专利名称：3mm波段三通道低噪声集成接收前端的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种3_波段三通道低噪声集成接收前端，尤其是涉及ー种主要应用于单脉冲跟踪系统，能将3_波段信号下变频至S波段信号的三通道集成低噪声接收前端。
背景技术：
毫米波单脉冲跟踪雷达具有很高的跟踪精度，因此，在精确末制导，通信卫星跟踪等应用中具有独特的优势。3_波段三通道集成低噪声前端是3_单脉冲跟踪雷达的重要组成部分。目前，国内所报道的3_波段接收机基本都只有一个接收通道，并且是采用波导或鳍线等立体结构实现接收前端，导致接收前端体积硕大，不利于接收前端的小型化集成。在国夕卜，Curtis C. Ling等(C. C. Ling,G. M. Rebeiz,“A 94GHz planar monopulse trackingreceiver,” IEEE Transections on microwave theory and techniques, Vol.42, No. 10,Oct. 1994, pp. 1863-1871)和 Sanjay Raman 等(S. Raman, N. S. Barker, and G. M. Rebeiz,“A W-Band dielectric-lens-based integrated monopulse radar receiver,” IEEETransections on microwave theory and techniques, Vol.46, No. 12, Dec. 1998,pp. 2308-2316)先后报道了两种3mm单脉冲接收机前端。Curtis C. Ling等所报道的接收机前端，采用单片集成电路的方式与天线集成在一起。这种接收机前端有效提高了集成度，但由于采用的结构不能加3mm低噪声放大器,噪声性能较差。与Curtis C. Ling等所报道的接收机前端类似，Sanjay Raman等报道的接收机前端与天线集成在一块芯片上,天线接收到的信号直接下变频中频频率，然后送入中频模块进行处理。理论上这种接收机结构可以引入了 3_单刀单掷开关和3_低噪声放大器，但无疑会増加前端复杂度，増加各通道间的相互耦合，増加芯片面积，降低可靠性。此外，由于前端与特定的天线一体化设计，应用场合有限。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑，噪声性能好，可靠性高的3_波段三通道低噪声集成接收前端。技术方案本发明所述的3mm波段三通道低噪声集成接收前端，包括并列的三路接收链路、本振功分网络、开关驱动电路、和屏蔽盒体。姆个接收链路均包括微带波导过渡、3mm单刀单掷开关、3mm低噪声放大器、镜像抑制滤波器、本振倍频器、二次分谐波混频器、中频放大器一、中频单刀单掷开关和中频放大器ニ ；接收到的3_信号经过微带波导过渡后装换成准TEM模信号，然后依次经过3_单刀单掷开关、3_低噪声放大器和镜像抑制滤波器后，与本振倍频器输出信号通过二次分谐波混频器进行混频，产生的中频信号依次经过中频放大器一，中频单刀单掷开关和中频放大器ニ后输出。所述本振功分网络包括ー个2 : I功分电桥,ー个I : I功分电桥；本振输入信号通过2 I功分电桥被分成功率比为2 I的两路，其中功率小的一路送至ー个接收链路的本振倍频器的输入端，驱动倍频器工作；功率大的一路送至I : I功分电桥功分电桥，被分成功率线等的两路，这两路信号分别送给另外两路接收链路中的本振倍频器的输入端，驱动倍频器工作。所述开关驱动电路包括3mm单刀单掷开关驱动电路和中频单刀单掷开关驱动电路，所述3mm单刀单掷开关驱动电路分别与每个接收链路上的3mm单刀单掷开关连接，驱动3mm单刀单掷开关工作；所述中频单刀单掷开关驱动电路分别与每个接收链路上的中频单刀单掷开关连接，驱动中频单刀单掷开关工作。
