30MHz～2GHz多通道宽频段通用化综合射频模块的制作方法

本发明属于无线通信领域，尤其涉及射频电路技术和数字信号处理技术。

背景技术：

伴随着航空电子系统高度综合化架构的发展，射频功能的综合得以付诸实施。许多射频传感器功能从硬件的配置中消失，在这样的系统中，以多种共享的资源模块实现各种功能，再也分不出传统的各个分系统的界线。各种功能的获取完全通过加载不同的软件实现，航空电子系统从传统的纵向功能划分过渡到横向功能分区的概念。功能分区是整个系统中功能特性相近、任务关联密切的部分，在同一功能区中可以实现资源共享，容易互为余度而实现动态的重构及容错。航空电子系统综合化从显示器推进到数据处理，又推进到射频传感器系统的综合。

30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块实现了将航空电子系统中的各种射频传感器分系统实现30mhz～2ghz宽频段射频的综合，它提供了一种多模式、宽频段、多功能、软件可配置的射频综合解决方案，能很好地满足机载航空电子各种射频传感器综合的需求。

基于上述原因，要求研制一种30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块，用于满足机载航空电子系统各种传感器射频综合的需求。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块，包含模拟发射信道、本振单元和数字信号处理单元；

所述数字信号处理单元包含发送端信号处理模块，所述发送端信号处理模块用于输出70mhz中频信号至模拟发射信道；

所述本振单元用于产生第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振、第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振和第五发射可变本振，第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振发射可变本振的步进为1khz；

所述模拟发射信道依次包含第一次发射混频模块、第二次发射混频模块和发射电调谐滤波器组模块；所述第一次发射混频模块用于将70mhz中频信号根据输出频率的不同选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振中的一个进行混频，输出400mhz或800mhz或1200mhz的高中频信号；第二次发射混频模块将高中频信号再根据输出频率不同选择与第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振中的一个进行第二次混频，得到30mhz～2000mhz射频信号；所述发射电调谐滤波器组模块中包含七个不同频段的滤波器，发射电调谐滤波器组模块将30mhz～2000mhz射频信号根据输出频率选择一个滤波器进行滤波输出。

优选地，所述第一次发射混频模块依次包含滤波器、放大器、数控衰减器、混频器、衰减器、放大器、三选一开关、滤波器组、三选一开关和放大器，所述70mhz中频信号首先经过滤波器、放大器、数控衰减器进行中频滤波、放大、数控衰减，然后混频器根据输出频率的不同选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振之中的一个进行混频，再后通过衰减器、放大器进行衰减匹配、放大，最后再通过三选一开关、滤波器组、三选一开关和放大器选择滤波器组滤波、再放大输出400mhz或800mhz或1200mhz的高中频信号；其中滤波器组包含三个滤波器，三个滤波器的中心频点分别是400mhz、800mhz和1200mhz，带宽均为20mhz。

优选地，所述第二次发射混频模块依次包含混频器、数控衰减器和放大器，高中频信号先由混频器根据输出频率不同选择第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振中的一个进行混频，再通过数控衰减器和放大器进行衰减、放大，输出30mhz～2000mhz射频信号。

优选地，所述发送端信号处理模块依次包含lvds串并转换模块、i、q分路映射模块、成型滤波器模块、采样速率变换模块、数字上变频模块和d/a模块，从lvds端口接收的信息序列先经过lvds串并转换模块进行串并转换，再经过i、q分路映射模块分为i、q两路信号，之后再经过成型滤波器模块、采样速率变换模块、数字上变频模块进行成型滤波、采样速率变换和上变频，实现3khz-20mhz多种带宽选择，最后由d/a模块完成数模转换和正交调制，送至模拟发射信道。

进一步，所述30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块还包含模拟接收信道；

所述本振单元还用于产生第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振、第五接收可变本振；

所述模拟接收信道依次包含接收电调谐滤波器组模块、第一次接收混频模块和第二次接收混频模块；所述接收电调谐滤波器组模块中包含七个不同频段的滤波器，电调谐滤波器组模块将接收到的30mhz～2000mhz射频信号根据射频信号所在频段选择一个滤波器进行滤波；所述第一次接收混频模块将滤波后的射频信号根据射频信号所在的频段从第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振、第五接收可变本振中选择一个进行混频，输出400mhz、800mhz或1200mhz的高中频信号；所述第二次接收混频模块用于根据高中频信号的频率选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振中的一个进行第二次混频，混频后下变频到70mhz的中频信号；

