超外差接收信道共用基础模块的设计方法与流程

本发明涉及一种广泛应用于监测接收机、搜索接收机等的超外差接收信道。通过对接收信道共用基础模块的系列化开发实现超外差接收信道设计开发的方法。

背景技术：

超外差接收机因其采用了超外差接收方式而得名。所谓超外差方式就是在接收机中，本振信号和接收的外来信号在混频器中混频，产生一个调制规律与接收的外来信号相关联的中频信号。外来信号的接收是一个混频的过程,在这个过程中,由天线接收的输入信号,经接收信道混频后得到一个中频信号,放大后送入解调器。超外差接收方式可以通过改变本振信号的频率很方便地实现接收机的调谐，同时保持中频信号的频率的不变，这可以说是超外差接收机众多优点的根本所在。超外差接收机可采用一次或二次(多次)变频将信号频率变换到中频上。一次变频结构简单，成本低，且避免了高阶镜频干扰问题，但不能迅速适应频率变更；二次(多次)变频结构复杂，成本高，因接收机中的任一混频都将产生镜频频率,高阶镜频干扰问题严重，这对中频的选择和混频前滤波器的要求更为严格，但二次(多次)变频能迅速适应频率变更。

接收机的灵敏度随着噪声系数的下降和中频带宽的减小而改善。接收机第一级镜频抑制滤波器对接收机的灵敏度有很大的影响，其插入损耗直接降低了接收机的灵敏度。因此在一些要求较高灵敏度的场合，常常把低噪声放大器放在接收机的第一级。但这样做镜像频率和其他杂散就一并进入到接收机中，使接收机线性变差，甚至振荡，产生功率过大信号而使设备烧毁，因此在宽带接收机或复杂电磁环境的场合不宜采用。

镜频抑制指标反映接收机对镜频信号干扰的抑制能力，是接收机设计中必须加以重点考虑的指标。由于镜频信号经过混频器后的变频信号同样落在中频滤波器的通带内，对镜频信号的抑制就显得很有必要。抑制镜频信号的方法一是使用镜频抑制滤波器提高频带的选择性，二是采用高中频，三是采用多次变频的方法。设计中常常采用这三种方法的结合。

超外差接收信道是超外差接收机实现信号接收的核心部件，其性能的优劣直接影响整个接收机的性能。不同的超外差接收信道具有很大的差异性。具体表现为覆盖频段不同、灵敏度要求不同、增益要求不同、频率流程不同、中频频率不同等。随着技术的进步，超外差接收信道的需求不断多样化，信道研制周期要求不断缩短，导致原有的超外差接收信道研制方法越来越不适应研制周期要求，研制耗费大量的人力资源，重复性工作多，成本无法控制。因此，快速响应接收信道的研制要求，以最少的人力资源完成超外差接收信道的设计具有重大的现实意义。

传统的以整个接收信道进行开发方式，难度较大。具体表现为，技术实现上难度高，需要占用大量高水平研发人员，并需要研发人员对整个接收信道各个部分的技术指标、实现方式、元器件水平、实现工艺都有比较高的认知；此外，为满足不同的指标要求，需要开发大量的超外差接收信道产品才能满足使用需求，在开发期间投入的时间、人力、财务成本将非常大；再有，产品的更新、升级比较困难，往往一点小的技术指标的更改，都会导致整个接收信道设计的调整；此外后期升级、维护同样需要投入当量的时间和人力成本。因此长远来看，以整个接收信道进行开发设计，不能解决研制的时间和成本矛盾。

梳理共用基础模块，形成共用基础模块的产品型谱，是解决接收信道研制周期的一个方式。不同的接收机中超外差接收信道虽然具有很大的差异性，但是其基本构架、流程相同。因此，不以整个接收信道进行产品开发，而是设计几种接收信道共用基础模块；针对接收信道共用基础模块进行产品化、系列化开发；之后再根据接收信道的指标要求，选用不同的共用基础模块进行组合，完成整个接收信道的拼接，实现技术指标要求。这样做的好处是，可以进行人力资源的合理分工，由不同的人负责不同的超外差接收信道共用基础模块，针对基础模块进行深入性的技术研究，做到更专业、更细致。通过高水平的共用基础模块，进而实现高水平的接收信道。此外，产品的更新、升级也可以转化为各模块的升级，最大限度的避免因一个小的技术指标更改导致整个信道全部重新设计的情况发生。同时，模块化设计也有利于信道的技术指标分解和实现，将信道的技术指标拆分的各个共用基础模块中，更直观的把握技术难点和主要技术发展方向。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足之处，提供一种快速、高效，可操作性强，基于超外差接机共用基础模块的超外差接收信道设计方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种超外差接收信道共用基础模块的设计方法。首先设计三种共用基础模块：预选模块、变频模块和中频模块；其次针对三种共用基础模块电路进行系列化开发，形成预选模块1、预选模块2、…预选模块X，变频模块1、变频模块2、…变频模块Y，中频模块1、中频模块2…中频模块Z的共用基础模块系列；再进行超外差接收信道设计时，根据已有共用基础模块产品选用相应模块系列，分别选用合适的预选模块、变频模块和中频模块进行拼接组合；最终利用上述共用基础模块构建完成一个完整的超外差接收信道，进而实现超外差接收信道的快速设计。

