一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端的製作方法
2023-06-26 11:22:41 2
一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端，發射本振基頻源用於產生發射工作頻率信號，接收本振基頻源用於產生接收工作頻率信號；所述發射本振基頻源的輸出端與所述發射倍頻單元的輸入端相連，所述發射倍頻單元的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收本振基頻源的輸出端與所述接收第一本振倍頻單元的輸入端相連；所述接收第一本振倍頻單元的輸出端與所述超外差接收單元的第一本振輸入端相連；所述超外差接收單元的輸入端連接接收天線，第二本振輸入端與所述接收第二本振產生單元的輸出端相連；所述接收第二本振產生單元的兩個輸入端分別接收發射工作頻率信號和接收工作頻率信號。本發明可獲得高信噪比的零中頻IQ信號。
【專利說明】一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端
【技術領域】
[0001]本發明涉及毫米波探測應用【技術領域】，特別是涉及一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端。
【背景技術】
[0002]在一些毫米波雷達或者毫米波三維成像等毫米波探測應用領域中，都需要檢測出回波信號的幅度和相位，以重構探測目標，通常都是通過將毫米波頻率變頻到可處理的正交IQ中頻信號，再通過對IQ信號的數位訊號處理獲得回波信號的幅度和相位，因此如何獲得高信噪比的IQ信號以及儘量簡單的後端數位訊號處理過程則非常重要。
[0003]一種常用的毫米波收發前端是通過對毫米波回波信進行一次正交混頻直接變頻到零中頻IQ信號。該結構由於是採用發射信號作為混頻本振，本振信號和回波信號自相關，因此可以直接對零中頻的IQ信號通過簡單運算獲得回波信號的幅度和相位，但該結構缺點在於從毫米波直接變頻到零中頻會引入大量的低頻噪聲和直流噪聲，無法獲得比超外差接收機好的信噪比。
[0004]另一種毫米波收發前端則是在接收端作二次變頻的超外差結構，該結構的兩次混頻的本振都與發射信號獨立，此時回波信號的幅度和相位都是隨時間變化的隨機值，需要在數字域對IQ信號進行複雜信號處理，增加了信號處理複雜度。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端，可獲得高信噪比的零中頻IQ信號，並且該零中頻IQ信號可以直接通過簡單運算獲得回波信號的幅度和相位。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端，包括發射本振基頻源、接收本振基頻源、發射倍頻單元、接收第一本振倍頻單元、接收第二本振產生單元和超外差接收單元，所述發射本振基頻源用於產生發射工作頻率信號，所述接收本振基頻源用於產生接收工作頻率信號；所述發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率不相等；所述發射本振基頻源的輸出端與所述發射倍頻單元的輸入端相連，所述發射倍頻單元用於將發射工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述發射倍頻單元的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收本振基頻源的輸出端與所述接收第一本振倍頻單元的輸入端相連，所述接收第一本振倍頻單元用於將接收工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述接收第一本振倍頻單元的輸出端與所述超外差接收單元的第一本振輸入端相連；所述超外差接收單元的輸入端連接接收天線用於接收回波信號，第二本振輸入端與所述接收第二本振產生單元的輸出端相連；所述超外差接收單元用於產生零中頻IQ信號；所述接收第二本振產生單元的兩個輸入端分別接收發射工作頻率信號和接收工作頻率信號；所述接收第二本振產生單元用於將發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差擴大N倍。
[0007]所述發射本振基頻源與接收本振基頻源的輸出信號均由鎖相環電路產生，並由外部數字控制單元通過數字接口改變工作頻率。
[0008]所述發射倍頻單元包括第一功分器和第一多級倍頻鏈路；所述第一功分器的輸入端與所述發射本振基頻源的輸出端相連，所述第一功分器的一個輸出端與第一多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的一個輸入端相連；所述第一多級倍頻鏈路的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收第一本振倍頻單元包括第二功分器和第二多級倍頻鏈路；所述第二功分器的輸入端與所述接收本振基頻源的輸出端相連，所述第二功分器的一個輸出端與第二多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的另一個輸入端相連；所述第二多級倍頻鏈路的輸出端與超外差接收單元的第一本振輸入端相連。
