一種Ka頻段下變頻系統的製作方法
2023-10-05 04:27:54 2
一種Ka頻段下變頻系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種Ka頻段下變頻系統，其包括：一安裝本體，其上表面和下表面上分別設有第一腔體和第二腔體；一工作在Ka頻段、用於接收射頻信號和本振頻率的IQ接收機晶片，其通過一射頻電路板固定連接在所述第一腔體中；一與所述IQ接收機晶片連接、用於將所述射頻信號的射頻頻率變頻至中頻頻率的中頻轉換模塊，其通過一中頻電路板可拆卸地連接在所述第一腔體中；以及與所述IQ接收機晶片和所述中頻轉換模塊連接的供電電路板，其設置在所述第二腔體中。本實用新型可以將射頻頻率內的所有射頻信號無混疊地直接變頻至中頻頻率；本實用新型通過將IQ接收機晶片、中頻轉換模塊和供電電路板集成在同一安裝本體中，從而實現了整個系統的小型化。
【專利說明】一種Ka頻段下變頻系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及射電天文領域，尤其涉及一種Ka頻段下變頻系統。
【背景技術】
[0002]在射電天文領域，單邊帶接收機與雙邊帶外差接收機相比，由於其抑制了閒置邊帶的大氣噪聲、避免了兩個邊帶增益比不易確定的弱點，因此，單邊帶接收機具有較高的譜線觀測靈敏度和幅度校準精度。
[0003]為了實驗測試Ka頻段單邊帶接收系統的增益、噪聲特性，並驗證進行微波全息測量的可行性，現有技術中基於MMIC (單片微波集成電路)晶片設計了一對Ka頻段下變頻系統，該系統採用了通過IQ鏡像抑制混頻器獲得單邊帶的方式，從而使得系統簡化、靈活，並且避免射頻濾波器的設計，通過改變本振信號，可以把整個帶內RF頻率(27GHz?34GHz)逐段搬移到IF頻率(0.5GHz?IGHz)內；然而其缺點是:由於這種系統的射頻模塊與中頻轉換模塊相互獨立，即沒有固定的射頻濾波器，因此其鏡像抑制度不夠理想，這就意味著部分閒置邊帶能量將混疊到所需邊帶內，就噪聲而言，與雙邊帶混頻相比，噪聲反而會提高一倍左右；而且這種系統的電源位置，系統整體結構複雜、體積較大，因此目前需要對這種系統進行改進。
實用新型內容
[0004]為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型旨在提供一種Ka頻段下變頻系統，以使射頻信號無混疊地直接變頻至中頻帶寬內，並有效減小系統體積。
[0005]本實用新型所述的一種Ka頻段下變頻系統，所述系統包括:
[0006]一安裝本體，其上表面和下表面上分別設有第一腔體和第二腔體；
[0007]一工作在Ka頻段、用於接收射頻信號和本振頻率的IQ接收機晶片，其通過一射頻電路板固定連接在所述第一腔體中；
[0008]一與所述IQ接收機晶片連接、用於將所述射頻信號的射頻頻率變頻至中頻頻率的中頻轉換模塊，其通過一中頻電路板可拆卸地連接在所述第一腔體中；以及
[0009]與所述IQ接收機晶片和所述中頻轉換模塊連接的供電電路板，其設置在所述第
二腔體中。
[0010]在上述的Ka頻段下變頻系統中，所述中頻轉換模塊包括依次連接的中頻電橋、第一中頻放大器、中頻濾波器和第二中頻放大器，其中，所述中頻電橋與所述IQ接收機晶片連接。
[0011]在上述的Ka頻段下變頻系統中，所述IQ接收機晶片包括一接收所述射頻信號和本振頻率的IQ混頻器,該IQ混頻器的I路輸出端和Q路輸出端與所述中頻電橋連接。
[0012]在上述的Ka頻段下變頻系統中，所述第一腔體包括用於容置所述射頻電路板的第一部分、用於容置所述中頻電路板的第二部分以及連接所述第一部分和第二部分的過渡部分。[0013]在上述的Ka頻段下變頻系統中，所述射頻電路板通過銀膠燒接至所述第一部分中，且所述第一部分的表面為鍍金表面。
[0014]在上述的Ka頻段下變頻系統中，所述過渡部分為一狹窄溝槽。
[0015]由於採用了上述的技術解決方案，本實用新型通過使射頻信號直接進入固定連接在第一腔體中的現有的IQ接收機晶片，並在該IQ接收機晶片的輸出端跨接可拆卸地連接在第一腔體中的中頻轉換模塊，從而可以通過改變本振頻率將射頻頻率(27GHz?34GHz)內的所有射頻信號無混疊地直接變頻至中頻頻率(0.5GHz?IGHz);本實用新型通過將IQ接收機晶片、中頻轉換模塊和供電電路板集成在同一安裝本體中，從而實現了整個系統的小型化，有效簡化了系統結構。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的Ka頻段下變頻系統的框圖；
[0017]圖2是本實用新型的Ka頻段下變頻系統的正面結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型的Ka頻段下變頻系統的反面結構示意圖；
[0019]圖4是由兩套本實用新型的Ka頻段下變頻系統所組成的雙通道接收系統的框圖；
[0020]圖5是圖4的雙通道接收系統的RF接頭的Sll測試曲線圖；
