短波宽带下变频器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种短波宽带下变频器，它涉及通信领域中的一种短波下变频器装置。它由预选器、变频器、末级放大器、控制单元和电源单元等部件组成。由限幅器、开关和亚倍频滤波器组构成的预选器能够有效的对输入信号来预选保护功能，接着该装置采用高线性度的混频器、低噪声放大器和中频滤波器来实现信号的变频滤波功能，将输入信号下变频至中频信号，最后经过高增益高线性度的末级放大器来实现对中频信号的放大功能。它具有低噪声、高线性度、低杂散的特点，其主要技术指标为：噪声系数≤16dB、IIP2≥70dBm、IIP3≥25dBm、双音动态范围≥85dB、增益≥30dB、瞬时带宽≥2MHz，特别适用于短波通信设备作短波下变频器装置。
【专利说明】短波宽带下变频器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信领域中的一种短波宽带下变频器，特别适用于作短波下变频器装置。
技术背景
[0002]短波通讯是指利用波长为IOm~IOOm (频率为3M~30MHz)的电磁波进行的无线电通信。现在许多短波通信设备将短波频段扩展到中波高频段，因此短波频率范围也就扩展到1.5MHz~30MHz。短波通信是无线通信的基本方式之一，它是依赖电离层的反射、折射来传输信息的，在本世纪三十年代就开始普遍使用。由于电离层是一种天然的传输媒介，使短波通信具有设备简单、通信距离远、机动性好的、几乎可以用各种调制方法、容易组网等优点。但是20世纪60年代以来，由于卫星、光纤等通信技术的飞速发展，短波通信的一些缺点和适应性问题突出的表现出来，出现了短波通信受到冷落的局面。
[0003]近年来短波电波传输、电离层特性和信道特性的研究，自适应选频、自适应均衡及自适应速率控制等技术取得的一系列成果，使得短波通信在克服多径衰落、改善通信质量、提高频率利用率和可通信率上取得了突破性进步，短波通信进入了高质量传输信息的新阶段。短波通信固有的抗毁性强、组网灵活、造价低廉等特点，更加巩固了短波通信在国防通信系统中的地位。短波通信在世界范围内有了更有效更为广泛的应用，尤其在军事通信领域占有了不可替代的位置。
[0004]但是短波通信带宽的有限性、短波通信的重要性以及大量的民用短波广播共同形成了一个复杂的短波电磁环境，其首要一个特点就是信号密集，通信信号强度差别巨大。因此在短波通信侦收系统中对短波信道的适应能力提出了更高的要求，而且还要求瞬时带宽越宽越好，可以更快地搜索短波信号，需要短波信道具有大动态范围、低噪声、低杂散，宽瞬时带宽等特点。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于避免上述【背景技术】中的不足之处而提供一种低噪声、大动态范围、低杂散的短波宽带下变频器。本实用新型还具有噪声系数< 16dB、IIP2 ≤ 70dBm、IIP3 ≤ 25dBm、双音动态范围 ≤ 85dB、增益 ≤ 30dB、瞬时带宽 ≤ 2MHz，各信道件幅度相位一致性高、抗干扰能力强等特点。
[0006]本实用新型的目的是这样实现的:
[0007]—种短波宽带下变频器，包括预选器1、变频器2、末级放大器3、控制单元4和电源单元5，其特征在于:预选器I在控制单元4的控制下，对外部输入的短波信号进行滤波后输出至变频器2 ;变频器2将预选器I输出的信号对与来自外部的本振信号混频后得到中频信号并进行放大滤波后输出至末级放大器3 ;末级放大器3对变频器2输出的信号进行低噪声、高增益和高线性度的放大，最终对外输出。
[0008]其中，所述的预选器I包括限幅器6、第一级开关7、滤波器组8和第二级开关9 ；限幅器6对外部输入的短波信号进行限幅保护后并输出至由第一级开关7、滤波器组8和第二级开关9构成的开关滤波器组，开关滤波器组对输入的信号按照亚倍频程进行滤波后输出至变频器2 ;第一级开关7和第二级开关9分别由控制单元4进行控制，用于开关切换。
