一种宽带多功能可重构变频组件及实现重构变频的方法与流程

1.本发明属于用于多功能干扰设备的变频组件，涉及一种宽带多功能可重构变频组件及实现重构变频的方法。


背景技术：

2.射频微波收发系统广泛的应用于雷达、电子对抗和无限移动通信等电子系统设备中。而几乎每个微波收发系统都会涉及频率的变化，所以变频模块是该系统中重要组成部分，用于将接收信号变频至基带信号后处理,或者将基带信号变频后发射出去。描述这种产品性能的主要技术指标有:1)工作频率带宽；2)输出信号平坦度；3)动态范围；4)输入和输出端电压驻波比；5)开关速度；6)电路尺寸；7)输出功率ldb压缩点；8)电路间电性能的一致性。目前传统变频组件的主要缺点是：1)工作模式固定；2)为避免镜频信号干扰,前段预先滤波器分段最少需要分8段,所以最少需要8路开关滤波网络,开关滤波网络的增加带来插损增加,需要更多放大器补偿增益；3)数量、种类繁多的器件装配会使得组件体积难以缩小；4)通道相位一致性差。


技术实现要素：

3.要解决的技术问题
4.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种宽带多功能可重构变频组件及实现重构变频的方法，在传统的变频组件的基础上，实现了功能可重构、减小了组件尺寸、提高预选滤波的抑制比、改善了相位一致性。
5.技术方案
6.一种宽带多功能可重构变频组件，其特征在于包括射频收发矩阵电路、两路高抑制比开关滤波器组和两路变频链路；所述射频收发矩阵电路包括四个单刀双掷开关输出连接四个功分器，四个功分器连接两个开关，其中：a开关的两个端口分别连接第一功分器和第二功分器，b开关两个端口分别连接第一功分器和第三功分器，c开关两个端口分别连接第二功分器和第四功分器，d开关两个端口分别连接第三功分器和第四功分器；第一功分器和第二功分器连接一个sp2t，第三功分器和第四功分器的输出端连接另一个sp2t，两个sp2t分别连接各自的高抑制比开关滤波器组，高抑制比开关滤波器组各自连接一个变频链路；接收信号时，射频收发矩阵电路将四路射频信号组合为两路射频信号，两路射频信号分别通过各自高抑制比开关滤波器组输入各自变频链路，每个变频链路输出两路中频信号，两个变频链路输出四路中频信号；发送信号时，输入的射频信号通过变频链路中的信号驱动电路，放大后再经过高抑制比开关滤波器组和收发矩阵后输出。
7.所述高抑制比开关滤波器组采用两级硅基mems开关滤波器组，两级之间连接一个高压缩点放大器。
8.所述变频链路包括下变频电路、带通滤波器和信号驱动电路；输入端是与高抑制比开关滤波器组连接的sp2t，sp2t输入连接信号驱动电路，信号驱动电路的输入为发送射
频信号；sp2t的输出连接第一下变频电路和功分器，功分器的一路输出连接第一带通滤波器，第一带通滤波器输出一路中频信号；功分器的另一路输出连接第二下变频电路和第二带通滤波器，第一带通滤波器输出另一路中频信号。
9.所述第一带通滤波器采用1ghz带通滤波器。
10.所述第二带通滤波器采用40mhz带通滤波器。
11.所述射频收发矩阵电路1采用双向放大器，在变频组件发射信号时作为功分器使用。
12.一种利用所述宽带多功能可重构变频组件实现重构变频的方法，其特征在于步骤如下：
13.接收信号：
14.步骤1：将a、b、c和d四路射频信号组合为两路射频信号e和f；所述e等于a+b或a+c；所述f等于c+d或b+d；