所述屏蔽盒体的两面均设置有安放电路模块的腔体结构；每个接收链路都分别设置在正反相对应的两个腔体中，其中所述微带波导过渡、3mm单刀单掷开关、3mm低噪声放大器、镜像抑制滤波器、二次分谐波混频器和本振倍频器布置在同一块电路板上并且安装在同一个屏蔽腔体中，所述中频放大器一、中频单刀单掷开关，中频放大器ニ布置在同一块电路板上并且安装在对应的背面的屏蔽腔体中；正反面腔体间设有小孔，直流信号通过导线穿过小孔连接正反两面的电路，交流信号通过在小孔内安装的绝缘子实现电路间的连接。所述的3mm单刀单掷开关由主传输线、三个相同的开关单元，开路匹配枝节，直流接地单元组成，其中所述直流接地単元串接在所述开路匹配枝节的一端，所述三个相同的开关单元及所述开路匹配枝节垂直并接在主传输线的同一侧。所述开关単元由直流偏置线、开关単元射频接地径向线、补偿结构传输线一、补偿结构传输线ニ、梁式引线PIN管组成；所述梁式引线PIN管一端垂直并联在主传输线上，另一端与所述补偿结构传输线ニ连接；所述补偿结构传输线一一端与补偿结构传输线二相连，另一端与所述直流偏置线相连，并垂直于直流偏置线；所述开关単元射频接地径向线设置在直流偏置线与补偿结构传输线ー连接处；控制信号从直流偏置线的另一端输入。所述直流接地単元由高阻线、直流接地単元射频接地径向线和直流接地线组成。所述二次分谐波混频器由反向并联ニ极管对，相位调节传输线，本振低通滤波器，本振带通滤波器,中频低通滤波器,开路枝节,50欧姆传输线，中频和本振接地单元组成。所述本振带通滤波器由两个阶梯阻抗谐振器组成，所述阶梯阻抗谐振器的高阻抗线平行放置。所述接收链路的输入口为非标准法兰，且输出口为SMA接ロ ；本振信号的输入口为SMA-K接ロ，所述电源保护电路和所述开关控制电路的输入ロ为J30J-9ZKS接ロ。所述非标准法兰的外形尺寸为12. 7mmX12. 7mm ;所述法兰中间处设有BJ900波导ロ，所述BJ900波导ロ的中心与所述法兰的中心重合，所述BJ900波导ロ的四条边分别与所述法兰轮廓的四条边平行；在所述法兰上设有四个直径为2_的安装螺孔，所述的四个螺孔分别位于一个边长为8. 6mm的正方形的四个顶点上，所述正方形的中心与所述法兰的中心重合并且所述正方形的四条边与所述法兰轮廓的四条边平行；所述法兰波导ロ宽边轴线上设有两个直径为I. 56mm的销钉，所述的两个销钉间距为8. 6mm并且关于所述法兰波导窄边轴线对称，所述法兰波导窄边轴线上设有两个直径为I. 73mm的定位孔，所述的两个定位孔间距为8. 6mm并且关于所述法兰波导ロ宽边轴线对称。有益效果本发明与现有技术相比具有以下优点1.接收前端三个接收链路采用一体化设计，避免使用多个单链路接收机而引入的接ロ的增多，重量増加，体积变大，可靠性降低等问题。2.采用平面混合集成技术，实现了前端的小型化设计。3.采用屏蔽腔体实现不同接收通道间的相互隔离，大大地減少了链路间的相互干扰。
图I为本发明盒体正面图。图2为本发明盒体反面图。
图3为本发明盒体顶视图。图4为本实发明电路原理框图。图5为本发明中接收链路中3mm单刀单掷开关结构图。图6为本发明接收链路中二次分谐波混频器结构图。附图标记说明001，第一接收通道射频腔体；002，第二接收通道射频腔体；003，第三接收通道射频腔体；004，开关驱动和直流偏置电路腔体一 ；005，本振功分网络腔体；006，第一接收通道中频腔体；007，第二接收通道中频腔体；008，第三接收通道中频腔体；009，开关驱动和直流偏置电路腔体ニ ；010，第一接收通道输入端法兰；011，第二接收通道输入端法兰；012，第三接收通道输入端法兰；013，本振输入端ロ ；014，直流和控制信号输入端ロ ；015，第一接收通中频输出端ロ ；016，第二接收通中频输出端ロ ；017，第三接收通中频输出端□。100，第一接收链路；101，第一接收链路微带波导过渡；102，第一接收链路3mm单刀单掷开关；103，第一接收链路3mm低噪声放大器；104，第一接收链路镜像抑制滤波器；105，第一接收链路二次分谐波混频器；106，第一接收链路本振倍频器；107，第一接收链路中频放大器一，108，第一接收链路中频单刀单掷开关；109，第一接收链路中频放大器ニ ；110，3mm单刀单掷开关驱动电路；111，本振功分电路；112，中频单刀单掷开关驱动电路；200，第二接收链路；201，第二接收链路微带波导过渡；202，第二接收链路3mm单刀单掷开关；203，第二接收链路3mm低噪声放大器；204，第二接收链路镜像抑制滤波器；205，第二接收链路二次分谐波混频器；206，第二接收链路本振倍频器；207，第二接收链路中频放大器一，208，第二接收链路中频单刀单掷开关；209，第二接收链路中频放大器ニ ；300，第三接收链路；301，第三接收链路微带波导过渡；302，第三接收链路3mm单刀单掷开关；303，第三接收链路3mm低噪声放大器；304，第三接收链路镜像抑制滤波器；305，第三接收链路二次分谐波混频器；306，第三接收链路本振倍频器；307，第三接收链路中频放大器一，308，第三接收链路中频单刀单掷开关；309，第三接收链路中频放大器ニ。