3mm波段三通道低噪聲集成接收前端的製作方法

2023-06-26 21:07:06 1

專利名稱：3mm波段三通道低噪聲集成接收前端的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種3_波段三通道低噪聲集成接收前端，尤其是涉及ー種主要應用於單脈衝跟蹤系統，能將3_波段信號下變頻至S波段信號的三通道集成低噪聲接收前端。
背景技術：
毫米波單脈衝跟蹤雷達具有很高的跟蹤精度，因此，在精確末制導，通信衛星跟蹤等應用中具有獨特的優勢。3_波段三通道集成低噪聲前端是3_單脈衝跟蹤雷達的重要組成部分。目前，國內所報導的3_波段接收機基本都只有一個接收通道，並且是採用波導或鰭線等立體結構實現接收前端，導致接收前端體積碩大，不利於接收前端的小型化集成。在國夕卜，Curtis C. Ling等(C. C. Ling,G. M. Rebeiz,「A 94GHz planar monopulse trackingreceiver,」 IEEE Transections on microwave theory and techniques, Vol.42, No. 10,Oct. 1994, pp. 1863-1871)和 Sanjay Raman 等(S. Raman, N. S. Barker, and G. M. Rebeiz,「A W-Band dielectric-lens-based integrated monopulse radar receiver,」 IEEETransections on microwave theory and techniques, Vol.46, No. 12, Dec. 1998,pp. 2308-2316)先後報導了兩種3mm單脈衝接收機前端。Curtis C. Ling等所報導的接收機前端，採用單片集成電路的方式與天線集成在一起。這種接收機前端有效提高了集成度，但由於採用的結構不能加3mm低噪聲放大器,噪聲性能較差。與Curtis C. Ling等所報導的接收機前端類似，Sanjay Raman等報導的接收機前端與天線集成在一塊晶片上,天線接收到的信號直接下變頻中頻頻率，然後送入中頻模塊進行處理。理論上這種接收機結構可以引入了 3_單刀單擲開關和3_低噪聲放大器，但無疑會増加前端複雜度，増加各通道間的相互耦合，増加晶片面積，降低可靠性。此外，由於前端與特定的天線一體化設計，應用場合有限。

發明內容
發明目的本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種結構緊湊，噪聲性能好，可靠性高的3_波段三通道低噪聲集成接收前端。技術方案本發明所述的3mm波段三通道低噪聲集成接收前端，包括並列的三路接收鏈路、本振功分網絡、開關驅動電路、和屏蔽盒體。姆個接收鏈路均包括微帶波導過渡、3mm單刀單擲開關、3mm低噪聲放大器、鏡像抑制濾波器、本振倍頻器、二次分諧波混頻器、中頻放大器一、中頻單刀單擲開關和中頻放大器ニ ；接收到的3_信號經過微帶波導過渡後裝換成準TEM模信號，然後依次經過3_單刀單擲開關、3_低噪聲放大器和鏡像抑制濾波器後，與本振倍頻器輸出信號通過二次分諧波混頻器進行混頻，產生的中頻信號依次經過中頻放大器一，中頻單刀單擲開關和中頻放大器ニ後輸出。所述本振功分網絡包括ー個2 : I功分電橋,ー個I : I功分電橋；本振輸入信號通過2 I功分電橋被分成功率比為2 I的兩路，其中功率小的一路送至ー個接收鏈路的本振倍頻器的輸入端，驅動倍頻器工作；功率大的一路送至I : I功分電橋功分電橋，被分成功率線等的兩路，這兩路信號分別送給另外兩路接收鏈路中的本振倍頻器的輸入端，驅動倍頻器工作。所述開關驅動電路包括3mm單刀單擲開關驅動電路和中頻單刀單擲開關驅動電路，所述3mm單刀單擲開關驅動電路分別與每個接收鏈路上的3mm單刀單擲開關連接，驅動3mm單刀單擲開關工作；所述中頻單刀單擲開關驅動電路分別與每個接收鏈路上的中頻單刀單擲開關連接，驅動中頻單刀單擲開關工作。
