一種多通道相位匹配的下變頻鏈路的製作方法
2023-05-12 01:38:16
一種多通道相位匹配的下變頻鏈路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，包括N路下變頻通道、上變頻校驗通道、本振驅動電路以及電源模塊，用於完成多路高頻接收信號下變頻至中頻，應用於飛彈、火箭等飛行器地面測控系統，屬於毫米波電路設計【技術領域】。本發明採用多個下變頻通道共用一個本振架構模式，下變頻通道採用完全相同的架構，保證信號通過路徑產生的相移穩定；採用全新本振鏈路配置模式，為各通道混頻器提供功率相等、頻譜純淨的本振信號；採用高線性的無源混頻器，能夠更好對組合頻率進行抑制。本發明各通道具備一致的相位特性，使各通道在環境條件下相對相位波動小，提高了多通道下變頻通道相對相位性能指標，並具備擴展性，使設備應用更加靈活、方便。
【專利說明】一種多通道相位匹配的下變頻鏈路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種下變頻鏈路，尤其涉及一種多通道相位匹配的毫米波下變頻鏈路，應用於飛彈、火箭等飛行器地面測控系統，完成多路高頻接收信號下變頻至中頻，屬於毫米波電路設計【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著飛彈、火箭等飛行器測控技術的快速發展，測控系統頻段也已經由S頻段向毫米波快速發展，毫米波具有頻帶寬、幹擾少、波束窄等諸多優點，但同時由於其波長短，相位敏感，尤其是多通道間相位一致性更難控制。對於雙通道單脈衝測控體制而言，和路信號與差路信號經下變頻鏈路產生的相位波動變化對測控精度至關重要。通常情況下，設備在完成初始校準後，隨溫度等環境因素變化，多通道間產生的相對相位波動是系統測量誤差的重要來源之一。在高精度的測控系統中，尤其是毫米波頻段，設計低相位波動變頻通道尤為重要。
[0003]現有技術中，一般採用加熱恆溫技術來補償溫度波動而帶來的變頻通道相位波動，但針對多通道模塊進行恆溫設備比較複雜，且加熱恆溫技術使電路工作在較高的溫度下，減少器件工作壽命；同時現有技術多採用諧波混頻模式，以降低本振信號的頻率，但這種模式下混頻輸出相位隨本振功率敏感，多通道間一致性差，不能滿足高精度的測量要求。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，可應用於毫米波波段，具有多通道間相對相位波動小的特點，解決毫米波測控中通道間相位波動的問題。
[0005]本發明的技術解決方案是:一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，包括N路下變頻通道、上變頻校驗通道、本振驅動電路以及電源模塊；
[0006]本振驅動電路將接收的本振信號進行倍頻放大後功分為N路，功分後的信號經過濾波得到N路功率相等、頻譜純淨的本振信號，分別輸出給N路下變頻通道；
[0007]N路下變頻通道的電路組成相同，每一路下變頻通道接收一路聞頻輸入/[目號，在本振驅動電路提供的功率相等、頻譜純淨的本振信號的作用下，將接收的高頻輸入信號下變頻至中頻信號後輸出；
[0008]上變頻校驗通道接收一路中頻信號，並將接收的中頻信號上變頻至校驗高頻信號，分別耦合至N路下變頻通道的輸入端，實現對N路下變頻通道的射頻閉環校準；
[0009]電源模塊為整個鏈路提供直流供電；
[0010]N大於等於1，N由實際需求決定；
[0011]所述每路下變頻通道均包括第一濾波器、第一放大器、混頻器、第一溫補衰減器、第二溫補衰減器、第二濾波器、第三濾波器、第二放大器、數控衰減器、第三放大器和匹配網絡；[0012]第一濾波器對接收高頻輸入信號，進行濾波處理；第一濾波器處理後的信號經第一放大器進行低噪聲放大，放大後的信號輸出給混頻器，混頻器對該信號和經過第一溫補衰減器處理的本振信號進行混頻得到中頻輸出信號，該中頻輸出信號經過第二溫補衰減器處理後依次經過第二濾波器和第三濾波器濾波，濾波後的中頻輸出信號經過第二放大器放大後輸出給數控衰減器，數控衰減器對接收到的中頻輸出信號的增益進行調整，調整後的中頻輸出信號經過第三放大器放大後輸出給匹配網絡，經匹配網絡均衡帶內幅頻特性和相頻特性後向外輸出。