[0009]其中，所述的变频器2包括混频器10、低噪声放大器11和中频滤波器12 ;混频器10将预选器I输出的信号与外部输入的本振信号进行混频形成中频信号，低噪声放大器11对输入的中频信号进行低噪声放大后，输出至中频滤波器12 ;中频滤波器12对低噪声放大器11输出的信号进行滤波后输出至末级放大器3。[0010]其中，所述的低噪声放大器11包括第一至第四变压器Tl至T4、第一至第八电容Cl至C8、第一至第六电感LI至L6，第一至第六电阻Rl至R6和第一至第二晶体管Vl至V2 ;所述的第一变压器Tl输入端与混频器10输出端连接，第一变压器Tl输出端的一路依次串接第一电容Cl、第三变压器T3、第一晶体管V1、第七电容C7后与第二变压器T2输入端连接，第一变压器Tl输出端的另一路输出依次串接第二电容C2、第四变压器T4、第二晶体管V2、第八电容CS后与第二变压器T2另一输入端连接，第二变压器T2输出端与中频滤波器12输入端连接；第一电阻Rl的一端与电源单兀5提供的Vcc连接,第一电阻Rl的另一端与第一电感LI的一端、第五电容C5的一端并接,第一电感LI另一端串接第三电感L3、第一晶体管Vl的集电极、第三变压器T3—端，第三电感L3的另一端串接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端并接第三电容C3、第五电阻R5、第一晶体管Vl的基极,第二电阻R2 —端与电源单元5提供的Vcc连接，另一端与第二电感L2的一端、第六电容C6的一端并接，第二电感L2另一端串接第四电感L4、第二晶体管V2的集电极、第四变压器T4 一端，第四电感L4的另一端串接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端并接第四电容C4、第六电阻R6、第二晶体管V2的基极，第一晶体管Vl的发射极接第七电感L7接地，第二晶体管V2的发射极接第八电感L8接地；由混频器10变频后的中频信号输入第一变压器Tl将信号电平分为两路，两路输出信号分别经过第一至第二晶体管Vl至V2放大后与第二变压器T2合成输出至中频滤波器12，第三和第四变压器T3和T4分别构成反馈电路对放大信号进行反馈；第一和第二变压器Tl和T2完成信号分合路即第一至第二晶体管Vl至V2与混频器10、中频滤波器12之间的阻抗匹配。
[0011]其中，所述的末级放大器3包括第五至第六变压器T5至T6、第九至第十四电容C9至C14、第七至第十二电阻R7至R12、第七至第九电感L7至L9和第三至第四晶体管V3至V4 ;所述的第五变压器T5输入端与变频器2输出端连接，第五变压器T5输出端一路串接第九电容C9、第三晶体管放大器V3、第^ 电容Cll后与第六变压器T6输入端连接,另一路输出串接第十电容C10、第四晶体管放大器V4、第十四电容C14后与第六变压器T6另一输入端连接，第六变压器T6输出端与信号输出端口连接，第七电阻R7 —端通过分压电路后与第九电感L9中心端Vcc2连接、另一端与第三晶体管放大器V3的栅极、第七电感L7—端、第九电容C9 一端并接，第七电感L7另一端串接第九电阻R9、第十三电容C13后与第三晶体管放大器V3的漏极、第^ 电容Cll 一端、第九电感L9 一端并接,第八电阻R8 —端通过分压电路后与第九电感L9中心端Vcc2连接、另一端与第四晶体管放大器V4的栅极、第八电感L8 —端、第十电容ClO —端并接,第八电感L8另一端串接第十电阻R10、第十四电容C14后与第四晶体管放大器V4的漏极、第十二电容C12 —端、第九电感L9 一端并接，第三晶体管放大器V3的源极串接第十一电阻Rll接地，第四晶体管放大器V4的源极串接第十二电阻R12接地，第六变压器T6输出端口与信号输出端口连接；由变频器2变频后的中频信号输入第五变压器T5将信号平分为两路，两路输出信号分别经过第三至第四晶体管放大器V3至V4放大后由第六变压器T6合成输出，第七电感L7、第九电阻R9和第十一电容Cll以及第八电感L8、第十电阻RlO和第十二电容C12分别构成反馈电路对放大信号进行反馈;第十一和第十二电阻Rll和R12分别构成反馈电路对放大信号进行反馈；第五和第六变压器T5和T6完成信号分合路及第三至第四晶体管放大器V3至V4与变频器2、信号输出端口之间的阻抗匹配。