所述屏蔽盒體的兩面均設置有安放電路模塊的腔體結構；每個接收鏈路都分別設置在正反相對應的兩個腔體中，其中所述微帶波導過渡、3mm單刀單擲開關、3mm低噪聲放大器、鏡像抑制濾波器、二次分諧波混頻器和本振倍頻器布置在同一塊電路板上並且安裝在同一個屏蔽腔體中，所述中頻放大器一、中頻單刀單擲開關，中頻放大器ニ布置在同一塊電路板上並且安裝在對應的背面的屏蔽腔體中；正反面腔體間設有小孔，直流信號通過導線穿過小孔連接正反兩面的電路，交流信號通過在小孔內安裝的絕緣子實現電路間的連接。所述的3mm單刀單擲開關由主傳輸線、三個相同的開關單元，開路匹配枝節，直流接地單元組成，其中所述直流接地単元串接在所述開路匹配枝節的一端，所述三個相同的開關單元及所述開路匹配枝節垂直並接在主傳輸線的同一側。所述開關単元由直流偏置線、開關単元射頻接地徑向線、補償結構傳輸線一、補償結構傳輸線ニ、梁式引線PIN管組成；所述梁式引線PIN管一端垂直並聯在主傳輸線上，另一端與所述補償結構傳輸線ニ連接；所述補償結構傳輸線一一端與補償結構傳輸線二相連，另一端與所述直流偏置線相連，並垂直於直流偏置線；所述開關単元射頻接地徑向線設置在直流偏置線與補償結構傳輸線ー連接處；控制信號從直流偏置線的另一端輸入。所述直流接地単元由高阻線、直流接地単元射頻接地徑向線和直流接地線組成。所述二次分諧波混頻器由反向並聯ニ極管對，相位調節傳輸線，本振低通濾波器，本振帶通濾波器,中頻低通濾波器,開路枝節,50歐姆傳輸線，中頻和本振接地單元組成。所述本振帶通濾波器由兩個階梯阻抗諧振器組成，所述階梯阻抗諧振器的高阻抗線平行放置。所述接收鏈路的輸入口為非標準法蘭，且輸出口為SMA接ロ ；本振信號的輸入口為SMA-K接ロ，所述電源保護電路和所述開關控制電路的輸入ロ為J30J-9ZKS接ロ。所述非標準法蘭的外形尺寸為12. 7mmX12. 7mm ;所述法蘭中間處設有BJ900波導ロ，所述BJ900波導ロ的中心與所述法蘭的中心重合，所述BJ900波導ロ的四條邊分別與所述法蘭輪廓的四條邊平行；在所述法蘭上設有四個直徑為2_的安裝螺孔，所述的四個螺孔分別位於一個邊長為8. 6mm的正方形的四個頂點上，所述正方形的中心與所述法蘭的中心重合併且所述正方形的四條邊與所述法蘭輪廓的四條邊平行；所述法蘭波導ロ寬邊軸線上設有兩個直徑為I. 56mm的銷釘，所述的兩個銷釘間距為8. 6mm並且關於所述法蘭波導窄邊軸線對稱，所述法蘭波導窄邊軸線上設有兩個直徑為I. 73mm的定位孔，所述的兩個定位孔間距為8. 6mm並且關於所述法蘭波導ロ寬邊軸線對稱。有益效果本發明與現有技術相比具有以下優點1.接收前端三個接收鏈路採用一體化設計，避免使用多個單鏈路接收機而引入的接ロ的增多，重量増加，體積變大，可靠性降低等問題。2.採用平面混合集成技術，實現了前端的小型化設計。3.採用屏蔽腔體實現不同接收通道間的相互隔離，大大地減少了鏈路間的相互幹擾。


圖I為本發明盒體正面圖。圖2為本發明盒體反面圖。
圖3為本發明盒體頂視圖。圖4為本實發明電路原理框圖。圖5為本發明中接收鏈路中3mm單刀單擲開關結構圖。圖6為本發明接收鏈路中二次分諧波混頻器結構圖。附圖標記說明001，第一接收通道射頻腔體；002，第二接收通道射頻腔體；003，第三接收通道射頻腔體；004，開關驅動和直流偏置電路腔體一 ；005，本振功分網絡腔體；006，第一接收通道中頻腔體；007，第二接收通道中頻腔體；008，第三接收通道中頻腔體；009，開關驅動和直流偏置電路腔體ニ ；010，第一接收通道輸入端法蘭；011，第二接收通道輸入端法蘭；012，第三接收通道輸入端法蘭；013，本振輸入端ロ ；014，直流和控制信號輸入端ロ ；015，第一接收通中頻輸出端ロ ；016，第二接收通中頻輸出端ロ ；017，第三接收通中頻輸出端□。