401，主传输线；402，开关单元；403，匹配开路线；404，直流接地単元；405，直流偏置线；406，开关单元射频接地径向线；407，补偿结构传输线ー ；408，补偿结构传输线ニ ；409，梁式引线PIN管；410，直流接地单元射频接地径向线；411，直流接地线；412，高阻线。501，反向并联ニ极管对；502，相位调节传输线；503，本振低通滤波器；504，本振带通滤波器；505，中频低通滤波器；506，开路枝节；507，50欧姆传输线；508，中频和本振接地单元。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。实施例本发明如图4所示，本发明3mm波段三通道低噪声集成接收前端，由三个并行的接收链路100，200，300，本振功分网络111和开关驱动电路110，112，和屏蔽盒体组成。接收链路100的输入信号过微带波导过渡101后装换成准TEM模信号，然后依次经过3mm单刀单掷开关102，3mm低噪声放大器103，镜像抑制滤波器104后，与本振倍频器106输出信号通过二次分谐波混频器105进行混频，产生的中频信号依次经过中频放大器一 107，中频单刀单掷开关108和中频放大器ニ 109后输出。接收链路200和300的工作原理与接收链路100的相同。本振信号输入后，经过本振功分网络111被分成三路功率相等的信号， 分别驱动接收链路100，200和300中的倍频器工作。接收链路100中的微带波导装换101, 3mm单刀单掷开关102, 3mm低噪声放大器103，镜像抑制滤波器104，二次分谐波混频器105，本振倍频器106制作在ー块PCB板上。电路所用的板材为Rogers公司的厚度为O. 127mm的Duroid R/T5880。电路安装在第一接收通道射频腔体001中。接收链路100中的中频放大器一 107，中频单刀单掷开关108和中频放大器ニ 109制作在ー块厚度为O. 6mm的FR-4板材上，电路安装在第一接收通道中频腔体006中。第一接收通道射频腔体001中的电路与第一接收通道中频腔体006中的电路，通过隔墙上安装的绝缘子相连。开关驱动和直流偏置电路腔体ニ 009中的直流信号和开关控制信号通过导线穿过底面上的小孔送入的第一接收通道射频腔体001中。开关驱动和直流偏置电路腔体一 004中的直流信号和开关控制信号通过导线穿过底面上的小孔送入的第一接收通道中频腔体006中。接收链路200和300的安装方式，供电方式和控制方式都与接收链路100相似。开关驱动和直流偏置电路腔体一 004和开关驱动和直流偏置电路腔体ニ 009通过导线穿过底面上的小孔相连。为了有效减小所述前端的体积，所述接收链路100，200，300的输入接ロ 010，011，012均为非标准法兰，所述非标准法兰的外形尺寸为12. 7mmX12. 7mm ;所述法兰中间处设有BJ900波导ロ，所述BJ900波导ロ的中心与所述法兰的中心重合，所述BJ900波导ロ的四条边分别与所述法兰轮廓的四条边平行；在所述法兰上设有四个直径为2_的安装螺孔，所述的四个螺孔分别位于ー个边长为8. 6mm的正方形的四个顶点上，所述正方形的的中心与所述法兰的中心重合并且所述正方形的四条边与所述法兰轮廓的四条边平行；所述法兰波导宽边轴线处，设有两个直径为I. 56mm的销钉，所述的两个销钉间距为8. 6mm并且关于所述法兰波导窄边轴线对称，所述法兰波导窄边轴线处，设有两个直径为I. 73mm的定位孔，所述的两个定位孔间距为8. 6mm并且关于所述法兰波导宽边轴线对称。接收链路100，200,300的输出接ロ 015，016，017均为SMA接ロ。本振功分网络111的输入接ロ 013为SMA-K接ロ。直流和控制型号接ロ 014为J30J-9ZKS接ロ。本发明所述接收链路100，200，300中使用了如图5所示3mm单刀单掷微带开关102，202，302控制输入信号的通断，保护所述接收链路不被大信号阻塞，甚至烧毀。所述的3mm单刀单掷开关102，202，302由主传输线401，三个相同的开关单元402，开路匹配枝节403，直流接地单元组成404，其中所述直流接地単元串接在所述的开路匹配枝节的一端，所述三个开关单元及所述开路匹配枝节垂直并接在主传输线的同一侧。所述开关単元402由直流偏置线405，开关单元射频接地径向线406，补偿结构传输线ー 407，补偿结构传输线ニ408，梁式引线PIN管409组成。为了减小安装难度补偿结构传输线ニ 408的宽度选为O. 3mm左右；为了提高所述开关102的带宽并且考虑到最小可加工线宽，补偿结构传输线ー407的宽度选为O. 127mm左右。梁式梁式引线PIN管409 —端垂直并联在主传输线上，另一端与补偿结构传输线ニ 408，补偿结构传输线ー 407 —端与补偿结构传输线ニ 408相连，一端与直流偏置线405相连，并垂直于直流偏置线405。在直流偏置线405于补偿结构传输线ー407连接处放置开关单元射频接地径向线406。其中，开关单元射频接地径向线406为ー个直径为O. 43mm的半圆。控制信号从直流偏置线405的另一端输入。直流接地単元404由高阻线412,直流接地单元射频接地径向线410和直流接地线411组成。所述的3mm单刀单掷微带开关102，202，302，就有插入损耗小，隔离度高的优点，同时又是采用全平面电路设计，易于和其它电路集成。