[0013]所述本振驅動電路包括第四放大器、倍頻器、第四濾波器、第五放大器、N個第五濾波器、功分器、電源模塊；
[0014]第四放大器接收本振信號並對其進行放大，倍頻器對經第四放大器放大的本振信號進行倍頻處理，處理後的信號經第四濾波器濾波後輸出給第五放大器放大，第五放大器放大後的信號輸出給功分器，功分器將接收到的信號功分成N路信號，功分後的每一路信號經過一個第五濾波器進行窄帶濾波後輸出給一路下變頻通道，功分後的N路信號經過N個第五濾波器進行窄帶濾波後分別輸出給N路下變頻通道；電源模塊為第三放大器、第四放大器和倍頻器供電。
[0015]所述倍頻器選用美國Hittite公司的HMC576 ;第五濾波器為帶通濾波器；功分器採用輸出各路幅相一致的威爾金森功分器；第三放大器和第四放大器採用輸出IdB壓縮點達2IdBm的放大器。
[0016]混頻器選用無源基波混頻器，實現對組合頻率的抑制；第二濾波器為低通濾波器，第三濾波器為帶通濾波器。
[0017]本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0018](I)本發明採用了多通道匹配設計方法，多通道間物理尺寸嚴格一致，在前期設計和加工階段即進行控制，減少後期調試工作量，實現信號通道絕對相移一致；並採用多個下變頻通道共用一個本振架構模式，同時本振鏈路配置選用了高輸出壓縮點的放大器和功分四路一致性很好的功分網絡，使得本振功率大小滿足變頻本振接口功率,並確保功分後四路本振信號幅度一致性好；並採用窄帶濾波方法，對本振輸出頻譜進行濾波，防止各次諧波及雜波進入變頻通道；採用了無源基波混頻器，並對混頻器本振輸入口與功分器輸出口進行匹配，提高雜波抑制。實現了在寬溫度範圍(_40°C?50°C)，實測多通道間相對相位波動小於8°。現有基於諧波混頻的下變頻信道，輸出相位對本振功率敏感，實測相對相位波動遠遠大於此結果。
[0019](2)現有的本振驅動電路多採用在混頻入口進行放大的方法，以保證本振信號到混頻器入口有足夠的功率，這樣使得各路本振信號產生非線性，使得本振通道相位一致性不好。本發明的本振驅動電路包含本振倍頻、濾波、放大、功分部分,集成度更高,並且將放大模塊設計在功分之前，減小放大器的數量，同時減少各路本振鏈路的不一致性，另外，本振各路設計窄帶濾波器，提高本振頻譜純度。
[0020](3)現有的毫米波下變頻鏈路多為定製化生產，不具備配置能力。本發明的下變頻鏈路，按照共本振可配置思路進行架構，技術指標優良，可根據不同的需求設計成為單路或多路，產品擴展性強，可以完全取代普通的下變頻鏈路，可適用於不同的測量需求，節約開發周期，降低研發成本。【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明設計的4通道下變頻鏈路的原理圖；
[0022]圖2是下變頻通道電路結構圖；
[0023]圖3是本振驅動電路的電路結構圖(以下變頻鏈路為4通道為例)。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施實例並結合附圖對本發明進行詳細的描述。
[0025]本發明提出一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，應用在毫米波頻段，可滿足目前高精度測量要求，同時也可以完全取代普通的下變頻鏈路，可適用於不同的測量需求，降低研發成本，節約開發周期。
[0026]本發明的多通道相位匹配的下變頻鏈路包括N路下變頻通道、上變頻校驗通道、本振驅動電路以及電源模塊，其中N大於等於1，N由實際需求決定。
[0027]本振驅動電路將接收的本振信號進行倍頻放大後功分為N路，功分後的信號經過濾波得到N路功率相等、頻譜純淨的本振信號，分別輸出給N路下變頻通道；
[0028]N路下變頻通道採用完全相同的架構，保證信號通過路徑產生的相移一致。N路下變頻通道分別接收N路高頻輸入信號，每一路下變頻通道接收一路高頻輸入信號，並將接收的高頻輸入信號下變頻至中頻信號後輸出#路下變頻通道的電路組成相同，在本振驅動電路提供的功率相等、頻譜純淨的本振信號的作用下，使得輸入的N路高頻輸入信號通過N路下變頻通道產生的相移穩定，實現N路下變頻通道間的相位變化一致性；