所述数字信号处理单元还包含接收端信号处理模块，接收端信号处理模块用于接收70mhz的中频信号。

优选地，所述接收电调谐滤波器组模块还包含数控衰减器、二选一开关、30mhz～512mhz滤波通道、500mhz～2000mhz滤波通道和七选一开关，接收到的30mhz～2000mhz射频信号首先经过数控衰减器进行数控衰减，再由二选一开关根据射频信号所在频段从30mhz～512mhz滤波通道、500mhz～2000mhz滤波通道中选择一个进行滤波，最后由七选一开关信号根据射频信号所在频段选择一个滤波器进行滤波。

优选地，所述第一次接收混频模块依次包含放大器、衰减器和混频器，滤波后的射频信号先经过放大器和衰减器进行放大、匹配衰减，再由混频器根据射频信号的频段从第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振、第五接收可变本振中选择一个进行混频，混频后输出400mhz、800mhz或1200mhz的高中频信号。

优选地，所述第二次接收混频模块依次包含放大器、三选一开关、带通滤波器组、三选一开关、数控衰减器、放大器、混频器、滤波器、放大器、数控衰减器、滤波器、放大器、五选一开关、五档信道带宽中频窄带宽、五选一开关、放大器、滤波器、数控衰减器、放大器、滤波器，高中频信号先经过放大器进行放大，再通过三选一开关根据高中频信号的频率从带通滤波器组中选择一个带通滤波器进行滤波，然后通过数控衰减器、放大器进行数控衰减、放大，再由混频器根据高中频信号的频率选择与第一接收固定本振、第二接收固定本振、第三接收固定本振中的一个进行第二次混频，混频后下变频到70mhz的中频信号，再经过滤波器、放大器、数控衰减器、滤波器、放大器进行滤波、放大、滤波、数控衰减、滤波、放大，再经过五选一开关选择五档信道宽带中频窄带宽中的一档进行滤波，最后经过放大器、滤波器、数控衰减器、放大器、滤波器进行放大、滤波、数控衰减、放大、滤波后输出到70mhz的中频信号；其中带通滤波器组包含三个带通滤波器，三个带通滤波器的中心频点分别是400mhz、800mhz和1200mhz。

优选地，所述接收端信号处理模块包含ad模块、正交数字下变频模块、数字滤波模块、采样速率变换模块、匹配滤波模块、数字agc、lvds并串转换模块，70mhz的中频信号先经过ad模块进行模数转换，再正交数字下变频模块完成数字下变频，再经过数字滤波模块、采样速率变换模块、匹配滤波模块进行滤波、采样速率变换、匹配滤波，再经过数字agc进行数字增益，最后经过lvds并串转换模块进行并串转换。

优选地，所述本振单元采用集成vco的锁相环生成第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振，第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振分别四功分后经过三选一开关选通输出给二个模拟发射信道和二个模拟接收信道；

第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振由dds产生，第四发射可变本振由第一发射可变本振经过2次倍频后产生，第五发射可变本振由第二发射可变本振经过2次倍频后产生；

第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振由dds产生，第四接收可变本振由第一接收可变本振经过2次倍频后产生，第五接收可变本振由第二接收可变本振经过2次倍频后产生。

本发明的有益效果在于：

1.实现了两路30mhz～2ghz宽频段、快速跳频、多模、输出信号电平在-30dbm～0dbm可调的发射信道，两路30mhz～2ghz宽频段、快速跳频、多模、动态范围110db的接收信道，可满足某些需要多通道收发且多通道间相位需同步功能使用要求场合；

2.实现了从30mhz～2ghz宽频段射频信号的接收和发射，以往的射频模块基本只实现了几十兆赫兹到几百兆赫兹工作频段射频信号的接收和发射，本发明近2ghz工作频段接收和发射从vhf波段、uhf波段、l波段各种频段波形均可适用；

3.实现了信道带宽3khz-20mhz多种带宽信号带宽可配置，适合不同带宽波形的配置；

4.实现了两路发射信道和两路接收信道每秒大于100000hop/s跳频速度，可满足某些快速跳频波形功能的应用需要；

5.实现了射频输出信号电平在-30dbm～0dbm可调，电平误差达±1db，满足射频信号在30mhz～2ghz频率范围射频输出电平稳定可调的需要，实现了接收信号可在-110dbm～0dbm即110db动态范围内保持接收通道线性放大,信号不失真,满足某些要求通信距离远，电波衰落大的功能波形的需要。

附图说明

图1为30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块简化框图。

图2为数字信号处理单元原理框图。

图3为宽频段多模式可配置的模拟发射信道原理框图。

图4为宽频段多模式可配置的模拟接收信道原理框图。

图5为本振单元原理框图。

图6为数字发送端信号处理框图。

图7为数字接收端信号处理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1所示，本实施例所示的一种30mhz～2ghz多通道宽频段通用化综合射频模块由2路宽频段多模式可配置的模拟发射信道、2路宽频段多模式可配置的模拟接收信道、本振单元和数字信号处理单元共6个单元组成。