如图6所示，本发明中所述接收链路100，200，300内使用的二次分谐波混频器105，205，305，用于将3mm波段信号并频至中频信号。所述二次分谐波混频器105，205，305由反向并联ニ极管对501，相位调节传输线502，本振低通滤波器503，本振带通滤波器504，中频低通滤波器505，开路枝节506，50欧姆传输线507，中频和本振接地单元508组成。射频信号从反向并联ニ极管对501的左边馈入ニ极管，ニ极管对501右边的低通滤波器503对射频信号有较大的抑制作用，同时能以较小的插入损耗通过本振和中频信号。通过改变相位调节传输线502长度可以在ニ极管对501的右边实现射频信号接地。本振信号通过ニ极管对501的右边加入。ニ极管对501左边的开路枝节506为本振信号提供回路。中频信号从ニ极管对501右边输出。采用中频低通滤波器505和本振带通滤波器504实现本振信号与中频信号的隔离。中频接地和直流接地都是通过ニ极管对501左边的中频和本振接地単元508实现。为了使中频和本振接地単元508不影响开路枝节506，它们之间插入了一段50欧姆传输线507。所述本振带通滤波器504由两个阶梯阻抗谐振器组成，其中所述的阶梯阻抗谐振器的高阻抗线平行放置。如上所述，尽管參照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
1.一种3mm波段三通道低噪声集成接收前端，包括并列的三路接收链路(100、200、300)、本振功分网络(111)、开关驱动电路(110、112)、和屏蔽盒体； 每个接收链路均包括微带波导过渡(101、201、301)、3mm单刀单掷开关(102、202、302)、3_低噪声放大器(103、203、303)、镜像抑制滤波器(104、204、304)、本振倍频器(106、206、306)、二次分谐波混频器(105、205、305)、中频放大器一 (107、207、307)、中频单刀单掷开关(108、208、308)和中频放大器二(109、209、309);接收到的3mm信号经过微带波导过渡后装换成准TEM模信号，然后依次经过3_单刀单掷开关、3_低噪声放大器和镜像抑制滤波器后，与本振倍频器输出信号通过二次分谐波混频器进行混频，产生的中频信号依次经过中频放大器一，中频单刀单掷开关和中频放大器二后输出； 所述本振功分网络(111)包括一个2 : I功分电桥,一个I : I功分电桥；本振输入信号通过2 I功分电桥被分成功率比为2 I的两路，其中功率小的一路送至一个接收链路的本振倍频器的输入端，驱动倍频器工作；功率大的一路送至I : I功分电桥功分电桥，被分成功率线等的两路，这两路信号分别送给另外两路接收链路中的本振倍频器的输入端，驱动倍频器工作； 所述开关驱动电路(110、112)包括3mm单刀单掷开关驱动电路(110)和中频单刀单掷开关驱动电路(112)，所述3mm单刀单掷开关驱动电路(110)分别与每个接收链路上的3mm单刀单掷开关连接，驱动3mm单刀单掷开关工作；所述中频单刀单掷开关驱动电路(112)分别与每个接收链路上的中频单刀单掷开关连接，驱动中频单刀单掷开关工作； 所述屏蔽盒体的两面均设置有安放电路模块的腔体结构；每个接收链路都分别设置在正反相对应的两个腔体中，其中所述微带波导过渡、3mm单刀单掷开关、3mm低噪声放大器、镜像抑制滤波器、二次分谐波混频器和本振倍频器布置在同一块电路板上并且安装在同一个屏蔽腔体中，所述中频放大器一、中频单刀单掷开关，中频放大器二布置在同一块电路板上并且安装在对应的背面的屏蔽腔体中；正反面腔体间设有小孔，直流信号通过导线穿过小孔连接正反两面的电路，交流信号通过在小孔内安装的绝缘子实现电路间的连接。