100，第一接收鏈路；101，第一接收鏈路微帶波導過渡；102，第一接收鏈路3mm單刀單擲開關；103，第一接收鏈路3mm低噪聲放大器；104，第一接收鏈路鏡像抑制濾波器；105，第一接收鏈路二次分諧波混頻器；106，第一接收鏈路本振倍頻器；107，第一接收鏈路中頻放大器一，108，第一接收鏈路中頻單刀單擲開關；109，第一接收鏈路中頻放大器ニ ；110，3mm單刀單擲開關驅動電路；111，本振功分電路；112，中頻單刀單擲開關驅動電路；200，第二接收鏈路；201，第二接收鏈路微帶波導過渡；202，第二接收鏈路3mm單刀單擲開關；203，第二接收鏈路3mm低噪聲放大器；204，第二接收鏈路鏡像抑制濾波器；205，第二接收鏈路二次分諧波混頻器；206，第二接收鏈路本振倍頻器；207，第二接收鏈路中頻放大器一，208，第二接收鏈路中頻單刀單擲開關；209，第二接收鏈路中頻放大器ニ ；300，第三接收鏈路；301，第三接收鏈路微帶波導過渡；302，第三接收鏈路3mm單刀單擲開關；303，第三接收鏈路3mm低噪聲放大器；304，第三接收鏈路鏡像抑制濾波器；305，第三接收鏈路二次分諧波混頻器；306，第三接收鏈路本振倍頻器；307，第三接收鏈路中頻放大器一，308，第三接收鏈路中頻單刀單擲開關；309，第三接收鏈路中頻放大器ニ。401，主傳輸線；402，開關單元；403，匹配開路線；404，直流接地単元；405，直流偏置線；406，開關單元射頻接地徑向線；407，補償結構傳輸線ー ；408，補償結構傳輸線ニ ；409，梁式引線PIN管；410，直流接地單元射頻接地徑向線；411，直流接地線；412，高阻線。501，反向並聯ニ極管對；502，相位調節傳輸線；503，本振低通濾波器；504，本振帶通濾波器；505，中頻低通濾波器；506，開路枝節；507，50歐姆傳輸線；508，中頻和本振接地單元。
具體實施方式
下面對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護範圍不局限於所述實施例。實施例本發明如圖4所示，本發明3mm波段三通道低噪聲集成接收前端，由三個並行的接收鏈路100，200，300，本振功分網絡111和開關驅動電路110，112，和屏蔽盒體組成。接收鏈路100的輸入信號過微帶波導過渡101後裝換成準TEM模信號，然後依次經過3mm單刀單擲開關102，3mm低噪聲放大器103，鏡像抑制濾波器104後，與本振倍頻器106輸出信號通過二次分諧波混頻器105進行混頻，產生的中頻信號依次經過中頻放大器一 107，中頻單刀單擲開關108和中頻放大器ニ 109後輸出。接收鏈路200和300的工作原理與接收鏈路100的相同。本振信號輸入後，經過本振功分網絡111被分成三路功率相等的信號， 分別驅動接收鏈路100，200和300中的倍頻器工作。接收鏈路100中的微帶波導裝換101, 3mm單刀單擲開關102, 3mm低噪聲放大器103，鏡像抑制濾波器104，二次分諧波混頻器105，本振倍頻器106製作在ー塊PCB板上。電路所用的板材為Rogers公司的厚度為O. 127mm的Duroid R/T5880。電路安裝在第一接收通道射頻腔體001中。接收鏈路100中的中頻放大器一 107，中頻單刀單擲開關108和中頻放大器ニ 109製作在ー塊厚度為O. 6mm的FR-4板材上，電路安裝在第一接收通道中頻腔體006中。第一接收通道射頻腔體001中的電路與第一接收通道中頻腔體006中的電路，通過隔牆上安裝的絕緣子相連。開關驅動和直流偏置電路腔體ニ 009中的直流信號和開關控制信號通過導線穿過底面上的小孔送入的第一接收通道射頻腔體001中。