一种用于小型化ODU接收通道的中频电路的制作方法

本发明属于通信技术领域，特别是涉及一种用于小型化odu接收通道的中频电路。

背景技术：

在卫星通信设备中，odu(out-doorunit)是指室外单元，主要包括频率变换和功率放大，具体又可以分为发射通道和接收通道，发射通道通常是指buc(blockup-converter)，即上变频功率放大器，接收通道主要是指lnb(lownoiseblockdown-converter)，即低噪声放大、变频器。

在卫星通信设备中，接收通道的中频电路是指在射频信号与本振信号混频以后，对得到的中频信号进行处理的通道电路。混频后的中频信号中通常含有大量谐波、杂波成分，因此需要进行滤波处理和信号放大处理，同时还要有良好信噪比特性，并在工作带宽内具有良好的平坦度。

现有技术中，随着卫星通信设备小型化发展趋势，希望其中的接收通道的中频电路采用元器件少、组成电路具有占用空间小、功耗低、稳定性高等优势。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于小型化odu接收通道的中频电路，解决现有技术中对中频信号的杂波处理覆盖不全、放大处理增益不够，以及在有限空间内电路过于复杂、体积大、功耗高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种用于小型化odu接收通道的中频电路，包括中频信号输入端，所述中频信号输入端首先连接用于滤除所述中频信号之外的杂波的中频滤波器，然后由所述中频滤波器的输出端电连接中频放大器，所述中频放大器对所述中频信号进行功率放大后输出。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频滤波器包括第一级中频滤波器，所述第一级中频滤波器包括芯片lfcn-6000，并且在所述芯片lfcn-6000与所述中频信号输入端之间还串接有第一匹配衰减器。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频放大器还包括第一级中频放大器，所述第一中频放大器包括芯片upc3226tb，所述芯片upc3226tb的输入端与所述芯片lfcn-6000的输出端电连接。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频滤波器包括第二级中频滤波器，所述第二级中频滤波器包括芯片lfcn-8400，并且在所述芯片lfcn-8400的输入端与所述芯片upc3226tb的输出端之间还串接有第二匹配衰减器。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频滤波器包括第二级中频放大器，所述第二级中频放大器包括芯片ecg001f-g，并且在所述芯片ecg001f-g的输入端与所述芯片lfcn-8400的输出端电连接。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频滤波器包括第三级中频滤波器，所述第三级中频滤波器包括芯片lfcn-2250，并且所述芯片lfcn-2250的输入端与所述芯片ecg001f-g的输出端电连接。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，在所述芯片lfcn-2250的输出端还电连接有增益均衡器。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，在所述芯片lfcn-2250和所述增益均衡器之间还串接有第三匹配衰减器。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，在所述增益均衡器的输出端进一步级联有温补衰减器。

在本发明用于小型化odu接收通道的中频电路的另一实施例中，所述中频电路设置于腔体内，所述腔体包括电源腔体、第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述电源腔体与第二腔体连通，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体呈s型结构结合为一体。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种用于小型化odu接收通道的中频电路，中频信号输入端，与射频信号输入端电连接的第一级中频滤波器，以及依次串接的第一级中频放大器、第二级中频滤波器、第二级中频放大器、第三级中频滤波器，构成两级放大和三级滤波的中频通道电路。并且，在第三级中频滤波器之后还进一步级联有增益均衡器和温补衰减器。本电路能够很好对中频信号中的杂波、谐波成分进行滤除，并且提供了足够的通道增益，保证了中频信号在整个频带的平坦性以及增益不受高低温影响的特性，选择的元器件主要是集成的单体元器件，在减小体积、降低成本、保持信号稳定可靠等方面也具有优势。

附图说明

图1是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路一实施例组成框图；

图2是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例中的第一级中频滤波器电路图；

图3是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例中的第一级中频放大器电路图；

图4是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例中的第二级中频滤波器电路图；

图5是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例中的第二级中频放大器电路图；

图6是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例中的第三级中频放大器与增益均衡器、温补衰减器电路图；

图7是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例组成原理图；

图8是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路另一实施例的结构布局图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

下面结合附图，对本发明的各实施例进行详细说明。图1是本发明用于小型化odu接收通道的中频电路一实施例组成示意图。该电路中包括中频信号输入端311，所述中频信号输入端311首先连接用于滤除所述中频信号之外的杂波的中频滤波器，然后由所述中频滤波器的输出端电连接中频放大器，所述中频放大器对所述中频信号进行功率放大后输出。

进一步的，如图1所示，其中的中频滤波器和中频放大器呈现多级串联结构。其中，所述中频滤波器包括第一级中频滤波器31，所述第一级中频滤波器31包括芯片lfcn-6000，并且在所述芯片lfcn-6000与所述中频信号输入端311之间还串接有第一匹配衰减器。

