一种微波射频接收机的制作方法

本发明涉及微波射频技术领域，具体为一种微波射频接收机。

背景技术：

雷达接收机是接收被测物体发出的或者反射的微波信号的设备。现有的雷达接收机多采用超外差方式，经过多年的发展超外差方式已经成为主流接收机方案。超外差的优点在于动态范围大，灵敏度高，抗干扰能力强的特点，但是超外差在下变频的同时带来了镜像频率干扰的问题，镜像频率干扰成了限制超外差接收机的主要因素。

为了避免外界的种种干扰，超外差电路的设计愈发复杂，电路体积重量增大，不利于超外差接收机在机载星载领域的使用。

技术实现要素：

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，体积较小，不存在镜频干扰的问题，可以实现快速宽带扫描的微波射频接收机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种微波射频接收机，所述微波射频接收机包括接收天线、微波放大电路、逆自旋霍尔异质结构检波器件、电控电磁铁、微伏电压放大电路及采样电路；

所述接收天线，用于接收射频微波频段电磁波信号；

所述微波放大电路，与所述接收天线信号连接，用于对所述接收天线接收到的射频微波频段电磁波信号进行增益放大；

所述电控电磁铁设置在可控电流控制电路中，所述电控电磁铁为所述逆自旋霍尔异质结构检波器件提供偏置磁场；

所述逆自旋霍尔异质结构检波器件，与所述微波放大电路信号连接，用于利用所述电控电磁铁提供的偏置磁场进行磁场选频，并对所述微波放大电路输出的微波信号进行处理；

所述微伏电压放大电路，与所述逆自旋霍尔异质结构检波器件信号连接，用于对所述逆自旋霍尔异质结构检波器件产生的电压进行信号放大处理；

所述采样电路，与所述微伏电压放大电路信号连接，用于对所述微伏电压放大电路输出的电压信号进行采样处理。

作为一种改进的方案，所述微波放大电路为高增益多级放大电路；

所述高增益多级放大电路包括放大器芯片u1，所述放大器芯片u1设有引脚rfin、引脚vgg、引脚rfout、引脚vdd4、引脚vdd3、引脚vdd2和引脚vdd1，其中：

所述放大器芯片u1的引脚rfin连接射频信号输入端，所述放大器芯片u1的引脚rfout连接射频信号输出端；

所述放大器芯片u1的引脚vdd1、引脚vdd2、引脚vdd3、引脚vdd4分别连接供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4；

所述放大器芯片u1的引脚vgg连接供电电压端vgg。

作为一种改进的方案，所述微波放大电路为三级级联射频放大电路；

所述三级级联射频放大电路包括三个级联连接的射频信号放大电路，每个所述射频信号放大电路包括放大器芯片u2，所述放大器芯片u2设有引脚rfin、引脚vgg、引脚rfout、引脚vdd4、引脚vdd3、引脚vdd2和引脚vdd1，其中：

所述放大器芯片u2的引脚rfin连接射频信号输入端，所述放大器芯片u2的引脚rfout连接射频信号输出端；

所述放大器芯片u2的引脚vdd1、引脚vdd2、引脚vdd3、引脚vdd4分别连接供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4；

所述放大器芯片u2的引脚vgg连接供电电压端vgg。

作为一种改进的方案，所述放大器芯片u2的引脚vdd1与所述供电电压端vdd1之间的线路上、引脚vdd2与供电电压端vdd2之间的线路上、引脚vdd3与供电电压端vdd3的线路上、引脚vdd4与供电电压端vdd4的线路上分别设有第一滤波电路。

作为一种改进的方案，所述放大器芯片u2的引脚vgg与所述供电电压端vgg之间的线路上设有第二滤波电路。

作为一种改进的方案，所述电控电磁铁包括电磁铁k1和电磁铁k2，所述电磁铁k1和电磁铁k2均包括接线端1和接线端2，所述电磁铁k1的接线端2与所述电磁铁k2的接线端1连接；

所述可控电流控制电路包括数字模拟量转换芯片u3，所述数字模拟量转换芯片u3设有管脚d0、管脚d1、管脚d2、管脚d3、管脚d4、管脚d5、管脚d6、管脚d7、管脚vout、管脚ref+、管脚ref-和管脚nc，其中：