15.步骤2：分别采用高抑制比开关滤波对两路射频信号进行预选滤波，得到预选射频信号；所述滤波与后级滤波相对应；
16.所述预选滤波采用两级8段滤波；两级之间对信号进行高压缩点放大；
17.步骤3：经过预选滤波后的射频信号进行下变频，与第一本振信号混频后经功分器输出两路中频信号；
18.步骤4：一路中频信号通过带通滤波处理后输出1ghz带宽的中频信号，作为电子侦察、有源干扰信号；
19.另一路中频信号进入下变频，与第二本振信号进行二次混频后，通过带通滤波处理，输出40mhz带宽的中频信号2，作为雷达通信信号；
20.发送信号时：射频信号通过信号驱动电路放大，然后经sp2t1输出，通过高抑制比开关滤波后，通过作为功分器的射频收发矩阵对信号放大分成四路后发射。
21.所述a、b、c和d四路射频信号为多功能干扰系统阵面t/r组件的4路射频信号。
22.所述e为a+b，射频信号f为c+d，使四路信号上下合成使阵面分为左右子阵，能够形成多列射频信号用于无栅瓣全方位的宽带dbf。
23.所述射频信号e是a+c，射频信号f为b+d，使四路信号左右合成使阵面分为上下子阵，能够形成和差波束用于雷达测角。
24.有益效果
25.本发明提出的一种宽带多功能可重构变频组件及实现重构变频的方法，包括射频收发矩阵、高抑制比开关滤波器组，变频链路等部分。本变频组件具备收发一体功能，接收通道中，射频收发矩阵将输入的4路射频信号进行组合后输出两路射频信号，送至高抑制比开关滤波器组进行预选滤波，最终经变频链路与本振信号进行混频输出两路中频信号；发射通道中，射频信号经过变频链路中的驱动电路放大后输出。本变频组件输出两种带宽的中频信号，可分别应用于电子侦察和雷达两种工作场景，并通过相位校正方法减小通道间相位误差。
26.本技术与现有技术比，其显著特点是：1、变频组件功能可重构，表现为可选工作带宽、收发一体、射频选择性；2、预选滤波器采用两级硅基mems开关滤波器组，并在级间增加高压缩点放大器提高预选滤波的抑制比。与传统分立器件组成的开关滤波器组相比，尺寸
得到大幅降低。
附图说明
27.图1为本发明的宽带多功能可重构变频组件电路结构框图；
28.图2为本发明的子阵信号分配图；
29.图3为本发明的射频收发矩阵电路结构框图；
30.图4为本发明的高抑制比开关滤波器组电路结构框图；
31.图5为本发明的变频链路电路结构框图。
具体实施方式
32.现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
33.一种宽带多功能可重构变频组件，其特征在于，包括：
34.射频收发矩阵电路1：四路射频信号经过射频收发矩阵电路1输出两路射频信号，通过射频收发矩阵电路1中的开关矩阵作用，两路射频信号具备两种组合形式，以满足电子对抗系统中不同的子阵结构；同时射频收发矩阵电路1采用双向放大器，在变频组件发射信号时可以作为功分器使用；
35.高抑制比开关滤波器组2：变频组件通过高抑制比开关滤波器组2对射频信号进行预选滤波，为了获得较高的抑制比，本开关滤波器组由两个性能相同的8通道开关滤波器组成，这种设计可以对接收到的射频信号进行分段处理，满足了宽频带的要求，同时采用两级硅基mems开关滤波器组，并在级间增加高压缩点放大器提高预选滤波的抑制比。与传统分立器件组成的开关滤波器组相比，尺寸得到大幅降低；