[0009]所述接收第二本振產生單元包括依次連接的本振基頻混頻器和第三多級倍頻鏈路；所述本振基頻混頻器用於對發射工作頻率信號和接收工作頻率信號進行混頻得到發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差的信號。
[0010]所述超外差接收單元包括依次連接的低噪聲放大器、單端混頻器、中頻帶通濾波器、中頻放大器和正交IQ混頻器。
[0011]有益效果
[0012]由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本發明在採用超外差接收機結構的基礎上在第二級混頻本振中引入發射信號基頻源，從而使回波信號與本振具有相關性，使得最終混頻得到的零中頻IQ信號可以與直接混頻得到的零中頻IQ信號一樣，通過簡單運算獲得回波信號的幅度和相位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構示意圖；
[0014]圖2是本發明中發射倍頻單元的結構示意圖；
[0015]圖3是本發明中接收第二本振產生單元的結構示意圖；
[0016]圖4是本發明中超外差接收單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0018]本發明的實施方式涉及一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端，如圖1所示，包括發射本振基頻源11、接收本振基頻源12、發射倍頻單元13、接收第一本振倍頻單元14、接收第二本振產生單元16和超外差接收單元15，所述發射本振基頻源11用於產生發射工作頻率信號，所述接收本振基頻源12用於產生接收工作頻率信號；所述發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率不相等；所述發射本振基頻源11的輸出端與所述發射倍頻單元13的輸入端相連，所述發射倍頻單元13用於將發射工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述發射倍頻單元13的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收本振基頻源12的輸出端與所述接收第一本振倍頻單元14的輸入端相連，所述接收第一本振倍頻單元14用於將接收工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述接收第一本振倍頻單元14的輸出端與所述超外差接收單元15的第一本振輸入端相連；所述超外差接收單元15的輸入端連接接收天線用於接收回波信號，第二本振輸入端與所述接收第二本振產生單元16的輸出端相連；所述超外差接收單元15用於產生零中頻IQ信號；所述接收第二本振產生單元16的兩個輸入端分別接收發射工作頻率信號和接收工作頻率信號；所述接收第二本振產生單元16用於將發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差擴大N倍。
[0019]本發明主要通過將發射信號的基頻源引入到第二本振中，從而使回波信號與最後一級混頻本振具有相關性，從而可以直接對零中頻IQ信號進行處理。
[0020]所述發射本振基頻源與接收本振基頻源的輸出信號均由鎖相環電路產生，並由外部數字控制單元通過數字接口改變工作頻率。發射本振基頻源的輸出信號頻率Π與接收本振基頻源的輸出信號頻率f2不一樣，兩者的頻率差值為Λ f = I fl-f2 I，兩者頻率相差不超過5%。
[0021]如圖2所示，所述發射倍頻單元13包括第一功分器和第一多級倍頻鏈路；所述第一功分器的輸入端與所述發射本振基頻源的輸出端相連，所述第一功分器的一個輸出端與第一多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的一個輸入端相連；所述第一多級倍頻鏈路的輸出端與功放或發射天線相連。
[0022]所述接收第一本振倍頻單元包括第二功分器和第二多級倍頻鏈路；所述第二功分器的輸入端與所述接收本振基頻源的輸出端相連，所述第二功分器的一個輸出端與第二多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的另一個輸入端相連；所述第二多級倍頻鏈路的輸出端與超外差接收單元的第一本振輸入端相連。
[0023]發射倍頻單元和接收第一本振倍頻單元由相同的N級倍頻鏈路實現，將發射本振基頻源和接收本振基頻源的輸出信號倍頻到毫米波頻段，同時在信號輸入端將基頻信號通過功分器功分到接收第二本振產生單元。