所述管脚d0、管脚d1、管脚d2、管脚d3、管脚d4、管脚d5、管脚d6、管脚d7分别与数据总线data连接，所述管脚vout连接第一运算放大器l1的同向输入端，所述第一运算放大器l1的输出端串接电阻r1后连接达林顿三极管的栅极，所述达林顿三极管的集电极连接连接所述电磁铁k1的接线端1，所述电磁铁k1的接线端1与所述达林顿三极管的集电极的集电极之间的线路上设有第一电流节点，所述第一电流节点引出的线路串接电阻r2后连接所述电磁铁k2的接线端2，所述电阻r2的两端并联二极管d1，所述第一运算放大器l1的反向输入端串接采样电阻r3后接地，所述第一运算放大器l1的反向输入端与所述电阻r3之间设有第二电流节点，所述第一电流节点与所述第二电流节点之间的线路上设有电容c1。

作为一种改进的方案，所述逆自旋霍尔异质结构检波器件包括磁性薄膜层和非磁性反铁磁金属薄膜层，所述非磁性反铁磁金属薄膜层是在所述磁性薄膜层上生长所得；

所述磁性薄膜层磁矩在微波激励下发生铁磁共振拉莫尔进动，自旋流泵浦注入到所述非磁性反铁磁金属薄膜层中。

作为一种改进的方案，所述微伏电压放大电路包括依次连接的输入级放大电路、滤波级电路、中间放大电路、限波级电路和末级放大电路；

所述输入级放大电路，用于将所述逆自旋霍尔异质结构检波器件输出的微伏电压进行采集，并做初步放大处理；

所述滤波级电路，用于对所述输入级放大电路放大处理后的信号进行滤波处理；

所述中间放大电路，用于滤波处理后的信号进行进一步的放大处理；

所述限波级电路，用于提取有用的特征频率信号；

所述末级放大电路，用于对检波信号进行末级放大处理。

作为一种改进的方案，所述滤波级电路包括依次串接的电阻r4、电阻r5和第二运算放大器l2，所述电阻r4与所述输入级放大电路的输出端连接，所述电阻r5的连接所述第二运算放大器l2的同向输入端，所述第二运算放大器l2的输出端连接所述中间放大电路的输入端，所述第二运算放大器l2的反向输入端连接所述中间放大电路的输入端，所述电阻r4和电阻r5之间设有第三电流节点，所述第三电流节点引出的线路串接电容c2连接所述中间放大电路的输入端；

所述限波级电路包括依次串接的电阻r6、电阻r7和第三运算放大器l3，所述电阻r6与所述中间放大电路的输出端连接，所述电阻r7连接所述第三运算放大器l3的同向输入端连接，所述第三运算放大器l3的输出端连接所述末级放大电路的输入端连接，所述第三运算放大器l3的反向输入端连接所述末级放大电路的输入端连接，所述电阻r6与所述电阻r7之间的线路上设有第四电流节点，所述第四电流节点引出的线路串接电容c3后，与第四运算放大器l4的输出端连接，所述电容c3与所述第四运算放大器l4的输出端之间的线路上依次设有第五电流节点和第六电流节点，所述第六电流节点与所述第四运算放大器l4的反向输入端连接，所述第四运算放大器l4的同向输入端串接电阻r8后与所述末级放大电路的输入端连接，所述电阻r8与所述第四运算放大器l4的同向输入端之间设有第七电流节点，所述第七电流节点引出的线路串接电阻r9后接地，所述电阻r6与所述中间放大电路的输出端之间的线路上设有第八电流节点，所述电阻r7与所述第三运算放大器l3的同向输入端之间设有第九电流节点，所述第八电流节点与所述第九电流节点之间的线路上串接电容c4和电容c5，所述电容c4和电容c5之间设有第十电流节点，所述第十电流节点与所述第五电流节点之间的线路上串接电阻r10。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

微波射频接收机包括接收天线、微波放大电路、逆自旋霍尔异质结构检波器件、电控电磁铁、微伏电压放大电路及采样电路；微波放大电路对射频微波频段电磁波信号进行增益放大；电控电磁铁设置在可控电流控制电路中，电控电磁铁为逆自旋霍尔异质结构检波器件提供偏置磁场；逆自旋霍尔异质结构检波器件利用电控电磁铁提供的偏置磁场进行磁场选频，并对微波放大电路输出的微波信号进行处理；微伏电压放大电路对逆自旋霍尔异质结构检波器件产生的电压进行信号放大处理；所述采样电路对微伏电压放大电路输出的电压信号进行采样处理，该微波射频接收机结构简单，体积较小，不存在镜频干扰的问题，可以实现快速宽带扫描。

