2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法

摘要

本发明提供一种2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法，其中，该前端电路包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提供本振信号，通道模块包括限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第一级混频模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块；本振模块包括晶振电路模块、第一本振模块、第二本振模块、时钟模块，第一本振模块、第二本振模块、时钟模块分别与晶振电路模块连接，晶振电路模块将晶振输出的晶振信号放功分成三路，分别输出到第一本振模块、第二本振模块和时钟模块，作为参考信号；第一本振模块与第一级混频模块连接，为其提供本振信号；第二本振模块与第二级混频模块连接，为其提供本振信号。

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其是微波收发电路领域，具体涉及一种2～12GHz宽 带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法。

背景技术

近年来，随着微波集成电路技术及微组装技术的发展，电子系统在设计上主要考虑小型 化、模块化、标准化，以满足产品高性能、高可靠、大容量、小薄轻的要求。尤其是机载和 星载平台对设备尺寸、重量的要求更是苛刻。因此要求微波接收前端向宽频带、体积小、重 量轻、高性能、小型化方向发展。本发明主要针对某高精度快速定位技术小型化微波接收前 端进行深入研究，采用微组装工艺及芯片集成技术实现了微波接收前端小型化设计，有效地 减小了系统的体积并且减轻了设备重量，满足了实际工程需要。

传统的微波前端的设计基本采用单个的部组件集成方式，这种方法是将一些微波部、组 件以电缆链接方式组成具有一定功能接收前端。这种实现方式具有性能指标较好、安装调试 方便等优点，但是整个微波前端体积较大，设备较重量，仅适用一些车载、实验室等体积、 重量要求不高的平台，有一定的局限性。而在无人机、星载等平台对体积、重量要求较为苛 刻，微波前端则要采用微组装工艺及芯片集成技术，实现系统的小型化，体积、重量与部组 件集成方式相比具有较明显的优势。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的旨在提供一种2～12GHz宽带微波前端 电路及2～12GHz微波信号接收方法，利用本发明的2～12GHz宽带微波前端电路和2～ 12GHz微波信号接收方法，可适用于侦测设备，设备在体积、重量、功耗均有较大的性能提 升，满足对设备体积、重量和高性能稳定收发的需求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种2～12GHz宽带微波前端电路，包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相 连接，为其提供本振信号，其中：

所述通道模块包括限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第一级混频模块、滤波 放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块，其中：限幅模块用于接收由一天线截获的 2～12GHz输入信号并进行限幅处理和输出；低噪声放大模块的输入端连接至限幅模块的输 出端，用于提供信号放大处理；开关滤波模块的输入端与低噪声放大模块的输出端连接，用 于选取与该开关滤波模块中滤波器相匹配的频段信号；第一级混频模块的射频端连接至开关 滤波模块的输出端,其本振输入端接收来自所述本振模块输入的第一本振信号，该第一级混 频模块用于将由其射频端输入的信号变换得到一中频信号；滤波放大模块的输入端与第一级 混频模块的输出端连接，对所述第一级混频模块输出的中频信号进行滤波和放大处理，并输 出信号至第二级混频模块；第二级混频模块的射频端连接至滤波放大模块的输出端，其本振 输入端接收来自所述本振模块输入的第二本振信号，该第二级混频模块用于将由其射频端输 入的信号变换得到340±25MHz和400±350MHz的中频信号；中频滤波放大模块的输入端连 接至所述第二级混频模块的输出端，用于将第二级混频模块输出端340±25MHz和 400±350MHz的中频信号进行中频滤波和放大处理后输出至信号处理机；

所述本振模块包括晶振电路模块、第一本振模块、第二本振模块、时钟模块，第一本振 模块、第二本振模块、时钟模块分别与晶振电路模块连接，晶振电路模块将晶振输出的 100MHz信号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块、第二本振模块和时钟模块，作 为第一本振模块、第二本振模块和时钟模块的参考信号；第一本振模块与所述通道模块的第 一级混频模块连接，为该第一级混频模块提供本振信号；第二本振模块与第二级混频模块连 接，为该第二级混频模块提供本振信号。

进一步的实施方式中，所述第一本振模块产生频率为10～15GHz的第一本振信号，所 述第二本振模块产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的第二本振信号

进一步的实施方式中，所述依次连接的限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、第 一级混频模块、滤波放大模块、第二级混频模块和中频滤波放大模块之间均通过电路板50Ω 线连接，所述第一本振模块、第二本振模块、时钟模块分别通过电路板50Ω线与晶振电路 模块连接。

