括Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频信号输出端，所述Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频输出端之间设置有混频器MIX1，所述混频器MIX1连接跳频本振子单元LO1；所述Ka频段毫米波信号RF输入端与混频器MIX1之间依次设置有隔离器和低噪声放大器AMP1，低噪声放大器AMP1接入匹配电路进行匹配后再连接至低噪声放大器AMP2、数控衰减器ATT1和开关滤波器组，所述开关滤波器组接入一个匹配电路后连接至混频器MIX1。

进一步，所述混频器MIX3与C频段中频信号输出端之间还设置有低通滤波器LPF1，混频器MIX3接入一个匹配电路进行匹配后与低通滤波器LPF1连接；所述低通滤波器LPF1还连接有放大器AMP3和带通滤波器BPF 1；所述放大器AMP3与带通滤波器BPF 1还接入一个匹配电路。

进一步，所述跳频本振子单元LO1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。

进一步，所述C/IF下变频单元包括C频段中频信号输入端和中频信号输出端，所述C频段中频信号输入端和中频信号输出端之间设置有依次连接的混频器MIX2和混频器MIX3，所述混频器MIX2和混频器MIX3分别接入点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3。

进一步，所述C频段中频信号输入端将输入信号送入混频器MIX2，混频器MIX2和混频器MIX3之间还依次设置有低通滤波器LPF2、数控衰减器ATT2、放大器AMP4和带通滤波器BPF2；所述混频器MIX2与低通滤波器LPF2之间还接入一个匹配电路，所述带通滤波器BPF2再接入一个匹配电路后连接至混频器MIX3。

进一步，所述混频器MIX3与中频信号输出端之间还通过匹配电路连接有带通滤波器BPF3、数控衰减器ATT3和放大器AMP5；所述放大器AMP5接入一个匹配电路后连接放大器AMP6，放大器AMP6接入一个匹配电路后将中频信号送至中频信号输出端。

进一步，所述点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3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。

本实用新型的有益效果：本实用新型提出了一种Ka频段毫米波下变频器电路，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Ka/C下变频单元设计，C/IF下变频单元设计，本振单元设计，实现Ka频段超宽带下变频器，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频段毫米波下变频器电路架构图；

图2是本实用新型实施例中Ka/C下变频单元原理框图；

图3是本实用新型实施例中C/IF下变频单元原理框图；

图4是本实用新型实施例中跳频本振LO1原理框图；

图5是本实用新型实施例中点频本振LO2、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频段毫米波下变频器电路，包括Ka/C下变频单元、C/IF下变频单元和提供本振信号的本振单元，所述C/IF下变频单元输出端和Ka/C下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，所述跳频本振子单元与所述Ka/C下变频单元连接，所述点频本振子单元与所述C/IF下变频单元连接。采用三次变频方案，通过Ka/C下变频单元设计，C/IF下变频单元设计，本振单元设计，实现Ka频段射频信号下变频到IF信号；采用两级数控衰减器，实现0到60dB的增益可调，步进0.5dB；采用DDS跳频的本振方案，可以实现1KHz的跳频步进。

在本实施例中，Ka频段毫米波下变频器，主要由以下几个部分组成：Ka/C下变频单元，C/IF下变频单元，本振单元。所述的Ka/C下变频单元，用来实现Ka频段毫米波信号下变频到C频段的射频信号；所述的C/IF下变频单元，用来实现C频段射频信号下变频到IF信号输出；所述的本振单元，用来给Ka下变频通道提供本振信号，实现信号的频谱搬移；本发明通过Ka/C下变频单元设计，C/IF下变频单元设计，本振单元设计，实现了Ka频段毫米波下变频器。具体技术指标要求如下：

输入频率：F1～F2GHz；

频率步进：≤1kHz；

输入驻波比：≤2.0:1；

输出频率：F3±20MHz；

输出驻波比：≤1.5:1；

增益：60±1dB；

增益调节范围：0～60dB，步进0.5dB；

带内平坦度：≤±0.5dB/±15MHz；

输出杂散：≥60dBc@0dBm输出；

噪声系数：≤5dB(全增益)；

镜频抑制：≥70dB。

在一种优选实施方式中，如图2所示， Ka/C下变频单元包括Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频信号输出端，所述Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频输出端之间设置有混频器MIX1，所述混频器MIX1连接跳频本振子单元LO1；所述Ka频段毫米波信号RF输入端与混频器MIX1之间依次设置有隔离器和低噪声放大器AMP1，低噪声放大器AMP1接入匹配电路进行匹配后再连接至低噪声放大器AMP2、数控衰减器ATT1和开关滤波器组，所述开关滤波器组接入一个匹配电路后连接至混频器MIX1。

混频器MIX3与C频段中频信号输出端之间还设置有低通滤波器LPF1，混频器MIX3接入一个匹配电路进行匹配后与低通滤波器LPF1连接；所述低通滤波器LPF1还连接有放大器AMP3和带通滤波器BPF 1；所述放大器AMP3与带通滤波器BPF 1还接入一个匹配电路。