[0021]圖6是圖4的雙通道接收系統的LO接頭的Sll測試曲線圖；
[0022]圖7是圖4的雙通道接收系統在27GHz?27.5GHz下的轉換增益和鏡像抑制度的曲線圖；
[0023]圖8是圖4的雙通道接收系統在29GHz?29.5GHz下的轉換增益和鏡像抑制度的曲線圖；
[0024]圖9是圖4的雙通道接收系統在31GHz?31.5GHz下的轉換增益和鏡像抑制度的曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，並予以詳細描述。
[0026]如圖1-3所示，本實用新型，即一種Ka頻段下變頻系統，包括:
[0027]—安裝本體I，其上表面和下表面上分別設有第一腔體和第二腔體12,其中，第一腔體包括第一部分111、第二部分112和連接該第一部分和第二部分的過渡部分113 (在本實施例中，該過渡部分113為相對狹窄的溝槽)；
[0028]一工作在Ka頻段、用於接收射頻信號(通過RF2.9mm接頭5接收)和本振頻率(通過LO SMA接頭6接收)的IQ接收機晶片2，其通過射頻電路板20固定連接在第一腔體中，具體來說，為了保證良好的接地，該射頻電路板20通過銀膠燒接至相對獨立的第一部分111內，且該第一部分111的表面為經過鍍金處理的表面；在本實施例中，射頻電路板20採用Rogers5880,0.254mm 厚度板材；
[0029]一與IQ接收機晶片2連接、用於將射頻信號的射頻頻率變頻至中頻頻率的中頻轉換模塊3 (工作在2GHz以下)，其通過中頻電路板30可拆卸地連接在第一腔體中，在本實施例中，該中頻電路板30採用ROgers4350B，0.5mm厚度板材，並採用螺釘固定在第一腔體的第二部分112中，從而可便於拆卸替換中頻轉換模塊3 ;以及
[0030]與IQ接收機晶片2和中頻轉換模塊3連接的供電電路板40，其設置在第二腔體2中，其通過腔體通孔(圖中未示)向IQ接收機晶片2和中頻轉換模塊3供電，因此，整個系統外部只需提供唯一的5V電源即可)。
[0031]在本發明中，IQ接收機晶片2包括一接收射頻信號和本振頻率的IQ混頻器21 ;中頻轉換模塊3包括依次連接的中頻電橋31 (本實施例中為0/90度電橋)、第一中頻放大器32、中頻濾波器33和第二中頻放大器34，其中，中頻電橋31分別與IQ接收機晶片2的I路輸出端和Q路輸出端連接；因此，只要選用不同的中頻電橋31、中頻濾波器33和第一、第二放大器32、34設計，即可滿足DC?2GHz中頻範圍的任意選擇和增益需求(在本實施例中，整個中頻轉換模塊3的通道提供約45dB的增益)。
[0032]在本發明中，IQ接收機晶片2採用的是麗IX BROADBAND公司的R1019-QH接收機晶片，該晶片主要具有如下的功能特點:
[0033]I) RF輸入頻率覆蓋27GHz?34GHz ;中頻輸出DC?2GHz ;本振輸入頻率12.5GHz ?18GHz ；
[0034]2)集成了低噪聲放大器、鏡像抑制混頻器以及2倍頻本振緩衝放大功能；
[0035]3)具有13dB的轉換增益，2.5dB的噪聲係數；
[0036]4)晶片體型小，尺寸僅為4mmx4mm, QFN封裝。
[0037]因此,整個IQ接收機功能被緊湊地集成在一顆4mmx4mm的晶片上,而且採用了本振內部倍頻功能，這樣對外部本振源的要求就弱化了，因為常規的實驗室(包括佘山微波實驗室)提供30GHz以上的信號源通常比較困難，而提供20GHz以下的信號則比較容易。
[0038]對於本發明而言，IQ接收機晶片2被安置在一個相對獨立的小型腔體內，這樣可以有效避免高次模傳播，其射頻輸入和本振呈對稱布置，I路輸出和Q路輸出通過相對狹窄的溝槽與90度電橋相連。
[0039]在本發明中，供電電路板40主要採用的電源晶片為LTl117-3.0型線性電源穩壓晶片和MAX660型CMOS電壓轉換晶片，其中，LTl117-3.0晶片的主要功能是把外部輸入的
5.0V電壓穩壓到3.0V輸出；MAX660晶片的主要功能是把3.0V電壓轉換為_3.0V電壓；供電電路板40還採用了分壓電路，以產生-0.36V電壓。
[0040]為了驗證在Ka頻段進行微波全息測量的可能性，必須驗證兩套本實用新型的Ka頻段下變頻系統互相關相位的穩定性情況，因此設計了如圖4所示的雙通道接收系統，並分別測試了該接收系統的RF接頭5 (用於接收射頻信號)和LO接頭6 (用於接收本振頻率)的回波特性(S11)、變頻增益、鏡像抑制性能和噪聲因子。
[0041]RF接頭5的Sll測試曲線圖5所示；目前採用的RF接頭為K型接頭，從圖5中可以看出，在31GHz以下，RF接頭5的Sll測試曲線(test曲線表示)比datasheet晶片(datasheet晶片的測量應當是在探針臺上的測試結果)所給出的特性曲線更惡化，但是在31GHz以上則有不錯的表現。
[0042]LO接頭6的Sll測試曲線如圖6所示，從圖6可以看到LO接頭6的實際測量的結果(test曲線表示)與datasheet晶片給出結果相當,在17GHz?18GHz上甚至還好些。