開關驅動和直流偏置電路腔體一 004中的直流信號和開關控制信號通過導線穿過底面上的小孔送入的第一接收通道中頻腔體006中。接收鏈路200和300的安裝方式，供電方式和控制方式都與接收鏈路100相似。開關驅動和直流偏置電路腔體一 004和開關驅動和直流偏置電路腔體ニ 009通過導線穿過底面上的小孔相連。為了有效減小所述前端的體積，所述接收鏈路100，200，300的輸入接ロ 010，011，012均為非標準法蘭，所述非標準法蘭的外形尺寸為12. 7mmX12. 7mm ;所述法蘭中間處設有BJ900波導ロ，所述BJ900波導ロ的中心與所述法蘭的中心重合，所述BJ900波導ロ的四條邊分別與所述法蘭輪廓的四條邊平行；在所述法蘭上設有四個直徑為2_的安裝螺孔，所述的四個螺孔分別位於ー個邊長為8. 6mm的正方形的四個頂點上，所述正方形的的中心與所述法蘭的中心重合併且所述正方形的四條邊與所述法蘭輪廓的四條邊平行；所述法蘭波導寬邊軸線處，設有兩個直徑為I. 56mm的銷釘，所述的兩個銷釘間距為8. 6mm並且關於所述法蘭波導窄邊軸線對稱，所述法蘭波導窄邊軸線處，設有兩個直徑為I. 73mm的定位孔，所述的兩個定位孔間距為8. 6mm並且關於所述法蘭波導寬邊軸線對稱。接收鏈路100，200,300的輸出接ロ 015，016，017均為SMA接ロ。本振功分網絡111的輸入接ロ 013為SMA-K接ロ。直流和控制型號接ロ 014為J30J-9ZKS接ロ。本發明所述接收鏈路100，200，300中使用了如圖5所示3mm單刀單擲微帶開關102，202，302控制輸入信號的通斷，保護所述接收鏈路不被大信號阻塞，甚至燒毀。所述的3mm單刀單擲開關102，202，302由主傳輸線401，三個相同的開關單元402，開路匹配枝節403，直流接地單元組成404，其中所述直流接地単元串接在所述的開路匹配枝節的一端，所述三個開關單元及所述開路匹配枝節垂直並接在主傳輸線的同一側。所述開關単元402由直流偏置線405，開關單元射頻接地徑向線406，補償結構傳輸線ー 407，補償結構傳輸線ニ408，梁式引線PIN管409組成。為了減小安裝難度補償結構傳輸線ニ 408的寬度選為O. 3mm左右；為了提高所述開關102的帶寬並且考慮到最小可加工線寬，補償結構傳輸線ー407的寬度選為O. 127mm左右。梁式梁式引線PIN管409 —端垂直並聯在主傳輸線上，另一端與補償結構傳輸線ニ 408，補償結構傳輸線ー 407 —端與補償結構傳輸線ニ 408相連，一端與直流偏置線405相連，並垂直於直流偏置線405。在直流偏置線405於補償結構傳輸線ー407連接處放置開關單元射頻接地徑向線406。其中，開關單元射頻接地徑向線406為ー個直徑為O. 43mm的半圓。控制信號從直流偏置線405的另一端輸入。直流接地単元404由高阻線412,直流接地單元射頻接地徑向線410和直流接地線411組成。所述的3mm單刀單擲微帶開關102，202，302，就有插入損耗小，隔離度高的優點，同時又是採用全平面電路設計，易於和其它電路集成。
如圖6所示，本發明中所述接收鏈路100，200，300內使用的二次分諧波混頻器105，205，305，用於將3mm波段信號並頻至中頻信號。所述二次分諧波混頻器105，205，305由反向並聯ニ極管對501，相位調節傳輸線502，本振低通濾波器503，本振帶通濾波器504，中頻低通濾波器505，開路枝節506，50歐姆傳輸線507，中頻和本振接地單元508組成。射頻信號從反向並聯ニ極管對501的左邊饋入ニ極管，ニ極管對501右邊的低通濾波器503對射頻信號有較大的抑制作用，同時能以較小的插入損耗通過本振和中頻信號。通過改變相位調節傳輸線502長度可以在ニ極管對501的右邊實現射頻信號接地。本振信號通過ニ極管對501的右邊加入。ニ極管對501左邊的開路枝節506為本振信號提供迴路。中頻信號從ニ極管對501右邊輸出。