本发明可以利用上述共用基础模块构建一种输入频率0.03GHz-3GHz，输出中频为140MHz的超外差接收信道；若改为设计一个输入频率改变为2GHz-6GHz、输出中频为375MHz的超外差接收信道，只需将预选模块替换为包含低噪声放大器、预选开关以及预选滤波器的预选模块、将中频模块替换为包含中频切换开关、中频滤波器和中频放大器的中频模块，进而实现超外差接收信道的快速设计。

本发明的有益效果在于，

快速、高效。本发明设计三种共用基础模块：预选模块、变频模块和中频模块；通过设计几种共用基础模块，对共用基础模块进行系列开发，针对三种共用基础模块电路，进行系列化开发，形成共用基础模块系列产品；再进行超外差接收信道设计时，根据已有共用基础模块产品系列，分别选用合适的预选模块、变频模块和中频模块进行拼接组合的方式实现超外差接收信道设计，简化设计难度、节约设计成本，有效降低了接收信道的整体实现难度和研制时间。

可操作性强。本发明只设计三种共用基础模块，进行各自的系列开发，利用基础模块构建一种输入频率0.03GHz-3GHz，输出中频为140MHz的超外差接收信道；若改为设计一个输入频率改变为2GHz-6GHz、输出中频为375MHz的超外差接收信道，只需将预选模块、中频模块进行相应的替换，就能满足超外差接收信道的设计要求，且后期设计升级、产品维护也具有很强的便利性，具有可操作性强的特点。

附图说明

为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图举例说明，从而使本发明的细节和优点变得更为明显。

图1是基于本发明的超外差接收信道流程示意图。

图2是本发明超外差接收信道共用基础模块第一实施例的拼接电路示意图。

图3是本发明超外差接收信道共用基础模块第二实施例的拼接电路示意图。

图4是预选模块第一实施例的电路原理示意图。

图5是预选模块第二实施例的电路原理示意图。

图6是变频模块第一实施例的电路原理示意图。

图7是变频模块第二实施例的电路原理示意图。

图8是变频模块第三实施例的电路原理示意图。

图9是中频模块第一实施例的电路原理示意图。

图10是中频模块第二实施例的电路原理示意图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，首先构建三种共用基础模块：预选模块、变频模块和中频模块；其次针对三种共用基础模块电路进行系列化开发，形成预选模块1、预选模块2、…预选模块X，变频模块1、变频模块2、…变频模块Y，中频模块1、中频模块2…中频模块Z的共用基础模块系列；再进行超外差接收信道设计，根据已有共用基础模块产品选用相应模块系列，分别选用合适的预选模块、变频模块和中频模块进行拼接组合；最终利用上述共用基础模块构建完成一个完整的超外差接收信道，进而实现超外差接收信道的快速设计。

参阅图2。图2实施例中构建的超外差接收信道由沿信号流向依次为预选模块、变频模块和中频模块，三个基础模块构成，其中，预选模块可以选用覆盖频率范围为0.03GHz-3GHz的预选滤波器1、预选滤波器2、….预选滤波器n的预选模块，变频模块可以选用含有2个混频器的适用于2次变频情况的变频模块，中频模块可以选用包含中心频率为140MHz的中频滤波器1-中频滤波器n的中频模块。三个模块之间直接连接，无需增加其他电路。在图2所示实施例中，利用上述共用基础模块构建一种输入频率0.03GHz-3GHz，输出中频为140MHz的超外差接收信道；若改为设计一个输入频率改变为2GHz-6GHz、输出中频为375MHz的超外差接收信道，只需将预选模块替换为包含低噪声放大器、预选开关以及预选滤波器的预选模块、将中频模块替换为包含中频切换开关、中频滤波器和中频放大器的中频模块，进而实现超外差接收信道的快速设计。预选模块选用的分别为图4的预选模块，中频模块和变频模块可以选用图7的变频模块和图9的中频模块。

参阅图3。图3实施例中构建的超外差接收信道由三个基础模块构成，沿信号流向依次为预选模块、变频模块和中频模块。其中预选模块可以选用的覆盖频率范围为2GHz-6GHz的预选滤波器1-预选滤波器n预选模块，变频模块可以选用含有2个混频器，适用于2次变频情况的变频模块，中频模块可以选用包含中心频率为375MHz的中频滤波器1-中频滤波器n的中频模块。三个模块之间直接连接，无需增加其他电路。利用所述的共用基础模块构建一种输入频率改变为2GHz-6GHz、输出中频为375MHz的超外差接收信道，与图2相比，只是将预选模块替换为图5所示模块、将中频模块替换为图10所示模块，进而实现超外差接收信道的快速设计。

在图2、图3实施例中，预选模块使用的低噪声放大器可以选用全工作频段内平坦的宽带放大器，根据放大器在不同频段的增益不同，结合各频段预选滤波器的插入损耗差异，在预选滤波器前/后应进行增益补偿，在后一级频段切换开关后加一级低通滤波器；中频模块中加入小步进数控衰减器，用以进行增益调节或对宽频段的增益波动进行补充，在中频模块的输出端，加入限幅器对输出幅度进行限制。