附图说明

图1是本发明提供的微波射频接收机的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的微波放大电路的电路图；

图3是本发明实施例二提供的微波放大电路的电路图；

图4是本发明提供的可控电流控制电路的电路图；

图5是本发明提供的微伏电压放大电路的结构示意图；

图6是本发明提供的滤波级电路的电路图；

图7是本发明提供的限波级电路的电路图；

图8是本发明提供的逆自旋霍尔异质结构检波器件的结构示意图；

其中，1-接收天线，2-微波放大电路，3-逆自旋霍尔异质结构检波器件，4-电控电磁铁，5-微伏电压放大电路，6-采样电路，7-可控电流控制电路，8-磁性薄膜层，9-非磁性反铁磁金属薄膜层，10-第一电流节点，11-第二电流节点，12-第三电流节点，13-第四电流节点，14-第五电流节点，15-第六电流节点，16-第七电流节点，17-第八电流节点，18-第九电流节点，19-第十电流节点，20-输入级放大电路，21-滤波级电路，22-中间放大电路，23-限波级电路，24-末级放大电路。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

图1示出了本发明提供的微波射频接收机的结构框图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。

微波射频接收机包括接收天线1、微波放大电路2、逆自旋霍尔异质结构检波器件3、电控电磁铁4、微伏电压放大电路5及采样电路6；

接收天线1，用于接收射频微波频段电磁波信号；

微波放大电路2，与接收天线1信号连接，用于对接收天线1接收到的射频微波频段电磁波信号进行增益放大；

电控电磁铁4设置在可控电流控制电路7中，电控电磁铁4为逆自旋霍尔异质结构检波器件3提供偏置磁场；

逆自旋霍尔异质结构检波器件3，与微波放大电路2信号连接，用于利用电控电磁铁4提供的偏置磁场进行磁场选频，并对微波放大电路2输出的微波信号进行处理；

微伏电压放大电路5，与逆自旋霍尔异质结构检波器件3信号连接，用于对逆自旋霍尔异质结构检波器件3产生的电压进行信号放大处理；

采样电路6，与微伏电压放大电路5信号连接，用于对微伏电压放大电路5输出的电压信号进行采样处理。

其中，如图8所示，逆自旋霍尔异质结构检波器件3包括磁性薄膜层8和非磁性反铁磁金属薄膜层9，非磁性反铁磁金属薄膜层9是在磁性薄膜层8上生长所得；

磁性薄膜层8磁矩在微波激励下发生铁磁共振拉莫尔进动，自旋流泵浦注入到非磁性反铁磁金属薄膜层9中；

磁性薄膜层8是钇铁石榴石等磁性绝缘体薄膜，或，镍铁磁性薄膜层，或，钴铁磁性薄膜层，或，钴铁硼磁性薄膜层；

非磁性反铁磁金属薄膜层9是铂pt金属薄膜层，或，钽ta金属薄膜层，或钨w金属薄膜层。

该逆自旋霍尔异质结构检波器件3的制备过程为：

(1)在单晶基片上生长得到磁性薄膜层8。

在该步骤中，可以采用下述方式实现：在钆镓石榴石(ggg)单晶基片上生长单晶钇铁石榴石(yig)薄膜；

(2)利用薄膜制备手段，在磁性薄膜层8上生长得到纳米厚度的非磁性反铁磁金属薄膜层9，形成异质结构；

(3)采用微电子光刻工艺，对异质结构进行光刻和刻蚀，在异质结构上制作出微纳图形；

(4)对具有微纳图形的异质结构再次进行光刻操作，在异质结构上制备出导电电极，制得微纳尺度器件。

图8中，h表达的是偏置外磁场，m为微波能量，v是反自旋霍尔电压(vishe)，n处表达的是泵浦自旋流。

在本发明实施例中，微波放大电路2可以采用下述两种方式实现：

(一)微波放大电路2为高增益多级放大电路；

如图2所示，高增益多级放大电路包括放大器芯片u1，放大器芯片u1设有引脚rfin、引脚vgg、引脚rfout、引脚vdd4、引脚vdd3、引脚vdd2和引脚vdd1，其中：

放大器芯片u1的引脚rfin连接射频信号输入端，放大器芯片u1的引脚rfout连接射频信号输出端；

放大器芯片u1的引脚vdd1、引脚vdd2、引脚vdd3、引脚vdd4分别连接供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4；