採用中頻低通濾波器505和本振帶通濾波器504實現本振信號與中頻信號的隔離。中頻接地和直流接地都是通過ニ極管對501左邊的中頻和本振接地単元508實現。為了使中頻和本振接地単元508不影響開路枝節506，它們之間插入了一段50歐姆傳輸線507。所述本振帶通濾波器504由兩個階梯阻抗諧振器組成，其中所述的階梯阻抗諧振器的高阻抗線平行放置。如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種3mm波段三通道低噪聲集成接收前端，包括並列的三路接收鏈路(100、200、300)、本振功分網絡(111)、開關驅動電路(110、112)、和屏蔽盒體； 每個接收鏈路均包括微帶波導過渡(101、201、301)、3mm單刀單擲開關(102、202、302)、3_低噪聲放大器(103、203、303)、鏡像抑制濾波器(104、204、304)、本振倍頻器(106、206、306)、二次分諧波混頻器(105、205、305)、中頻放大器一 (107、207、307)、中頻單刀單擲開關(108、208、308)和中頻放大器二(109、209、309);接收到的3mm信號經過微帶波導過渡後裝換成準TEM模信號，然後依次經過3_單刀單擲開關、3_低噪聲放大器和鏡像抑制濾波器後，與本振倍頻器輸出信號通過二次分諧波混頻器進行混頻，產生的中頻信號依次經過中頻放大器一，中頻單刀單擲開關和中頻放大器二後輸出； 所述本振功分網絡(111)包括一個2 : I功分電橋,一個I : I功分電橋；本振輸入信號通過2 I功分電橋被分成功率比為2 I的兩路，其中功率小的一路送至一個接收鏈路的本振倍頻器的輸入端，驅動倍頻器工作；功率大的一路送至I : I功分電橋功分電橋，被分成功率線等的兩路，這兩路信號分別送給另外兩路接收鏈路中的本振倍頻器的輸入端，驅動倍頻器工作； 所述開關驅動電路(110、112)包括3mm單刀單擲開關驅動電路(110)和中頻單刀單擲開關驅動電路(112)，所述3mm單刀單擲開關驅動電路(110)分別與每個接收鏈路上的3mm單刀單擲開關連接，驅動3mm單刀單擲開關工作；所述中頻單刀單擲開關驅動電路(112)分別與每個接收鏈路上的中頻單刀單擲開關連接，驅動中頻單刀單擲開關工作； 所述屏蔽盒體的兩面均設置有安放電路模塊的腔體結構；每個接收鏈路都分別設置在正反相對應的兩個腔體中，其中所述微帶波導過渡、3mm單刀單擲開關、3mm低噪聲放大器、鏡像抑制濾波器、二次分諧波混頻器和本振倍頻器布置在同一塊電路板上並且安裝在同一個屏蔽腔體中，所述中頻放大器一、中頻單刀單擲開關，中頻放大器二布置在同一塊電路板上並且安裝在對應的背面的屏蔽腔體中；正反面腔體間設有小孔，直流信號通過導線穿過小孔連接正反兩面的電路，交流信號通過在小孔內安裝的絕緣子實現電路間的連接。
2.根據權利要求I所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述的3_單刀單擲開關(102、202、302)由主傳輸線(401)、三個相同的開關單元(402)，開路匹配枝節(403)，直流接地單元(404)組成，其中所述直流接地單元(404)串接在所述開路匹配枝節(403)的一端，所述三個相同的開關單元(402)及所述開路匹配枝節(403)垂直並接在主傳輸線的同一側； 所述開關單元(402)由直流偏置線(405)、開關單元射頻接地徑向線(406)、補償結構傳輸線一(407)、補償結構傳輸線二(408)、梁式引線PIN管(409)組成；所述梁式引線PIN管(409) —端垂直並聯在主傳輸線上，另一端與所述補償結構傳輸線二(408)連接；所述補償結構傳輸線一(407) —端與補償結構傳輸線二(408)相連,另一端與所述直流偏置線(405)相連，並垂直於直流偏置線(405);所述開關單元射頻接地徑向線(406)設置在直流偏置線(405)與補償結構傳輸線一(407)連接處；控制信號從直流偏置線(405)的另一端輸入。