在本实施例中，Ka/C下变频单元主要实现的是对输入的Ka频段毫米波信号经过放大、滤波、衰减后送入混频器进行一次变频，下变频到C频段的射频信号，再经过滤波、放大后输出。如图2所示，将输入的Ka频段毫米波信号送入隔离器，隔离器的单向传输特性可以实现输入端口驻波良好，输入驻波小于1.8；再经过一级低噪放AMP1进行放大，可以实现16dB的增益放大，再经过一个匹配电路进行匹配，再送入低噪放AMP2进行放大输出；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；再经过一个四段的开关滤波器组，可以实现对输入的Ka频段毫米波信号进行分段滤波，因此可以对镜频信号进行良好的抑制；开关滤波器组滤波后送入匹配电路进行匹配，之后送入混频器MIX1和LO1信号进行混频，下变频到C频段的中频信号IF1 ；IF1进入匹配电路进行匹配，再进入低通滤波器LPF1进行滤波，对本振信号LO1的泄露进行抑制；再送入放大器AMP3进行放大，后进入匹配电路进行匹配；再送入带通滤波器BPF1对带外的杂散信号进行抑制，之后中频信号IF1输出。

在另一种实施例中，如图3所示，C/IF下变频单元包括C频段中频信号输入端和中频信号输出端，所述C频段中频信号输入端和中频信号输出端之间设置有依次连接的混频器MIX2和混频器MIX3，所述混频器MIX2和混频器MIX3分别接入点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3。

C频段中频信号输入端将输入信号送入混频器MIX2，混频器MIX2和混频器MIX3之间还依次设置有低通滤波器LPF2、数控衰减器ATT2、放大器AMP4和带通滤波器BPF2；所述混频器MIX2与低通滤波器LPF2之间还接入一个匹配电路，所述带通滤波器BPF2再接入一个匹配电路后连接至混频器MIX3。

混频器MIX3与中频信号输出端之间还通过匹配电路连接有带通滤波器BPF3、数控衰减器ATT3和放大器AMP5；所述放大器AMP5接入一个匹配电路后连接放大器AMP6，放大器AMP6接入一个匹配电路后将中频信号送至中频信号输出端。

在本实施例中，C/IF下变频单元主要实现的是对输入的C频段信号进行二次混频，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，下变频到L频段的中频信号IF后输出。如图3所示，将输入的C频段中频信号IF1送入混频器MIX2和本振信号LO2进行混频，混频后输出中频信号IF2，送入匹配电路进行匹配；再送入低通滤波器LPF2进行滤波，用来对本振信号LO2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AMP4进行放大后，送入带通滤波器BPF2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MIX3和本振信号LO3进行混频，混频后输出中频信号IF3，送入匹配电路进行匹配；再送入带通滤波器BPF3进行滤波，用来对本振信号LO3的泄露和组合杂散进行抑制；再经过一个6位的数控衰减器ATT3进行增益可调，可以实现0～30dB的增益可调,调整步进为0.5dB；再经过放大器AMP5和匹配电路匹配后，再进入放大器AMP6进行放大后，再进入匹配电路进行匹配之后输出中频信号IF_out输出.

在另一种实施方式中，如图4、5所示，本振单元设计了（1）LO1：跳频本振和（2）LO2、LO3：点频本振；跳频本振子单元LO1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；点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3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。

在本实施例中，跳频本振LO1如图4所示，其实现原理为：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。

点频本振LO2和LO3如图5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。

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频段毫米波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Ka/C下变频单元设计，C/IF下变频单元设计，本振单元设计，实现Ka频段超宽带下变频器，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频段毫米波下变频器电路，其特征在于，包括Ka/C下变频单元、C/IF下变频单元和提供本振信号的本振单元，所述C/IF下变频单元输出端和Ka/C下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，所述跳频本振子单元与所述Ka/C下变频单元连接，所述点频本振子单元与所述C/IF下变频单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述Ka/C下变频单元包括Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频信号输出端，所述Ka频段毫米波信号RF输入端以及C频段中频输出端之间设置有混频器MIX1，所述混频器MIX1连接跳频本振子单元LO1；所述Ka频段毫米波信号RF输入端与混频器MIX1之间依次设置有隔离器和低噪声放大器AMP1，低噪声放大器AMP1接入匹配电路进行匹配后再连接至低噪声放大器AMP2、数控衰减器ATT1和开关滤波器组，所述开关滤波器组接入一个匹配电路后连接至混频器MIX1。

3.根据权利要求2所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述混频器MIX1与C频段中频信号输出端之间还设置有低通滤波器LPF1，混频器MIX1接入一个匹配电路进行匹配后与低通滤波器LPF1连接；所述低通滤波器LPF1还连接有放大器AMP3和带通滤波器BPF 1；所述放大器AMP3与带通滤波器BPF 1还接入一个匹配电路。

4.根据权利要求2所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述跳频本振子单元LO1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。

5.根据权利要求1所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述C/IF下变频单元包括C频段中频信号输入端和中频信号输出端，所述C频段中频信号输入端和中频信号输出端之间设置有依次连接的混频器MIX2和混频器MIX3，所述混频器MIX2和混频器MIX3分别接入点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3。

6.根据权利要求5所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述C频段中频信号输入端将输入信号送入混频器MIX2，混频器MIX2和混频器MIX3之间还依次设置有低通滤波器LPF2、数控衰减器ATT2、放大器AMP4和带通滤波器BPF2；所述混频器MIX2与低通滤波器LPF2之间还接入一个匹配电路，所述带通滤波器BPF2再接入一个匹配电路后连接至混频器MIX3。

7.根据权利要求6所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述混频器MIX3与中频信号输出端之间还通过匹配电路连接有带通滤波器BPF3、数控衰减器ATT3和放大器AMP5；所述放大器AMP5接入一个匹配电路后连接放大器AMP6，放大器AMP6接入一个匹配电路后将中频信号送至中频信号输出端。

8.根据权利要求5所述的一种Ka频段毫米波下变频器电路，其特征在于，所述点频本振子单元LO2和点频本振子单元LO3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。