放大器芯片u1的引脚vgg连接供电电压端vgg。

在该实施例中，供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4的供电电压范围为4.5v-5.5v，供电电压端vgg的供电电压范围为-3v-0v。

在图2中，引脚与供电电压端之间的线路上分别设有滤波电路，例如每一引脚与供电电压端之间的线路上设置的三个电容，在此不再赘述，当然也可以采用其他方式，在此不再赘述。

(二)微波放大电路2为三级级联射频放大电路；

如图3所示，三级级联射频放大电路包括三个级联连接的射频信号放大电路，每个射频信号放大电路包括放大器芯片u2，放大器芯片u2设有引脚rfin、引脚vgg、引脚rfout、引脚vdd4、引脚vdd3、引脚vdd2和引脚vdd1，其中：

放大器芯片u2的引脚rfin连接射频信号输入端，放大器芯片u2的引脚rfout连接射频信号输出端；

放大器芯片u2的引脚vdd1、引脚vdd2、引脚vdd3、引脚vdd4分别连接供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4；

放大器芯片u2的引脚vgg连接供电电压端vgg，其中图3中将引脚vgg进行序号标记，分别为vgg1、vgg2、vgg3。

其中，放大器芯片u2的引脚vdd1与供电电压端vdd1之间的线路上、引脚vdd2与供电电压端vdd2之间的线路上、引脚vdd3与供电电压端vdd3的线路上、引脚vdd4与供电电压端vdd4的线路上分别设有第一滤波电路，其中，如图所示，该第一滤波电路由并联连接的三个电容组成，在此不再赘述。

放大器芯片u2的引脚vgg与供电电压端vgg之间的线路上设有第二滤波电路，其中，如图所示，该第二滤波电路由并联连接的三个电容组成，在此不再赘述。

在该实施例中，供电电压端vdd1、供电电压端vdd2、供电电压端vdd3及供电电压端vdd4的电压设置为5v，此时增益适中，达到29db，且三级的负电源vgg，分别独立供电，为vgg1、vgg2、vgg3，设计的调整范围为-0.75～-0.65v之间，且vgg1＞vgg2＞vgg3，增加电路稳定性避免出现振荡。

在本发明实施例中，如图4所示，电控电磁铁4包括电磁铁k1和电磁铁k2，电磁铁k1和电磁铁k2均包括接线端1和接线端2，电磁铁k1的接线端2与电磁铁k2的接线端1连接；

可控电流控制电路7包括数字模拟量转换芯片u3，数字模拟量转换芯片u3设有管脚d0、管脚d1、管脚d2、管脚d3、管脚d4、管脚d5、管脚d6、管脚d7、管脚vout、管脚ref+、管脚ref-和管脚nc，其中：

管脚d0、管脚d1、管脚d2、管脚d3、管脚d4、管脚d5、管脚d6、管脚d7分别与数据总线data连接，管脚vout连接第一运算放大器l1的同向输入端，第一运算放大器l1的输出端串接电阻r1后连接达林顿三极管的栅极，达林顿三极管的集电极连接连接电磁铁k1的接线端1，电磁铁k1的接线端1与达林顿三极管的集电极的集电极之间的线路上设有第一电流节点10，第一电流节点10引出的线路串接电阻r2后连接电磁铁k2的接线端2，电阻r2的两端并联二极管d1，第一运算放大器l1的反向输入端串接采样电阻r3后接地，第一运算放大器l1的反向输入端与电阻r3之间设有第二电流节点11，第一电流节点10与第二电流节点11之间的线路上设有电容c1。

在该实施例中，通过数据总线data的二进制数字量设定电流值，线圈k1与k2异名端相连接，对两组线圈并联，实现对两组线圈里的电流同步控制，电阻r3为高精度电流采样电阻，通过r3与运算放大器的闭合负反馈环路精确控制电流值。电流值的精度由dac的精度决定，通常可以使用12-16位dac，达到0.1％到0.01％的精度。环路上的电阻r1为环路稳定电阻，通常为了提高环路稳定性，实际r1应该是一个复杂阻容网络。