[0029]上變頻校驗通道接收一路中頻信號，在外界本振信號的作用下將接收的中頻信號上變頻至校驗高頻信號，校驗高頻信號經過功分後分別耦合至N路下變頻通道的輸入端，實現對N路下變頻通道的射頻閉環校準；
[0030]電源模塊為整個鏈路提供直流供電，一般為+7V ；
[0031]以N = 4為例，說明本發明的內容。如圖1所示為4通道下變頻鏈路的原理圖。
[0032]本振驅動電路將接收的本振信號進行倍頻放大後功分為4路，功分後的信號經過濾波得到4路功率相等、頻譜純淨的本振信號，分別輸出給4路下變頻通道；
[0033]4路下變頻通道採用完全相同的架構，保證信號通過路徑產生的相移一致。4路下變頻通道分別接收4路高頻輸入信號，每一路下變頻通道接收一路高頻輸入信號，並將接收的高頻輸入信號下變頻至中頻信號後輸出；4路下變頻通道的電路組成相同，在本振驅動電路提供的功率相等、頻譜純淨的本振信號的作用下，使得輸入的4路高頻輸入信號通過4路下變頻通道產生的相移穩定，實現4路下變頻通道間的相位變化一致性；
[0034]上變頻校驗通道與下變頻通道互逆，上變頻校驗通道接收中頻信號，在外界提供的本振信號作用下，將接收的中頻信號經過處理得到校驗高頻信號，並將該校驗高頻信號功分4路後分別耦合至4路下變頻通道輸入端，實現對4路下變頻通道的射頻閉環校準。
[0035]如圖2所示，每路下變頻通道均包括第一濾波器、第一放大器、混頻器、第一溫補衰減器、第二溫補衰減器、第二濾波器、第三濾波器、第二放大器、數控衰減器、第三放大器和匹配網絡。其中第二濾波器為低通濾波器，第三濾波器為帶通濾波器。第一濾波器對高頻輸入信號進行預濾波，對鏡像頻率、上行頻率進行抑制；第一濾波器處理後的信號經第一放大器進行低噪聲放大，以保證接收通道的噪聲性能，放大後的信號輸出給混頻器，混頻器對該信號和經過第一溫補衰減器處理的本振輸出信號進行下變頻得到中頻輸出信號；其中混頻器選用無源混頻器，具有較高的IP3，提高信道的線性度，對組合頻率進行足夠的抑制，防止組合頻率對輸出信號的相位產生擾動，本振信號經第一溫補衰減器處理的作用是確保本振信號隨溫度變化功率穩定；混頻後的中頻輸出信號經過第二溫補衰減器處理後依次經過低通濾波器和中頻濾波器濾波，以保證中頻輸出信號的頻譜純度；濾波後的中頻輸出信號經過第二放大器放大後輸出給數控衰減器進行處理，數控衰減器對變頻通道增益進行調整，適應輸入信號的動態範圍；每路下變頻通道的末級為匹配網絡，匹配網絡對帶內幅頻特性、相頻特性進行均衡；經數控衰減器處理後的中頻輸出信號經過第三放大器放大後輸出給匹配網絡，經匹配網絡處理後向外輸出。其中混頻器選用無源基波混頻器，實現對組合頻率的抑制。
[0036]如圖3所示為對應於4通道下變頻鏈路的本振驅動電路的電路結構圖，本振驅動電路包括第四放大器、倍頻器、第四濾波器、第五放大器、4個第五濾波器、功分器、電源模塊。其中4個第五濾波器均為帶通濾波器。倍頻器對經第四放大器放大的本振信號進行倍頻處理，處理後的信號經第二濾波器濾波後輸出給第五放大器放大，放大後的信號輸出給功分器，功分器將接收到的信號功分成4路信號，4路信號經帶通濾波器濾波後分別輸出給4路下變頻通道(功分後的每一路信號經過一個帶通濾波器進行窄帶濾波後輸出給一路下變頻通道，功分後的4路信號經過4個帶通濾波器進行窄帶濾波後分別輸出給4路下變頻通道)；電源模塊為第四放大器、第五放大器和倍頻器供電。倍頻器選用Hittite公司的HMC576，具有極低的相位噪聲特性，輸出頻帶較寬。兩級濾波器濾除倍頻後產生的各次諧波與雜波，輸出信號具有較高的頻譜純度。功分器採用輸出各路幅相一致的威爾金森(Wilkinson)功分器，各路插損不一致性小於0.ldB，相位不一致性小於1° ;第五放大器採用輸出IdB壓縮點達21dBm的放大器，並且第五放大器工作在飽和階段，輸出功率穩定，力口之在各路下變頻通道的混頻器本振入口設計第一溫補衰減器，確保為各下變頻通道混頻器提供功率相等、頻譜純淨的本振信號。本振驅動電路將放大設計到功分之前，可簡化功分器輸出四路的設計，功分輸出四路一致性更易實現。