36.变频链路3：变频链路由下变频电路和信号驱动电路组成。下变频电路中，输入的射频信号第一次变频后经功分器输出两路中频信号，一路中频信号通过1ghz带通滤波器输出；另一路中频信号二次变频后通过40mhz带通滤波器输出；信号驱动电路中，输入的射频信号经过放大后再经过高抑制比开关滤波器组和收发矩阵后输出。
37.变频组件功能可重构，表现为
①
可选工作带宽：本变频组件输出两种带宽的中频信号，可分别应用于电子侦察和雷达两种工作场景；
②
收发一体：相比于传统的变频组件设计思路，本发明采用的电路设计对信号接收和发射具有快速切换的功能；
③
射频选择性：本变频组件的4路射频信号经过开关矩阵可输出2种组合形式的射频信号，以满足电子对抗系统中不同的工作模式。
38.预选滤波器采用两级硅基mems开关滤波器组，并在级间增加高压缩点放大器提高预选滤波的抑制比。与传统分立器件组成的开关滤波器组相比，尺寸得到大幅降低。
39.采用相位校正法，使4路射频输出中一路相位为基准，调整另外3路的相位大小，将通道间相位误差控制在
±
15
°
以内。
40.如图1所示，本发明一种宽带多功能可重构变频组件，可应用于多功能干扰系统。
41.首先接收信号时，本变频组件接收来自多功能干扰系统阵面t/r组件的4路射频信号，4路射频信号a、b、c、d进入射频收发矩阵1，每路信号经过一个单刀双掷开关，根据系统控制要求，选择与后级功分器对应的开关输出。假设射频信号a通过sp2t1时由端口a输出至功分器1，射频信号b通过sp2t2时由端口a输出至功分器1，射频信号c通过sp2t3时由端口b
输出至功分器4，射频信号d通过sp2t4时由端口b输出至功分器4，得到输出的射频信号e为a+b，射频信号f为c+d，如图2，这种组合方式使四路信号上下合成使阵面分为左右子阵，能够形成多列射频信号用于无栅瓣全方位的宽带dbf；依次类推，射频信号e也可以是a+c，射频信号f为b+d，这种组合方式使四路信号左右合成使阵面分为上下子阵，能够形成和差波束用于雷达测角；
42.通过射频收发矩阵1的两路射频信号再经过高抑制比开关滤波器组(2)进行预选滤波器，高抑制比开关滤波器组由两个性能相同的8通道开关滤波器通过双向放大器级联而成。如图3所示，接收信号时，射频信号从开关滤波器组1的a端进入，首先会经过一个单刀多掷的开关u1，根据系统控制要求，选择与后级滤波器对应的开关输出，假设开关滤波器组1和2的单刀多掷开关u1和u2的通道1同时打开，其他通道关闭，信号路径应该为a-b1-c1-d-a-b1-c1-d，最终射频信号从开关滤波器2的d端输出。以此类推，接收信号时，射频信号的信号路径可以为a-bn-cn-d-a-bn-cn-d,n＝1～8正整数；同理发射信号时，射频信号从开关滤波器2的d端进入，由开关滤波器1的a输出，发射信号路径可以为d-cn-bn-a-dn-cn-bn-a,n＝1～8正整数；
43.经过预选滤波后，射频信号通过变频链路3的单关双掷开关选择进入下变频电路1，射频信号与本振信号1混频后经功分器输出两路中频信号，一路中频信号通过带通滤波器1输出1ghz带宽的中频信号1，另一路中频信号进入下变频电路2，与本振信号2进行二次混频后，送至带通滤波器2，输出40mhz带宽的中频信号2；
44.发射信号时，射频信号通过信号驱动电路，然后经sp2t1输出，送至高抑制比开关滤波器组2，通过射频收发矩阵1分成四路后输出。