在图4所示实施例中，预选滤波器1-预选滤波器n覆盖频率范围0.03GHz-3GHz，系列化开发的预选模块，实际开发的预选模块系列不限于示例的设计情况。预选模块均包含的主要器件有低噪声放大器、预选开关以及预选滤波器，信号输入经过低噪声放大器，再通过频段选择开关进行选择，通过不同的预选滤波器，预选滤波器和频段选择开关之间是固定衰减器，频段选择开关后经过低通滤波器输出。在设计过程中，有一些设计细节需要特别关注。例如低噪声放大器应尽量选用全工作频段内平坦的宽带放大器。根据放大器在不同频段的增益不同，结合各频段预选滤波器的插入损耗差异，在预选滤波器前/后应进行增益补偿。频段切换开关主要考虑开关隔离度，防止信号通过临近预选滤波器进行串扰。后一级频段切换开关后的低通滤波器，主要实现对镜频信号的抑制。

在图5所示实施例中，预选滤波器1-预选滤波器n覆盖频率范围2GHz-6GHz，其余设计细节与图4相同。图4、图5所示预选模块的系列化设计主要就是针对预选滤波器的覆盖频段进行差异设计，形成系列产品。

在图6所示实施例中，首先，所用混频器应尽量选用宽带混频器，这样在后续的升级、优化设计过程中可减少改动。电路输入端的数控衰减器，用以后续设计对动态范围进行扩展。在混频器和滤波器之间应加固定衰减器改善链路驻波情况。变频模块包含1个应用于一次变频超外差信道的中频模块的混频器，在混频器和滤波器之间加连改善链路驻波的固定衰减器；信号输入后经过数控衰减器，进入混频器，输出经过固定衰减器后，再经过一中频滤波器输出。系列化开发的变频模块原理图示例，实际开发的变频模块系列不限于示例的设计情况。变频模块均包含的主要器件为混频器和相应的中频滤波器。

在图7所示实施例中，图7与图6的主要差异是混频器的数量不同，以及对应混频器后的中频滤波器不同。变频模块包含2个串联在第一固定衰减器、一中频滤波器、一中放大器、第二固定衰减器之间的混频器，以应用于2次变频超外差接收信道。信号输入后经过数控衰减进入一混频器，经过第一固定衰减器再经过一中频滤波器送入一中放大器，一中放大器输出经第二固定衰减器进入二混频器，二混频器输出经第三固定衰减器再经二中频滤波器输出。

在图8所示实施例中，图8与图7、图6的主要差异是混频器的数量不同，以及对应混频器后的中频滤波器不同。图6、图7、图8所示变频模块的系列化设计主要是针对混频器数量进行改变，以及混频器之后的中频滤波器的变化，用以适应不同的频率流程。变频模块包含3个应用于3次变频超外差接收信道的混频器，信号输入后经过数控衰减器进入一混频器，输出经过第一固定衰减器后再经过一中频滤波器送入一中放大器，一中放大器输出经第二固定衰减器进入二混频器，二混频器输出经第三固定衰减器再经二中频滤波器输出至二中放大器，二中放大器的输出经第四固定衰减器送至三混频器，三混频器的输出经第五固定衰减器、通过三中频滤波器后输出信号。

在图9所示实施例中，中频模块是系列化开发的中频模块原理图示例，实际开发的中频模块系列不限于示例的设计情况。在中频模块的输出端，根据需要还应加入限幅器对输出幅度进行限制，限幅器应着重考虑其线性度对整个模块线性度的影响。在设计过程中，有一些设计细节需要特别关注。末级放大器数量要根据实际情况选择，图9示例中使用一级末级放大器，但有些情况下最末级会用两级末级放大器才能保证线性度指标要求，两级末级放大器之间应加固定衰减器改善驻波。中频模块均包含的主要器件有中频切换开关、中频滤波器和中频放大器。信号输入后经低通滤波器送入放大器，放大器通过数控衰减器进入带宽选择开关，带宽选择开关的输出经中心频率为140MHz的中频滤波器1-中频滤波器n再经带宽选择开关送入温补衰减器，再经过末级放大器、限幅器输出。中频模块还应包含温补衰减器进行温度的增益补偿和加入用以进行增益调节或对宽频段的增益波动进行补充的小步进数控衰减器。

在图10实施例中，信号输入后经低通滤波器送入放大器，放大器通过数控衰减器进入带宽选择开关，带宽选择开关的输出经中心频率为375MHz的中频滤波器1-中频滤波器n再经带宽选择开关送入温补衰减器，再经过第一末级放大器、固定衰减器、第二末级放大器后，经限幅器输出。中频模块主要区别在于所选用的中频滤波器中频频率不同，所选用的末级放大器数量有差异,第一、第二末级放大器之间加固定衰减器改善驻波，其余细节相同。

图9、图10所示中频模块的系列化设计主要是针对中频滤波器的频率进行变化，用以适应不同的中频频率。