[0012]其中，混频器10选用场效应管构成的混频器，并且采用+23dBm高电平的本振信号来驱动。
[0013]本实用新型相比【背景技术】具有如下优点:
[0014]a) 本实用新型采用预选器I电路，选用亚倍频程滤波器组覆盖整个短波频段，有效抑制了带外信号的干扰，提高了设备的抗干扰能力。
[0015]b)本实用新型中预选器I的滤波器组采用交叠2MHz的分段方法，有效保证了设备的2MHz瞬时带宽，提高了设备快速搜索信号的能力。
[0016]c)本实用新型采用低噪声放大器11、混频器10和末级放大器3电路实现了低噪声、大动态范围技术指标。
[0017]d)本实用新型中频滤波器12具有高矩形系数和高带外抑制度的特点，有效地抑制了杂散信号，实现了设备的低杂散的要求。
[0018]e)本实用新型采用一体化仿真和筛选技术，保证了多个设备间的相位幅度一致性。在低噪声放大器11和末级放大器3设计中，利用仿真软件建立器件的小信号模型，充分考虑电路实现的容差设计，选择合适的实现方式，有效地降低了调试难度，保证了放大器的一致性。同时，对设备中的滤波器组8和中频滤波器12采用筛选技术，提高多组滤波器的幅度相位一致性，较好地控制了各信道件的一致性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的电原理方框图。
[0020]图2是本实用新型预选器I的电原理图。
[0021]图3是本实用新型的变频器2的电原理图。
[0022]图4是本实用新型低噪声放大器11的电原理图。
[0023]图5是本实用新型末级放大器3的电原理图。
【具体实施方式】
[0024]参照图1至图5，本实用新型包括预选器1、变频器2、末级放大器3、控制单元4、电源单元5。图1是本实用新型的电原理方框图，实施例按图1连接线路。本实用新型实施例工作于短波频段，频率范围是1.5MHz至30MHz。
[0025]本实用新型预选器I作用是对输入信号进行预选滤波，图2是本实用新型预选器I的电原理图，实施例按图2连接线路。信号经过限幅器6的保护，经过开关7、滤波器组8和开关9构成的开关滤波器组将输入信号按照亚倍频程滤波，抑制了带外的干扰信号和噪声信号，提高了设备的抗干扰能力，相邻滤波器之间交叠2MHz，保证了 2MHz的瞬时带宽。实施例限幅器6采用市售的2CK7?型器件制作，滤波器组8中电容采用市售的CC41-0603-CG-50V型电容器制作。
[0026]本实用新型变频器2作用是将输入短波信号变频至中频信号并放大滤波，图3是本实用新型变频器2的电原理图，实施例按图3连接线路。输入信号与本振信号经过混频器10变频至中频信号，再经过低噪声放大器11和中频滤波器12的放大滤波。为了保证高线性度，混频器10选用场效应管构成的混频器，有效地提高了混频器的IP3指标，并且采用+23dBm高电平的本振信号来驱动，低噪声放大器10选用了低噪声晶体管和无损反馈的形式，实现了低噪声和高IP3的指标，为了保证该装置的低杂散，中频滤波器11具有较高的矩形系数，有效地抑制了带外杂散。实施例混频器10采用市售的RAY-3型器件制作。
[0027]本实用新型低噪声放大器11作用是对中频信号进行放大，图4是本实用新型低噪声放大器11的电原理图，实施例按图4连接线路。低噪声放大器11采用平衡放大形式，将第一晶体管Vl和第二晶体管V2组成平衡放大结构，提高放大器的二阶动态指标，对于单个晶体管，采用无损反馈的形式，能够提高放大器的三阶动态指标和降低噪声系数。低噪声放大器11中晶体管采用市售的2N5109型器件制作。