3.根據權利要求2所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述補償結構傳輸線二(408)的寬度為0. 3_。
4.根據權利要求2所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述補償結構傳輸線一(407)的寬度為0. 127mm。
5.根據權利要求2所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述開關單元射頻接地徑向線(406)為一個直徑為0.43mm的半圓。
6.根據權利要求2所述3mm波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述直流接地單元(404)由高阻線(412)、直流接地單元射頻接地徑向線(410)和直流接地線(411)組成。
7.根據權利要求I所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述二次分諧波混頻器(105)由反向並聯二極體對(501)，相位調節傳輸線(502)，本振低通濾波器(503)，本振帶通濾波器(504)，中頻低通濾波器(505)，開路枝節(506)，50歐姆傳輸線(507)，中頻和本振接地單元(508)組成。
8.根據根據權利要求7所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述本振帶通濾波器(504)由兩個階梯阻抗諧振器組成，所述階梯阻抗諧振器的高阻抗線平行放置。
9.根據根據權利要求I所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述接收鏈路的輸入口為非標準法蘭，且輸出口為SMA接口 ；本振信號的輸入口為SMA-K接口，所述電源保護電路和所述開關控制電路的輸入口為J30J-9ZKS接口。
10.根據根據權利要求9所述3_波段三通道低噪聲集成接收前端，其特徵在於所述非標準法蘭的外形尺寸為12. 7mmX12. 7mm ;所述法蘭中間處設有BJ900波導口，所述BJ900波導口的中心與所述法蘭的中心重合，所述BJ900波導口的四條邊分別與所述法蘭輪廓的四條邊平行；在所述法蘭上設有四個直徑為2_的安裝螺孔，所述的四個螺孔分別位於一個邊長為8. 6mm的正方形的四個頂點上，所述正方形的中心與所述法蘭的中心重合併且所述正方形的四條邊與所述法蘭輪廓的四條邊平行；所述法蘭波導口寬邊軸線上設有兩個直徑為I. 56mm的銷釘，所述的兩個銷釘間距為8. 6mm並且關於所述法蘭波導窄邊軸線對稱，所述法蘭波導窄邊軸線上設有兩個直徑為I. 73mm的定位孔，所述的兩個定位孔間距為8.6mm並且關於所述法蘭波導口寬邊軸線對稱。
全文摘要
本發明公開了一種3mm波段三通道低噪聲集成接收前端，包括並列的三路接收鏈路、本振功分網絡、開關控制電路和屏蔽盒體。其中每個接收鏈路均包括微帶波導過渡、3mm單刀單擲開關、3mm低噪聲放大器、鏡像抑制濾波器，二次分諧波混頻器、中頻放大器一、中頻單刀單擲開關和中頻放大器二。屏蔽盒體的兩面均開有腔體結構，所述腔體中安放有電路模塊，正反面腔體間設有小孔，直流信號通過導線穿過小孔連接正反兩面的電路，交流信號通過在小孔內安裝的絕緣子實現電路間的連接。本發明具有噪聲係數低，結構緊湊，重量輕的優點。
文檔編號G01S7/36GK102628934SQ20121006228
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者崔寅傑, 徐傑, 童燁, 許正彬, 郭健, 錢澄 申請人:東南大學