[0037]本發明採用多個下變頻通道共用一個本振架構模式，下變頻通道採用完全相同的架構，保證信號通過路徑產生的相移一致；採用全新本振鏈路配置模式，為各通道混頻器提供功率相等、頻譜純淨的本振信號；採用高IP3的無源混頻器，相比諧波混頻器而言，能夠更好對組合頻率進行抑制。採用此種設計模式，各通道具備一致的相位特性，使各通道在環境條件下相對相位波動小，提高了多通道下變頻通道相對相位性能指標，並具備擴展性，使設備應用更加靈活、方便。
[0038]多通道採用統一的架構模式，按照系統功能劃分，分組集成化設計，組內射頻電纜連接採用半剛性電纜進行連接，功能配置靈活，可根據不同的需求設計成為兩路或多路，產品擴展性強，可以完全取代普通的下變頻鏈路，可適用於不同的測量需求，節約開發周期，降低研發成本。
[0039]本發明中未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，其特徵在於:包括N路下變頻通道、上變頻校驗通道、本振驅動電路以及電源模塊； 本振驅動電路將接收的本振信號進行倍頻放大後功分為N路，功分後的信號經過濾波得到N路功率相等、頻譜純淨的本振信號，分別輸出給N路下變頻通道； N路下變頻通道的電路組成相同，每一路下變頻通道接收一路高頻輸入信號，在本振驅動電路提供的功率相等、頻譜純淨的本振信號的作用下，將接收的高頻輸入信號下變頻至中頻信號後輸出； 上變頻校驗通道接收一路中頻信號，並將接收的中頻信號上變頻至校驗高頻信號，分別耦合至N路下變頻通道的輸入端，實現對N路下變頻通道的射頻閉環校準； 電源模塊為整個鏈路提供直流供電； N大於等於1，N由實際需求決定； 所述每路下變頻通道均包括第一濾波器、第一放大器、混頻器、第一溫補衰減器、第二溫補衰減器、第二濾波器、第三濾波器、第二放大器、數控衰減器、第三放大器和匹配網絡； 第一濾波器接收高頻輸入信號，並對接收的高頻輸入信號進行濾波處理；第一濾波器處理後的信號經第一放大器進行低噪聲放大，放大後的信號輸出給混頻器，混頻器對該信號和經過第一溫補衰減器處理的本振信號進行混頻得到中頻輸出信號，該中頻輸出信號經過第二溫補衰減器處理後依次經過第二濾波器和第三濾波器濾波，濾波後的中頻輸出信號經過第二放大器放大後輸出給數控衰減器，數控衰減器對接收到的中頻輸出信號的增益進行調整，調整後的中頻輸出信號經過第三放大器放大後輸出給匹配網絡，經匹配網絡均衡帶內幅頻特性和相頻特性後向外輸出。
2.根據權利要求1所述的一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，其特徵在於:所述本振驅動電路包括第四放大器、倍頻器、第四濾波器、第五放大器、N個第五濾波器、功分器、電源模塊； 第四放大器接收本振信號並對其進行放大，倍頻器對經第四放大器放大的本振信號進行倍頻處理，處理後的信號經第四濾波器濾波後輸出給第五放大器放大，第五放大器放大後的信號輸出給功分器，功分器根據需要將接收到的信號功分成N路信號，功分後的每一路信號經過一個第五濾波器進行窄帶濾波後輸出給一路下變頻通道，功分後的N路信號經過N個第五濾波器進行窄帶濾波後分別輸出給N路下變頻通道；電源模塊為第四放大器、第五放大器和倍頻器供電。
3.根據權利要求2所述的一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，其特徵在於:所述倍頻器選用美國Hittite公司的HMC576 ;第五濾波器為帶通濾波器；功分器採用輸出各路幅相一致的威爾金森功分器；第四放大器和第五放大器均米用輸出IdB壓縮點達21dBm的放大器。
4.根據權利要求1所述的一種多通道相位匹配的下變頻鏈路，其特徵在於:所述混頻器選用無源基波混頻器，實現對組合頻率的抑制；第二濾波器為低通濾波器，第三濾波器為帶通濾波器。
【文檔編號】H03D7/16GK103956975SQ201410216047
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】郭慶, 張廣棟, 劉德喜, 李晉枝 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長徵火箭技術有限公司