技术特征：
1.一种宽带多功能可重构变频组件，其特征在于包括射频收发矩阵电路、两路高抑制比开关滤波器组和两路变频链路；所述射频收发矩阵电路包括四个单刀双掷开关输出连接四个功分器，四个功分器连接两个开关，其中：a开关的两个端口分别连接第一功分器和第二功分器，b开关两个端口分别连接第一功分器和第三功分器，c开关两个端口分别连接第二功分器和第四功分器，d开关两个端口分别连接第三功分器和第四功分器；第一功分器和第二功分器连接一个sp2t，第三功分器和第四功分器的输出端连接另一个sp2t，两个sp2t分别连接各自的高抑制比开关滤波器组，高抑制比开关滤波器组各自连接一个变频链路；接收信号时，射频收发矩阵电路将四路射频信号组合为两路射频信号，两路射频信号分别通过各自高抑制比开关滤波器组输入各自变频链路，每个变频链路输出两路中频信号，两个变频链路输出四路中频信号；发送信号时，输入的射频信号通过变频链路中的信号驱动电路，放大后再经过高抑制比开关滤波器组和收发矩阵后输出。2.根据权利要求1所述宽带多功能可重构变频组件，其特征在于：所述高抑制比开关滤波器组采用两级硅基mems开关滤波器组，两级之间连接一个高压缩点放大器。3.根据权利要求1所述宽带多功能可重构变频组件，其特征在于：所述变频链路包括下变频电路、带通滤波器和信号驱动电路；输入端是与高抑制比开关滤波器组连接的sp2t，sp2t输入连接信号驱动电路，信号驱动电路的输入为发送射频信号；sp2t的输出连接第一下变频电路和功分器，功分器的一路输出连接第一带通滤波器，第一带通滤波器输出一路中频信号；功分器的另一路输出连接第二下变频电路和第二带通滤波器，第一带通滤波器输出另一路中频信号。4.根据权利要求3所述宽带多功能可重构变频组件，其特征在于：所述第一带通滤波器采用1ghz带通滤波器。5.根据权利要求3所述宽带多功能可重构变频组件，其特征在于：所述第二带通滤波器采用40mhz带通滤波器。6.根据权利要求1所述宽带多功能可重构变频组件，其特征在于：所述射频收发矩阵电路(1)采用双向放大器，在变频组件发射信号时作为功分器使用7.一种利用权利要求1～6任一项所述宽带多功能可重构变频组件实现重构变频的方法，其特征在于步骤如下：接收信号：步骤1：将a、b、c和d四路射频信号组合为两路射频信号e和f；所述e等于a+b或a+c；所述f等于c+d或b+d；步骤2：分别采用高抑制比开关滤波对两路射频信号进行预选滤波，得到预选射频信号；所述滤波与后级滤波相对应；所述预选滤波采用两级8段滤波；两级之间对信号进行高压缩点放大；步骤3：经过预选滤波后的射频信号进行下变频，与第一本振信号混频后经功分器输出两路中频信号；步骤4：一路中频信号通过带通滤波处理后输出1ghz带宽的中频信号，作为电子侦察、有源干扰信号；另一路中频信号进入下变频，与第二本振信号进行二次混频后，通过带通滤波处理，输出40mhz带宽的中频信号2，作为雷达通信信号；
发送信号时：射频信号通过信号驱动电路放大，然后经sp2t1输出，通过高抑制比开关滤波后，通过作为功分器的射频收发矩阵对信号放大分成四路后发射。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述a、b、c和d四路射频信号为多功能干扰系统阵面t/r组件的4路射频信号。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述e为a+b，射频信号f为c+d，使四路信号上下合成使阵面分为左右子阵，能够形成多列射频信号用于无栅瓣全方位的宽带dbf。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述射频信号e是a+c，射频信号f为b+d，使四路信号左右合成使阵面分为上下子阵，能够形成和差波束用于雷达测角。

技术总结
本发明涉及一种宽带多功能可重构变频组件及实现重构变频的方法，包括射频收发矩阵、高抑制比开关滤波器组，变频链路等部分。本变频组件具备收发一体功能，接收通道中，射频收发矩阵将输入的4路射频信号进行组合后输出两路射频信号，送至高抑制比开关滤波器组进行预选滤波，最终经变频链路与本振信号进行混频输出两路中频信号；发射通道中，射频信号经过变频链路中的驱动电路放大后输出。本变频组件输出两种带宽的中频信号，可分别应用于电子侦察和雷达两种工作场景，并通过相位校正方法减小通道间相位误差。通道间相位误差。通道间相位误差。


技术研发人员：刘咏 陈章龙 于勇 于忠吉 顾力伟 周天宇 赵艳秋
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七二三研究所
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/4