进一步的实施方式中，所述开关滤波模块由两个单刀五掷开关和五个滤波器组成，所述 五个滤波器连接在两个单刀五掷开关之间形成五个支路通道，将输入信号接收频段分为五 段。

进一步的实施方式中，所述滤波放大模块由一个第二开关滤波模块和放大器组成，第二 开关滤波模块的输入端与所述第一级混频模块的输出端连接，放大器的输入端与第二开关滤 波模块的输出端连接且其输出端与第二级混频模块的射频端连接，其中，第二开关滤波模块 由两个单刀四掷开关和四个滤波器组成，四个滤波器连接在两个单刀四掷开关之间形成四个 支路通道。

进一步的实施方式中，中频滤波放大模块由一个第三开关滤波模块、第二放大器及第四 开关滤波模块组成，第三开关滤波模块的输入端连接至所述第二级混频模块的输出端，第二 放大器的输入端连接至第三开关滤波模块的输出端，第四开关滤波模块的输入端连接至第二 放大器的输出端，其中，第三开关滤波模块和第四开关滤波模块均由两个单刀双掷开关和两 个滤波器组成，两个滤波器连接在两个单刀双掷开关之间形成两个支路通道。

进一步的实施方式中，所述限幅模块、低噪声放大模块、开关滤波模块、滤波放大模块、 第二级混频模块和中频滤波放大模块均选用芯片器件，所述第一级混频模块、晶振电路模块、 第一本振模块、第二本振模块和时钟模块均使用表面贴装器件。

根据本发明的改进，还提出一种利用上述2～12GHz宽带微波前端电路实现的2～12GHz 微波信号接收方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、接收一天线截获的2～12GHz输入信号，并对其进行限幅处理；

步骤2、对限幅处理后的信号进行低噪声放大处理；

步骤3、对低噪声放大处理后的信号进行开关滤波，选取滤波器相匹配的频段信号；

步骤4、利用一第一本振信号对步骤3选取出的信号进行混频处理，得到第一中频信号；

步骤5、对步骤4混频得到的第一中频信号进行滤波和放大处理；

步骤6、利用一第二本振信号对步骤5得到的中频信号进行混频处理，得到第二中频信 号；

步骤7、对步骤6得到的第二中频信号进行中频滤波和放大处理；以及

步骤8、将步骤7得到的中频信号输出至一信号处理机。

进一步的实施方式中，所述方法中，第一本振信号为频率范围在10～15GHz的本振信 号，第二本振信号为频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。

由以上本发明的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的显著优点在于：1）各个功能 模块间大部分是由50Ω线相连，噪声系数和中频输出平坦度指标明显提高；2）体积更小、 重量更轻、功耗更低；3）在满足体积更小、重量更轻、功耗更低前提下，可实现高性能的稳 定收发微波信号。

附图说明

图1为本发明一实施方式2～12GHz宽带微波前端电路的电路结构图。

图2为图1实施方式中通道模块的一个示例性电路结构图。

图3为图1实施方式中本振模块的一个示例性电路结构图。

图4为本发明一实施方式2～12GHz微波信号接收方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

下面结合所附图示和实施例，详细说明本发明的实施。

图1为本发明一实施方式2～12GHz宽带微波前端电路的电路结构，其中，一种2～ 12GHz宽带微波前端电路，包括通道模块和本振模块，本振模块与通道模块相连接，为其提 供本振信号。

结合图2所示，通道模块包括限幅模块1、低噪声放大模块2、开关滤波模块3、第一 级混频模块4、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7。

限幅模块1用于接收由一天线截获的2～12GHz输入信号（功率-75～-35dBm）并进行 限幅处理和输出。本实施例中，输入信号先通过限幅模块可以防止天线接收大功率信号时可 能会导致烧毁后级低噪声放大器的危险情况发生。

低噪声放大模块2的输入端连接至限幅模块1的输出端，用于提供信号放大处理。

开关滤波模块3的输入端与低噪声放大模块2的输出端连接，用于选取与该开关滤波模 块3中滤波器相匹配的频段信号。

如图2所示，作为优选的实施方式，所述开关滤波模块3由两个单刀五掷开关（SP5T） 和五个滤波器组成，所述五个滤波器连接在两个单刀五掷开关之间形成五个支路通道，将输 入信号接收频段分为五段。通过开关切换使信号通过该频段的滤波器进入第一级混频器4的 射频端。