2.根据权利要求I所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述的3_单刀单掷开关(102、202、302)由主传输线(401)、三个相同的开关单元(402)，开路匹配枝节(403)，直流接地单元(404)组成，其中所述直流接地单元(404)串接在所述开路匹配枝节(403)的一端，所述三个相同的开关单元(402)及所述开路匹配枝节(403)垂直并接在主传输线的同一侧； 所述开关单元(402)由直流偏置线(405)、开关单元射频接地径向线(406)、补偿结构传输线一(407)、补偿结构传输线二(408)、梁式引线PIN管(409)组成；所述梁式引线PIN管(409) —端垂直并联在主传输线上，另一端与所述补偿结构传输线二(408)连接；所述补偿结构传输线一(407) —端与补偿结构传输线二(408)相连,另一端与所述直流偏置线(405)相连，并垂直于直流偏置线(405);所述开关单元射频接地径向线(406)设置在直流偏置线(405)与补偿结构传输线一(407)连接处；控制信号从直流偏置线(405)的另一端输入。
3.根据权利要求2所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述补偿结构传输线二(408)的宽度为0. 3_。
4.根据权利要求2所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述补偿结构传输线一(407)的宽度为0. 127mm。
5.根据权利要求2所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述开关单元射频接地径向线(406)为一个直径为0.43mm的半圆。
6.根据权利要求2所述3mm波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述直流接地单元(404)由高阻线(412)、直流接地单元射频接地径向线(410)和直流接地线(411)组成。
7.根据权利要求I所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述二次分谐波混频器(105)由反向并联二极管对(501)，相位调节传输线(502)，本振低通滤波器(503)，本振带通滤波器(504)，中频低通滤波器(505)，开路枝节(506)，50欧姆传输线(507)，中频和本振接地单元(508)组成。
8.根据根据权利要求7所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述本振带通滤波器(504)由两个阶梯阻抗谐振器组成，所述阶梯阻抗谐振器的高阻抗线平行放置。
9.根据根据权利要求I所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述接收链路的输入口为非标准法兰，且输出口为SMA接口 ；本振信号的输入口为SMA-K接口，所述电源保护电路和所述开关控制电路的输入口为J30J-9ZKS接口。
10.根据根据权利要求9所述3_波段三通道低噪声集成接收前端，其特征在于所述非标准法兰的外形尺寸为12. 7mmX12. 7mm ;所述法兰中间处设有BJ900波导口，所述BJ900波导口的中心与所述法兰的中心重合，所述BJ900波导口的四条边分别与所述法兰轮廓的四条边平行；在所述法兰上设有四个直径为2_的安装螺孔，所述的四个螺孔分别位于一个边长为8. 6mm的正方形的四个顶点上，所述正方形的中心与所述法兰的中心重合并且所述正方形的四条边与所述法兰轮廓的四条边平行；所述法兰波导口宽边轴线上设有两个直径为I. 56mm的销钉，所述的两个销钉间距为8. 6mm并且关于所述法兰波导窄边轴线对称，所述法兰波导窄边轴线上设有两个直径为I. 73mm的定位孔，所述的两个定位孔间距为8.6mm并且关于所述法兰波导口宽边轴线对称。
全文摘要
本发明公开了一种3mm波段三通道低噪声集成接收前端，包括并列的三路接收链路、本振功分网络、开关控制电路和屏蔽盒体。其中每个接收链路均包括微带波导过渡、3mm单刀单掷开关、3mm低噪声放大器、镜像抑制滤波器，二次分谐波混频器、中频放大器一、中频单刀单掷开关和中频放大器二。屏蔽盒体的两面均开有腔体结构，所述腔体中安放有电路模块，正反面腔体间设有小孔，直流信号通过导线穿过小孔连接正反两面的电路，交流信号通过在小孔内安装的绝缘子实现电路间的连接。本发明具有噪声系数低，结构紧凑，重量轻的优点。
文档编号G01S7/36GK102628934SQ20121006228
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者崔寅杰, 徐杰, 童烨, 许正彬, 郭健, 钱澄 申请人:东南大学