进一步的，如图2显示了第一匹配衰减器的组成和由芯片lfcn-6000组成的第一级中频滤波器31。中频输入端通过100pf的电容c34将中频信号耦合到由电阻r25、r28和r29组成的匹配衰减器，其中r25的电阻值为18ω，r28和r29的阻值都是300ω，并且r28和r29分别连接电阻r25的两端，然后各自接地。通过该匹配器可以使得前后级的阻抗匹配，保持中频信号在该电路具有良好的传导性。图2中，r25和r29的连接端与芯片lfcn-6000的1号引脚，即信号输入端电连接，芯片lfcn-6000的2号引脚、4号引脚均接地，3号引脚是信号输出端。该滤波器体积小、外围无需接口电路，适用于小型化的中频通道电路。另外，进入的中频信号的频率范围主要集中在950mhz-2150mhz，而芯片lfcn-6000在6000mhz以下都具有良好的低通特性，例如在5000mhz时，对应的插入损耗是0.57db，vswr是1.37:1，在6000mhz时，对应的插入损耗是0.75db，vswr是1.24:1，在6800mhz时，对应的插入损耗是2.80db，vswr是3.31:1。利用该芯片组成第一中频滤波器主要是滤除前一级中混频器中的本振信号，以及对中频信号中的谐波成分进行滤除。

进一步的，在图1中，所述中频放大器包括第一级中频放大器32，所述第一中频放大器32包括芯片upc3226tb，所述芯片upc3226tb的输入端与所述芯片lfcn-6000的输出端电连接。

如图3所示，给出了芯片upc3226tb及其外围电路组成，其中，通过电容c36与前一级芯片lfcn-6000的信号输出端(即3号引脚)电连接。该芯片upc3226tb电源端vcc通过电源滤波网络接直流+5v，该电源滤波网络主要是一个rc网络，通过该网络可以减少电源波动对中频信号放大的不利影响，经过该芯片放大后从其4号引脚输出，并且该4号引脚还通过电感l8连接到电源滤波网络。可以看出该rc网络包括与+5v电连接的电容c46、c30，这两个电容的另一端均接地，与+5v电连接的还有两个并联的电阻r22、r23，这两个电阻的另一端共同电连接到芯片upc3226tb电源端vcc。芯片upc3226tb的工作频段为0-3ghz，增益是25db@1ghz，噪声系数5.3db，输出1db压缩功率+7.5dbm，+5v供电，工作电流15ma。该芯片采用6脚封装，外形小且电路简单易用。

进一步的，在图1中，所述中频滤波器包括第二级中频滤波器33，所述第二级中频滤波器33包括芯片lfcn-8400，并且在所述芯片lfcn-8400的输入端与所述芯片upc3226tb的输出端之间还串接有第二匹配衰减器。

如图4显示了第二匹配衰减器的组成和由芯片lfcn-8400组成的第二级中频滤波器33。所述芯片upc3226tb的输出端通过100pf的电容c31将中频信号进一步耦合到由电阻r24、r26和r27组成的匹配衰减器，其中r24的电阻值为18ω，r26和r27的阻值都是300ω，并且r26和r27分别连接电阻r24的两端，然后各自接地。通过该匹配器可以使得前后级的阻抗匹配，保持中频信号在该电路具有良好的传导性。图4中，r24和r27的连接端与芯片lfcn-8400的1号引脚，即信号输入端电连接，芯片lfcn-8400的2号引脚、4号引脚均接地，3号引脚是信号输出端。该滤波器体积小、外围无需接口电路，适用于小型化的中频通道电路。由此可见，该第二级中频滤波器与第二匹配衰减器，与前述的第一级中频滤波器与第一匹配衰减器电路结构相似，主要区别在于芯片lfcn-8400在8000mhz以下都具有良好的低通特性，进一步滤除了中频信号中的高频成分。例如在7000mhz时，对应的插入损耗是0.58db，vswr是1.15:1，在8000mhz时，对应的插入损耗是0.89db，vswr是1.34:1，在9000mhz时，对应的插入损耗是1.89db，vswr是2.08:1。

进一步的，在图1中，所述中频滤波器包括第二级中频放大器34，所述第二级中频放大器34包括芯片ecg001f-g，并且在所述芯片ecg001f-g的输入端与所述芯片lfcn-8400的输出端电连接。

如图5所示，给出了芯片ecg001f-g及其外围电路组成，其中，前一级芯片lfcn-8400的信号输出端(即3号引脚)通过电容c33与芯片ecg001f-g的3号引脚，即信号输入端电连接。该芯片ecg001f-g的1、2，以及4、5引脚均接地，6号引脚是经过放大以后的信号输出端。并且，可以看到，该6号引脚也通过电感l9连接一个电源滤波网络接直流+5v，该电源滤波网络主要是一个rc网络，通过该网络可以减少电源波动对中频信号放大的不利影响。然后通过电容c43向后一级传导输出。该rc网络包括与+5v电连接的电容c37、c38，这两个电容的另一端均接地，与+5v电连接的还有两个并联的电阻r30、r31，这两个电阻的另一端共同电连接到电感l9，电感的另一端电连接芯片ecg001f-g的6号引脚，该引脚也是作为供电引脚。