第一级混频模块4的射频端连接至开关滤波模块3的输出端，其本振输入端接收来自所 述本振模块输入的第一本振信号，该第一级混频模块4用于将由其射频端输入的信号变换得 到一中频信号。其中：

当输入信号为2～7GHz时，第一本振信号输入为10～15GHz，中频信号输出为 8GHz±25MHz或8GHz±350MHz。

当输入信号为7～12GHz时，第一本振信号输入为10～15GHz，中频输出信号为 3GHz±25MHz或3GHz±350MHz。

滤波放大模块5的输入端与第一级混频模块4的输出端连接，对所述第一级混频模块4 输出的中频信号进行滤波和放大处理，并输出信号至第二级混频模块6。

如图2所示，作为优选的实施方式，所述滤波放大模块5由一个第二开关滤波模块5a 和放大器5b组成，第二开关滤波模块5a的输入端与所述第一级混频模块4的输出端连接， 放大器5b的输入端与第二开关滤波模块5a的输出端连接且其输出端与第二级混频模块6的 射频端连接，其中，第二开关滤波模块5a由两个单刀四掷开关（SP4T）和四个滤波器组成， 四个滤波器连接在两个单刀四掷开关之间形成四个支路通道。通过开关切换使信号通过该频 段的滤波器进入第二级混频器6的射频端。

第二级混频模块6的射频端连接至滤波放大模块5的输出端，其本振输入端接收来自所 述本振模块输入的第二本振信号，该第二级混频模块6用于将由其射频端输入的信号变换得 到340±25MHz和400±350MHz的中频信号。其中：

第二本振信号输入7.66GHz或3.34GHz时，输出中频信号为340±25MHz。

第二本振信号输入7.6GHz或3.4GHz时，输出中频信号为400±350MHz。

如图2所示，中频滤波放大模块7的输入端连接至所述第二级混频模块6的输出端，用 于将第二级混频模块6输出端340±25MHz和400±350MHz的中频信号进行中频滤波和放大 处理后输出至信号处理机。

如图2所示，作为优选的实施方式，中频滤波放大模块7由一个第三开关滤波模块7a、 第二放大器7b及第四开关滤波模块7c组成，第三开关滤波模块7a的输入端连接至所述第 二级混频模块6的输出端，第二放大器7b的输入端连接至第三开关滤波模块7a的输出端， 第四开关滤波模块7c的输入端连接至第二放大器7b的输出端，其中，第三开关滤波模块7a 和第四开关滤波模块7c均由两个单刀双掷开关（SP2T）和两个滤波器组成，两个滤波器连 接在两个单刀双掷开关之间形成两个支路通道。通过开关切换使信号通过该频段的滤波器输 出至信号处理机。

图3为图1实施方式中本振模块的一个示例性电路结构图，其中，本振模块包括晶振电 路模块8、第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11，第一本振模块9、第二本振模 块10、时钟模块11分别与晶振电路模块8连接，晶振电路模块8将晶振输出的100MHz信 号放大后功分成三路，分别输出到第一本振模块9、第二本振模块10和时钟模块11，作为 第一本振模块9、第二本振模块10和时钟模块11的参考信号。第一本振模块9与所述通道 模块的第一级混频模块4连接，为该第一级混频模块提供本振信号；第二本振模块10与第 二级混频模块6连接，为该第二级混频模块6提供本振信号。

所述第一本振模块9产生频率为10～15GHz的第一本振信号，所述第二本振模块10产 生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的第二本振信号。

具体地，如图3所示，晶振电路模块8将晶振输出的100MHz信号放大后功分成三路， 分别输出到第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11作为参考信号。

第一本振模块9产生频率为10～15GHz的本振信号，具体电路是采用锁相方式，选用 从ADF4106鉴相器芯片，VCO耦合的信号与参考晶振输出的信号分别经过ADF4106芯片 内部N分频器和R分频器后进行相位比较，所产生的相位误差电压经环路滤波放大后控制 VCO调谐端Vt，再通过串行码控制N、R分频器，锁定时即可输出稳定的5～7.5GHz的信 号，将5～7.5GHz进行2倍频，经过开关滤波、放大后获得10～15GHz的信号。