[0028]本实用新型末级放大器3作用是对中频信号进行放大后输出给AD采样，图5是本实用新型末级放大器3的电原理图，实施例按图5连接线路。末级放大器3采用平衡放大结构，第三晶体管V3和第四晶体管V4组成平衡结构，提高放大器的二阶动态指标，第五变压器T5将信号平分为同幅、反相的2路信号，信号经过第九电容C9和第十电容ClO后由第三晶体管V3和第四晶体管V4放大，放大信号经过第十一电容Cll和第十二电容C12后由第六变压器T6合成输出信号。实施例第五变压器T5和第六变压器T6采用磁环NX020007*4*2和直径0.1mm漆包线绕制而成，线圈绕制密度、线圈的圈数要合适，第三晶体管V3和第四晶体管V4采用市售MRF136型器件制作，第九电感L9采用市售HYL4201型器件制作。
[0029]本实用新型各部件的其余电阻R、电容C、电感L均采用市售通用器件制作。
[0030]本实用新型简要工作原理:
[0031]天线接收的短波信号输入预选器I进行亚倍频程的预选滤波后，再进入混频器10与本振信号混频产生了中频信号，中频信号输入到低噪声放大器11放大，放大信号再经过中频滤波器12滤波抑制掉带外杂散后，最后进入末级放大器3经过最后一级放大后输出；电源单元5将电压处理后输入到预选器1、变频器2、末级放大器3和控制单元4，控制单元4将TTL电平控制信号转换成二极管驱动电压，控制预选器I中的开关滤波器组。
【权利要求】
1.一种短波宽带下变频器，包括预选器(1)、变频器(2)、末级放大器(3)、控制单元(4)和电源单元(5)，其特征在于:预选器(1)在控制单元(4)的控制下，对外部输入的短波信号进行滤波后输出至变频器(2);变频器(2)将预选器(1)输出的信号对与来自外部的本振信号混频后得到中频信号并进行放大滤波后输出至末级放大器(3);末级放大器(3)对变频器(2)输出的信号进行低噪声、高增益和高线性度的放大，最终对外输出。
2.根据权利要求1所述的短波宽带下变频器，其特征在于:所述的预选器(I)包括限幅器(6)、第一级开关(7)、滤波器组(8)和第二级开关(9);限幅器(6)对外部输入的短波信号进行限幅保护后并输出至由第一级开关(7)、滤波器组(8)和第二级开关(9)构成的开关滤波器组，开关滤波器组对输入的信号按照亚倍频程进行滤波后输出至变频器(2);第一级开关(7)和第二级开关(9)分别由控制单元(4)进行控制，用于开关切换。
3.根据权利要求1所述的短波宽带下变频器，其特征在于:所述的变频器(2)包括混频器(10)、低噪声放大器(11)和中频滤波器(12);混频器(10)将预选器(I)输出的信号与外部输入的本振信号进行混频形成中频信号，低噪声放大器(11)对输入的中频信号进行低噪声放大后，输出至中频滤波器(12);中频滤波器(12)对低噪声放大器(11)输出的信号进行滤波后输出至末级放大器(3 )。
4.根据权利要求3所述的短波宽带下变频器，其特征在于:所述的低噪声放大器(11)包括第一至第四变压器(Tl至T4)、第一至第八电容(Cl至CS)、第一至第六电感(LI至L6)，第一至第六电阻(Rl至R6)和第一至第二晶体管(VI至V2);所述的第一变压器Tl输入端与混频器(10)输出端连接，第一变压器Tl输出端的一路依次串接第一电容Cl、第三变压器T3、第一晶体管V1、第七电容C7后与第二变压器T2输入端连接，第一变压器Tl输出端的另一路输出依次串接第二电容C2、第四变压器T4、第二晶体管V2、第八电容C8后与第二变压器T2另一输入端连接，第二变压器T2输出端与中频滤波器(12)输入端连接；第一电阻Rl的一端与电源单兀(5)提供的Vcc连接,第一电阻Rl的另一端与第一电感LI的一端、第五电容C5的一端并接，第一电感LI另一端串接第三电感L3、第一晶体管Vl的集电极、第三变压器T3 —端，第三电感L3的另一端串接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端并接第三电容C3、第五电阻R5、第一晶体管Vl的基极,第二电阻R2 —端与电源单兀(5)提供的Vcc连接，另一端与第二电感L2的一端、第六电容C6的一端并接，第二电感L2另一端串接第四电感L4、第二晶体管V2的集电极、第四变压器T4 一端，第四电感L4的另一端串接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端并接第四电容C4、第六电阻R6、第二晶体管V2的基极，第一晶体管Vl的发射极接第七电感L7接地，第二晶体管V2的发射极接第八电感L8接地；由混频器(10)变频后的中频信号输入第一变压器Tl将信号电平分为两路，两路输出信号分别经过第一至第二晶体管(VI至V2)放大后与第二变压器T2合成输出至中频滤波器(12)，第三和第四变压器(T3和T4)分别构成反馈电路对放大信号进行反馈；第一和第二变压器(Tl和T2)完成信号分合路即第一至第二晶体管(VI至V2)与混频器(10)、中频滤波器(12)之间的阻抗匹配。
5.根据权利要求1所述的短波宽带下变频器，其特征在于:所述的末级放大器(3)包括第五至第六变压器(T5至T6)、第九至第十四电容(C9至C14)、第七至第十二电阻(R7至R12)、第七至第九电感(L7至L9)和第三至第四晶体管(V3至V4);所述的第五变压器T5输入端与变频器(2)输出端连接，第五变压器T5输出端一路串接第九电容C9、第三晶体管放大器V3、第十一电容Cll后与第六变压器T6输入端连接，另一路输出串接第十电容CIO、第四晶体管放大器V4、第十四电容C14后与第六变压器T6另一输入端连接，第六变压器T6输出端与信号输出端口连接，第七电阻R7 —端通过分压电路后与第九电感L9中心端Vcc2连接、另一端与第三晶体管放大器V3的栅极、第七电感L7 —端、第九电容C9 一端并接，第七电感L7另一端串接第九电阻R9、第十三电容C13后与第三晶体管放大器V3的漏极、第十一电容Cll 一端、第九电感L9 一端并接，第八电阻R8 —端通过分压电路后与第九电感L9中心端Vcc2连接、另一端与第四晶体管放大器V4的栅极、第八电感L8 —端、第十电容ClO —端并接，第八电感L8另一端串接第十电阻R10、第十四电容C14后与第四晶体管放大器V4的漏极、第十二电容C12 —端、第九电感L9 一端并接，第三晶体管放大器V3的源极串接第十一电阻Rll接地，第四晶体管放大器V4的源极串接第十二电阻R12接地，第六变压器T6输出端口与信号输出端口连接；由变频器(2)变频后的中频信号输入第五变压器T5将信号平分为两路，两路输出信号分别经过第三至第四晶体管放大器(V3至V4)放大后由第六变压器T6合成输出，第七电感L7、第九电阻R9和第十一电容Cll以及第八电感L8、第十电阻RlO和第十二电容C12分别构成反馈电路对放大信号进行反馈；第十一和第十二电阻(Rll和R12)分别构成反馈电路对放大信号进行反馈；第五和第六变压器(T5和T6)完成信号分合路及第三至第四晶体管放大器(V3至V4)与变频器(2)、信号输出端口之间的阻抗匹配。
6.根据权利要求3所述的 短波宽带下变频器，其特征在于:混频器(10)选用场效应管构成的混频器，并且采用+23dBm高电平的本振信号来驱动。
【文档编号】H03D7/16GK203617971SQ201320869518
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】郑见树, 宋庆辉, 魏利郝, 敦书波 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所