如图5所示，微伏电压放大电路5包括依次连接的输入级放大电路20、滤波级电路21、中间放大电路22、限波级电路23和末级放大电路24；

输入级放大电路20，用于将逆自旋霍尔异质结构检波器件3输出的微伏电压进行采集，并做初步放大处理，；

滤波级电路21，用于对输入级放大电路20放大处理后的信号进行滤波处理；

中间放大电路22，用于滤波处理后的信号进行进一步的放大处理；

限波级电路23，用于提取有用的特征频率信号；

末级放大电路24，用于对检波信号进行末级放大处理。

在该实施例中，伏级电压信号的驱动能力很弱，因此输入级放大级通过高阻仪表放大电路将信号采集到，之后通过滤波级电路21将不需要的频率信号过滤除去，中间放大电路22对信号进一步放大为主要放大级别、陷波级通过陷波电路将感兴趣的频率信号提取出来，末级放大电路24具有一定的功率放大能力，以便输出信号有一定驱动能力。

其中，如图6所示，滤波级电路21包括依次串接的电阻r4、电阻r5和第二运算放大器l2，电阻r4与输入级放大电路20的输出端连接，电阻r5的连接第二运算放大器l2的同向输入端，第二运算放大器l2的输出端连接中间放大电路22的输入端，第二运算放大器l2的反向输入端连接中间放大电路22的输入端，电阻r4和电阻r5之间设有第三电流节点12，第三电流节点12引出的线路串接电容c2连接中间放大电路22的输入端，其中，r4、r5、c2的电阻电容值需要高精度型号，并且这些阻容决定了滤波的斜率、频率、和特性，一般选用巴特沃兹式滤波方式，以提高通带的增益稳定性；

如图7所示，限波级电路23包括依次串接的电阻r6、电阻r7和第三运算放大器l3，电阻r6与中间放大电路22的输出端连接，电阻r7连接第三运算放大器l3的同向输入端连接，第三运算放大器l3的输出端连接末级放大电路24的输入端连接，第三运算放大器l3的反向输入端连接末级放大电路24的输入端连接，电阻r6与电阻r7之间的线路上设有第四电流节点13，第四电流节点13引出的线路串接电容c3后，与第四运算放大器l4的输出端连接，电容c3与第四运算放大器l4的输出端之间的线路上依次设有第五电流节点14和第六电流节点15，第六电流节点15与第四运算放大器l4的反向输入端连接，第四运算放大器l4的同向输入端串接电阻r8后与末级放大电路24的输入端连接，电阻r8与第四运算放大器l4的同向输入端之间设有第七电流节点16，第七电流节点16引出的线路串接电阻r9后接地，电阻r6与中间放大电路22的输出端之间的线路上设有第八电流节点17，电阻r7与第三运算放大器l3的同向输入端之间设有第九电流节点18，第八电流节点17与第九电流节点18之间的线路上串接电容c4和电容c5，电容c4和电容c5之间设有第十电流节点19，第十电流节点19与第五电流节点之间的线路上串接电阻r10；

其中，各个电阻电容值决定了陷波的频率特性。

陷波频率应当与接收机扫频周期一致，在接收机扫频时(电磁铁磁场强度周期变化)开启陷波电路，在固定接收机接收频率时(电磁铁的磁场强度固定不变)应将陷波级电路断开。

在该实施例中，上述输入级放大电路20、中间放大电路22和末级放大电路24的电路结构在此不再赘述，但不用以限制本发明。

在本发明实施例中，采样电路6需要采集的信号通常为1-5伏特级别的模拟电压信号，通过高精度adc(模拟数字转换器可以采集到)，该采集器采集周期必须5-10倍高于信号的频率。通过adc将模拟量转换为数字量信号、可以通过数字电路(例如：串口信号传输器)转为数字信号输入电脑或者其他设备、便于对该信号进行解析。如果知晓射频信号源的特性或者协议，可直接通过单片微处理器使用固定算法处理分析该信号。

在本发明实施例中，微波射频接收机包括接收天线1、微波放大电路2、逆自旋霍尔异质结构检波器件3、电控电磁铁4、微伏电压放大电路5及采样电路6；微波放大电路2对射频微波频段电磁波信号进行增益放大；电控电磁铁4设置在可控电流控制电路7中，电控电磁铁4为逆自旋霍尔异质结构检波器件3提供偏置磁场；逆自旋霍尔异质结构检波器件3利用电控电磁铁4提供的偏置磁场进行磁场选频，并对微波放大电路2输出的微波信号进行处理；微伏电压放大电路5对逆自旋霍尔异质结构检波器件3产生的电压进行信号放大处理；采样电路6对微伏电压放大电路5输出的电压信号进行采样处理，该微波射频接收机结构简单，体积较小，不存在镜频干扰的问题，可以实现快速宽带扫描。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。