[0043]由於實驗室的網分不具備下變頻系統直接測試功能。因此需要採用倍頻器、信號發生器以及頻譜儀組合的方式(儀器均事先進行幅度標定，並且用相同的外標頻IOMHz同步),實現27GHz?27.5GHz, 29GHz?29.5GHz，31GHz?31.5GHz頻帶內的變頻增益和鏡像抑制測量；具體來說，首先由50GHz頻譜儀標定倍頻器輸出信號(例如，27GHz?27.5GHz，取11個點)的功率A ;然後讓信號發生器再次產生相同的掃頻信號並把DUT接入，通過相同的頻譜儀在0.5GHz?IGHz上測取功率值B，B與A的dB差值就是轉換增益。
[0044]在進行鏡像抑制測量前，除了標定倍頻器輸出信號(例如，27GHz?27.5GHz，取11個點)的功率A，還需要標定其鏡像頻率(28.5GHz?29GHz，同樣取11個點)信號的功率C，記錄A與C的功率差(以本振28GHz為對稱點，逐對作差)，記這個差值為D，該差值D將用來修正鏡像抑制度。這主要是因為倍頻器在不同頻率上輸出的功率值有所差異，如果不標定，這種差異就會帶入鏡像抑制度的測量結果。通過標定上下邊帶信號的功率，測試過程中，信號發生器保持固定功率，改變頻率設置就可以完成測試。
[0045]需要注意的是:在測試鏡像抑制度過程中，還需要補償上下邊帶的轉換增益差，這對於上下邊帶同時輸出的系統很容易測試，只要分別輸入相同功率的對稱信號(相對於本振對稱)，然後測試中頻埠上下邊帶上對應頻點的功率，其差值E就是上下邊帶轉換增益補償值。由於目前系統只輸出單邊帶(下邊帶)信號，因此上下邊帶轉換增益差無法直接測試得到，這裡採用晶片文檔的參考值進行補償，其不確定度為IdB左右。
[0046]最後測定了三個頻段27GHz ?27.5GHz、29GHz ?29.5GHz、31GHz ?31.5GHz 上的轉換增益和鏡像抑制度(如圖7-9所示)，可以看出帶內增益(Gain曲線表示)基本在45dB，鏡像抑制度(Image Rejection曲線表示)在17dB?23dB之間，這與IQ接收機晶片資料提供的優於20dB參考值相比略差些，這應當與IQ接收機晶片後接的中頻電橋的相位不平衡度有主要關係，目前本實施例中採用的90度電橋為Anarenl 1304-3S，相位不平衡度為±3度。
[0047]以上所述的，僅為本實用新型的較佳實施例，並非用以限定本實用新型的範圍，本實用新型的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本實用新型申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本實用新型專利的權利要求保護範圍。本實用新型未詳盡描述的均為常規技術內容。
【權利要求】
1.一種Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述系統包括: 一安裝本體，其上表面和下表面上分別設有第一腔體和第二腔體； 一工作在Ka頻段、用於接收射頻信號和本振頻率的IQ接收機晶片，其通過一射頻電路板固定連接在所述第一腔體中； 一與所述IQ接收機晶片連接、用於將所述射頻信號的射頻頻率變頻至中頻頻率的中頻轉換模塊，其通過一中頻電路板可拆卸地連接在所述第一腔體中；以及 與所述IQ接收機晶片和所述中頻轉換模塊連接的供電電路板，其設置在所述第二腔體中。
2.根據權利要求1所述的Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述中頻轉換模塊包括依次連接的中頻電橋、第一中頻放大器、中頻濾波器和第二中頻放大器，其中，所述中頻電橋與所述IQ接收機晶片連接。
3.根據權利要求2所述的Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述IQ接收機晶片包括一接收所述射頻信號和本振頻率的IQ混頻器,該IQ混頻器的I路輸出端和Q路輸出端與所述中頻電橋連接。
4.根據權利要求1、2或3所述的Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述第一腔體包括用於容置所述射頻電路板的第一部分、用於容置所述中頻電路板的第二部分以及連接所述第一部分和第二部分的過渡部分。
5.根據權利要求4所述的Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述射頻電路板通過銀膠燒接至所述第一部分中，且所述第一部分的表面為鍍金表面。
6.根據權利要求4所述的Ka頻段下變頻系統，其特徵在於，所述過渡部分為一狹窄溝槽。
【文檔編號】H03D7/16GK203660989SQ201320718528
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】王錦清, 苟偉, 虞林峰, 顧曉婕 申請人:中國科學院上海天文臺