芯片ecg001f-g的工作频段为0-6ghz，增益是20db@1ghz，噪声系数3.4db，输出1db压缩功率12.5dbm，+5v供电，工作电流30ma。该芯片采用6脚封装，外形小且电路简单易用。

进一步的，在图1中，所述中频滤波器包括第三级中频滤波器35，所述第三级中频滤波器包括芯片lfcn-2250，并且所述芯片lfcn-2250的输入端与所述芯片ecg001f-g的输出端电连接。

如图6所示，芯片ecg001f-g的6号引脚通过电容c43连接lfcn-2250的1号引脚，芯片lfcn-2250的2号引脚、4号引脚均接地，3号引脚是信号输出端。通过选用芯片lfcn-2250可以滤除近端谐波信号，使带外杂散满足指标要求-50dbc。该芯片在2000mhz时，对应的插入损耗是0.51db，vswr是1.06:1，在2250mhz时，对应的插入损耗是0.82db，vswr是1.20:1，在2575mhz时，对应的插入损耗是2.84db，vswr是2.10:1。如果频率再增加则会带来更高的插入损耗。并且该芯片，只有3.20mm×1.60mm×0.94mm的体积，占用空间小。

由此可见，前述经过了三级滤波和两级放大的中频通道电路。其中在三级滤波中，首先针对中频信号在950mhz-2150mhz的频率范围内，先是以6000mhz为截止频率进行低通滤波，再以8000mhz为截止频率进行低通滤波，主要是实现对中频信号中的谐波成分进行滤波，然后再以2250mhz为截止频率进行低通滤波，主要是滤除近端的谐波成分。

在图1中，在第三级中频滤波器35(即芯片lfcn-2250)的输出端还电连接有增益均衡器36。并且结合图6，在所述芯片lfcn-2250和所述增益均衡器之间还串接有第三匹配衰减器。

图6中，芯片lfcn-2250的3号引脚通过电容c42向后一级输出，其中第三匹配衰减器包括电阻r33、r36和r37组成的电阻匹配衰减网络，该网络与前述的第一匹配衰减器、第二匹配衰减器具有相同的电路组成，这里不再赘述。而增益均衡器则主要由c39、r34、r38和l10、r41组成。可见这是一个rlc无源网络，其中在电容c39的两端并联有串接在一起的电阻r34和r38，在这两个电阻之间又接入电感l10，而电感l10的另一端则电连接电阻r41，电阻r41的另一端则接地。

在中频电路增加这样一个增益均衡器，主要是因为该中频信号的频率范围是950mhz-2150mhz，带宽为1.2ghz，而整个中频电路的放大器在整个频带内增益平坦度呈现低频增益高、高频增益低的特性，所以需要在最后输出加一级这样的无源rlc增益均衡器来改善放大器在整个频带内的不平坦性。

优选的，在图1中，在所述增益均衡器36的输出端进一步级联有温补衰减器37。在图6中显示该温补衰减器主要是包括芯片pxv1220s，该芯片的接地端接地，输入端连接电容c39从而与增益均衡器级联，输出端可以再连接一个匹配器，该匹配器由电阻r32、r39和r40组成。由于整机工作环境温度范围很宽，整个中频放大器在高低温环境下会引起输出增益不一样，因此通过设置温补衰减器来补偿中频放大增益在高低温下的增益变化。

另外，本电路还要充分考虑对中频信号的功率变化，要能够保证在整个中频通道中中频信号的功率始终工作在一个合理的区间，同时还能保证中频信号的传输特性、噪声特性保持良好。因此从中频信号输入端进入的中频信号在经过本电路时，必须考虑信号功率的衰减变化，从而使得经过本电路后，中频信号能够有足够的功率进入下一级电路。