[0024]如圖3所示，所述接收第二本振產生單元16包括依次連接的本振基頻混頻器161和第三多級倍頻鏈路162 ;所述本振基頻混頻器161用於對發射工作頻率信號和接收工作頻率信號進行混頻得到發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差的信號，該信號再由第三多級倍頻鏈路162擴大N倍後傳輸至所述超外差接收單元的第二本振輸入端。
[0025]如圖4所示，所述超外差接收單元15包括依次連接的低噪聲放大器151、單端混頻器152、中頻帶通濾波器153、中頻放大器154和正交IQ混頻器155。
[0026]該毫米波收發前端的發射頻率為NXfl，回波信號頻率也為NXfl。單端混頻器152的本振頻率為NX f2，單端混頻得到的單端中頻頻率為NX (fl_f2)，此時中頻信號經過相應的中頻帶通濾波器153和中頻放大器154進入到正交IQ混頻器155的射頻輸入端。正交IQ混頻器155的本振頻率為NX (fl-f2)，因此最終可得到零中頻IQ信號。
[0027]不難發現，本發明在採用超外差接收機結構的基礎上在第二級混頻本振中引入發射信號基頻源，從而使回波信號與本振具有相關性，使得最終混頻得到的零中頻IQ信號可以與直接混頻得到的零中頻IQ信號一樣，通過簡單運算獲得回波信號的幅度和相位。
【權利要求】
1.一種基於收發雙源本振的毫米波收發前端，包括發射本振基頻源、接收本振基頻源、發射倍頻單元、接收第一本振倍頻單元、接收第二本振產生單元和超外差接收單元，其特徵在於，所述發射本振基頻源用於產生發射工作頻率信號，所述接收本振基頻源用於產生接收工作頻率信號；所述發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率不相等；所述發射本振基頻源的輸出端與所述發射倍頻單元的輸入端相連，所述發射倍頻單元用於將發射工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述發射倍頻單元的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收本振基頻源的輸出端與所述接收第一本振倍頻單元的輸入端相連，所述接收第一本振倍頻單元用於將接收工作頻率信號的頻率擴大N倍；所述接收第一本振倍頻單元的輸出端與所述超外差接收單元的第一本振輸入端相連；所述超外差接收單元的輸入端連接接收天線用於接收回波信號，第二本振輸入端與所述接收第二本振產生單元的輸出端相連；所述超外差接收單元用於產生零中頻IQ信號；所述接收第二本振產生單元的兩個輸入端分別接收發射工作頻率信號和接收工作頻率信號；所述接收第二本振產生單元用於將發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差擴大N倍。
2.根據權利要求1所述的基於收發雙源本振的毫米波收發前端，其特徵在於，所述發射本振基頻源與接收本振基頻源的輸出信號均由鎖相環電路產生，並由外部數字控制單元通過數字接口改變工作頻率。
3.根據權利要求1所述的基於收發雙源本振的毫米波收發前端，其特徵在於，所述發射倍頻單元包括第一功分器和第一多級倍頻鏈路；所述第一功分器的輸入端與所述發射本振基頻源的輸出端相連，所述第一功分器的一個輸出端與第一多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的一個輸入端相連；所述第一多級倍頻鏈路的輸出端與功放或發射天線相連；所述接收第一本振倍頻單元包括第二功分器和第二多級倍頻鏈路；所述第二功分器的輸入端與所述接收本振基頻源的輸出端相連，所述第二功分器的一個輸出端與第二多級倍頻鏈路的輸入端相連，另一個輸出端與接收第二本振產生單元的另一個輸入端相連；所述第二多級倍頻鏈路的輸出端與超外差接收單元的第一本振輸入端相連。
4.根據權利要求1所述的基於收發雙源本振的毫米波收發前端，其特徵在於，所述接收第二本振產生單元包括依次連接的本振基頻混頻器和第三多級倍頻鏈路；所述本振基頻混頻器用於對發射工作頻率信號和接收工作頻率信號進行混頻得到發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差的信號。
5.根據權利要求1所述的基於收發雙源本振的毫米波收發前端，其特徵在於，所述超外差接收單元包括依次連接的低噪聲放大器、單端混頻器、中頻帶通濾波器、中頻放大器和正交IQ混頻器。
6.根據權利要求1所述的基於收發雙源本振的毫米波收發前端，其特徵在於，所述發射工作頻率信號和接收工作頻率信號的頻率差不超過5%。
【文檔編號】H04B1/40GK104467904SQ201410667842
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】楊明輝, 孫芸, 王志高, 孫曉瑋 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所