第二本振模块10是产生频率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。具 体电路也是采用锁相方式，锁相源输出3.83GHz、3.8GHz、3.34GHz和3.4GHz四个点的信 号，3.83GHz和3.8GHz信号进行2倍频后经过滤波、放大后获得7.66GHz和7.6GHz信号， 3.34GHz和3.4GHz信号经过开关选通直接输出。

时钟模块11是产生150MHz的时钟信号输出，具体电路采用分频、倍频方式，100MHz 信号分频输出50MHz信号再进行饱和放大取谐波150MHz信号，滤波后再进行功率放大， 最终滤波输出。

作为优选的实施方式，所述依次连接的限幅模块1、低噪声放大模块2、开关滤波模块 3、第一级混频模块4、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7之间均通 过电路板50Ω线连接，所述第一本振模块9、第二本振模块10、时钟模块11分别通过电路 板50Ω线与晶振电路模块8连接。

为实现小型化和高可靠性的设计要求，本实施例中，所述限幅模块1、低噪声放大模块 2、开关滤波模块3、滤波放大模块5、第二级混频模块6和中频滤波放大模块7均选用芯片 器件，所述第一级混频模块4、晶振电路模块8、一本振模块9、二本振模块10和时钟模块 11均使用表面贴装器件，因此组装成的2～12GHz宽带微波前端电路具有高灵敏度、体积小、 重量轻、高性能等优点。

作为优选的实施方式，图2所示的实施例中，限幅模块1采用NC1803C-218芯片；低 噪声放大器2采用CHA3218-99F和FM3058两个放大器级联形成，开关滤波模块5中的每 个SP5T开关由HMC641开关和HMC347开关组成，其中的滤波器选用MEMS滤波器；第 一级混频器4采用M2H-0220LE滤波器；滤波放大模块5中的每个SP4T由2个HMC641 开关组成，放大器5b采用HMC462放大器；第二级混频器6采用NC1708C-308芯片；中频 滤波放大模块7中，SP2T采用HMC347开关，滤波器为LC滤波器2FL750/B340-50，第二 放大器7b采用MAAM02350放大器。

作为优选的实施方式，图3所示的实施例中，晶振电路模块8中的100MHz晶振器采用 PFTC13-0008晶体振荡器，放大器采用H1C51188A放大器，功分器采用ADP-2-20功分器。

第一本振模块9中，VCO采用HMC587LP4压控振荡器，鉴相器采用的型号为 ADF4108BCPZ，倍频器采用的型号为AMMC-6120，滤波器为MEMS滤波器，其中的SP3T 开关为HMC641开关。

第二本振模块10中，VCO采用HEV0360N压控振荡器，鉴相器采用的型号为 ADF4106BRU，倍频器采用的型号为AMMC-6120，滤波器BWLF-3.5，其中的SP2T开关为 HMC637开关，最后的放大器为HMC462。

时钟模块11中，分频器采用HMC361S8G，两个放大器分别为NBB500、NBB300，滤 波器均为LC滤波器。

图4所示为利用上述2～12GHz宽带微波前端电路实现的2～12GHz微波信号接收方法 的实现流程，其中，2～12GHz微波信号接收方法包括以下步骤：

步骤1、接收一天线截获的2～12GHz输入信号，并对其进行限幅处理；

步骤2、对限幅处理后的信号进行低噪声放大处理；

步骤3、对低噪声放大处理后的信号进行开关滤波，选取滤波器相匹配的频段信号；

步骤4、利用一第一本振信号对步骤3选取出的信号进行混频处理，得到第一中频信号；

步骤5、对步骤4混频得到的第一中频信号进行滤波和放大处理；

步骤6、利用一第二本振信号对步骤5得到的中频信号进行混频处理，得到第二中频信 号；

步骤7、对步骤6得到的第二中频信号进行中频滤波和放大处理；以及

步骤8、将步骤7得到的中频信号输出至一信号处理机。

所述方法中，第一本振信号为频率范围在10～15GHz的本振信号，第二本振信号为频 率为7.66GHz、7.6GHz、3.34GHz和3.4GHz的本振信号。

上述步骤1-步骤8所进行的信号处理，已如图1-图3所示进行了说明。

综上所述，本发明提供的2～12GHz宽带微波前端电路及2～12GHz微波信号接收方法， 可适用于多种平台搭载的侦测设备上，其平台设备在体积、重量、功耗均有较大的性能提升， 满足对设备体积、重量和高性能稳定收发的需求。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域 中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本 发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。