如图7所示，当从中频信号输入端进入第一匹配衰减器301的射频信号的功率为-36.6dbm，经过该第一匹配衰减器301后有3db的损耗，即中频信号从第一匹配衰减器301输出后的功率为-39.6dbm。然后，经过第一级中频滤波器302，即lfcn-6000，有2db的衰减，中频信号功率为-41.6dbm。经过第一级中频放大器303，由芯片upc3226tb进行25db的增益放大，使得中频信号功率增加为-16.6dbm，获得了较高的增益放大。但是这种放大也会带来杂波成分的放大，而一同混入中频信号中，为此还需要通过第二级中频滤波器305，即lfcn-8400进行第二次滤波，在第二级中频滤波器305(2db衰减)与第一级中频放大器303之间是第二匹配衰减器304(3db衰减)，因此经过第二级中频滤波器305输出的中频信号功率是-21.6dbm。接着，由第二级中频放大器306对中频信号进行功率放大，放大增益是20db，由此中频信号的功率为-1.6dbm。然后再依次经过第二级中频滤波器307(3db衰减)、第三匹配衰减器308(3db衰减)、增益均衡器309(4db衰减)和温补衰减器310(5db衰减)，最终输出的中频信号的功率为-16.6dbm。可以看出，通过合理设置各放大器的增益值，以及合理选用中频滤波器、匹配衰减器，可以精确的控制中频信号的功率变化情况，并且在保证整个中频通道增益、平坦度都符合要求的条件下，采用集成微波器件、减少分离元件、单一电源供电(直流5v)的使用等方式来优化中频通道电路的体积，满足设备小型化的需要。

图7中的nf表示噪声系数，gain表示增益值，op1db表示功率放大器输入压缩点，oip3表示功率放大器的输出三阶交调点，po表示各个元器件的中频信号输出功率值。

图7中显示了中频信号在该电路中的功率变化情况，可以看出其中设置了多个匹配衰减器，如第一匹配衰减器301、第二匹配衰减器304、第三匹配衰减器308。通过设置这些衰减器可以将前后级之间的元器件之间实现良好阻抗匹配，避免了中频信号传输过程中产生失真和反向功率问题，虽然产生了一定的衰减，但通过多级放大可以保证中频信号有足够大的功率。

为了实现中频电路小型化的结构设计，如图8所示，对该中频电路布局中包括电源腔体q0、第一腔体q1、第二腔体q2和第三腔体q3，这里之所以称之为腔体，是指中频电路的周边设置有金属壁，金属壁的高度高于中频电路中的各个元器件的高度，并且还在金属壁的上部加盖金属盖，这样就把整个中频电路隔离在一个腔体内，由此可以避免外部其它电路对中频电路可能产生的电磁干扰。在电源腔体q0内主要是设置有电源滤波电容，对外部输入的直流5v电压进行稳压滤波。在第一腔体q1中主要包括第一级中频滤波器芯片lfcn-6000，以及在芯片lfcn-6000之前串接的第一匹配衰减器；在第一腔体q1与第二腔体q2连接部q12设置有芯片第一中频放大器芯片upc3226tb，而在第二腔体q2中主要包括第二匹配衰减器和第二级中频滤波器芯片lfcn-8400；在第而腔体q2与第二腔体q3连接部q23设置有第二级中频放大器芯片ecg001f-g，而在第三腔体q3中设置有第三级中频滤波器芯片lfcn-2250，以及相应的第三匹配衰减器、增益均衡器电路和温补衰减器芯片pxv1220s。由此可见，在第一腔体内是以第一级中频滤波为主，在这里主要是对输入的中频信号进行第一滤波，在第二腔体内主要是进行第二级中频滤波，而在第一腔体和第二腔体的结合部进行第一级中频功率放大，这样经过第一次中频放大之后的中频信号主要是在第二腔体内进行滤波；而第三腔体主要也是进行第三级中频滤波，而在第二腔体和第三腔体之间设置有第二中频功率放大，这样经过第二次中频放大之后的中频信号主要是在第三腔体内进行滤波，以及完成增益均衡和温补补偿的处理。这种结构设置将会使得功率放大所造成的非线性影响、以及对射频信号的射频特性影响减少到最低程度，在这几个腔体内主要是进行滤波，而功率放大设置在腔体的结合部，这也与功率放大主要是由单芯片完成有关，并且对功率放大芯片的供电也有较高要求，这两个功率放大器主要也是设置在第二腔体的上部和下部，这样由电源腔体q0输出的+5v电压基本上是沿直线自上而下穿过第二腔体来为芯片upc3226tb和芯片ecg001f-g供电。并且，可以看出，第一腔体q1、第二腔体q2和第三腔体q3成连续s型结构设计，这种结构设计具有在有限空间内延长电路长度的效果，适用于这种小型化应用需求。

基于以上实施例，本发明公开了一种用于小型化odu接收通道的中频电路，中频信号输入端，与射频信号输入端电连接的第一级中频滤波器，以及依次串接的第一级中频放大器、第二级中频滤波器、第二级中频放大器、第三级中频滤波器，构成两级放大和三级滤波的中频通道电路。并且，在第三级中频滤波器之后还进一步级联有增益均衡器和温补衰减器。本电路能够很好对中频信号中的杂波、谐波成分进行滤除，并且提供了足够的通道增益，保证了中频信号在整个频带的平坦性以及增益不受高低温影响的特性，选择的元器件主要是集成的单体元器件，在减小体积、降低成本、保持信号稳定可靠等方面也具有优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。