(一)本振单元

参见图5所示，本振单元包括产生2路模拟发射信道所需的各种本振和2路模拟接收信道所需的各种本振，其中需提供3路固定本振：第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振，第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振采用集成vco的锁相环完成后，再分别四功分后经过三选一开关选通输出给模拟发射信道1、模拟发射信道2、模拟接收信道1、模拟接收信道2。

需提供2路每秒大于100000hop/s发射可变本振给模拟发射信道1和2，发射可变本振共有5段组成，分别为第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振，它们的步进为1khz，其中第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振由dds直接产生，然后经滤波后输出给模拟发射信道1和2；第四发射可变本振、第五发射可变本振由dds产生第一发射可变本振、第二发射可变本振后再经过2次倍频后，滤波输出给模拟发射信道1和2。

需提供2路每秒大于100000hop/s接收可变本振给模拟接收信道1和2，接收可变本振共有5段组成，分别是第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振和第五接收可变本振，它们步进为1khz，其中第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振由dds直接产生，然后经滤波后后输出给模拟接收信道1和2，第四接收可变本振、第五接收可变本振由dds产生第一接收可变本振、第二接收可变本振后再经过2次倍频后，滤波后输出给模拟接收信道1和2。

本振单元共有4个点频源，2种5段快速跳频源组成。

(二)模拟发射信道

模拟发射信道采用不同频段分段二次变频的方式实现70mhz中频信号到30mhz～2ghz射频信号的上变频，在中频段和最后射频段加入60db数控衰减器实现30mhz～2ghz频段内输出信号电平在-30dbm～0dbm可调，电平误差达±1db要求，2路模拟发射信道的组成和功能一致，下面对其中一路的具体实施方法作详细说明。

参见图3所示，模拟发射信道依次包含第一次发射混频模块、第二次发射混频模块和发射电调谐滤波器组模块；所述第一次发射混频模块用于将70mhz中频信号根据输出频率的不同选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振中的一个进行混频，输出400mhz或800mhz或1200mhz的高中频信号；第二次发射混频模块将高中频信号再根据输出频率不同选择与第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振中的一个进行第二次混频，得到30mhz～2000mhz射频信号；所述发射电调谐滤波器组模块中包含七个不同频段的滤波器，发射电调谐滤波器组模块将30mhz～2000mhz射频信号根据输出频率选择一个滤波器进行滤波输出。

第一次发射混频模块依次包含滤波器、放大器、数控衰减器、混频器、衰减器、放大器、三选一开关、滤波器组、三选一开关和放大器，所述70mhz中频信号首先经过滤波器、放大器、数控衰减器进行中频滤波、放大、数控衰减，然后混频器根据输出频率的不同选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振之中的一个进行混频，再后通过衰减器、放大器进行衰减匹配、放大，最后再通过三选一开关、滤波器组、三选一开关和放大器选择滤波器组滤波、再放大输出400mhz或800mhz或1200mhz的高中频信号；其中滤波器组包含三个滤波器，三个滤波器的中心频点分别是400mhz、800mhz和1200mhz，带宽均为20mhz。

第二次发射混频模块依次包含混频器、数控衰减器和放大器，高中频信号先由混频器根据输出频率不同选择第一发射可变本振、第二发射可变本振、第三发射可变本振、第四发射可变本振、第五发射可变本振中的一个进行混频，再通过数控衰减器和放大器进行衰减、放大，输出30mhz～2000mhz射频信号。

(三)模拟接收信道

模拟接收信道采用30mhz～2ghz不同频段分段二次变频的方实现30mhz～2ghz射频信号到70mhz中频信号的下变频，在70mhz中频段通过开关选择中频窄带宽1、中频窄带宽2、中频窄带宽3、中频宽带宽1和中频宽带宽2的中频滤波器实现信道带宽在中频窄带宽1、中频窄带宽2、中频窄带宽3、中频宽带宽1和中频宽带宽2之间选择，在射频段和第一中频段各加入31db的数控衰减器，输出端70mhz中频段加入两级各31db的数控衰减器实现110db的动态范围调整，2路模拟接收信道的组成和功能一致，下面对其中一路的具体实施方法作详细说明。

参见图4所示，模拟接收信道依次包含接收电调谐滤波器组模块、第一次接收混频模块和第二次接收混频模块；所述接收电调谐滤波器组模块中包含七个不同频段的滤波器，接收电调谐滤波器组模块将接收到的30mhz～2000mhz射频信号根据射频信号所在频段选择一个滤波器进行滤波；所述第一次接收混频模块将滤波后的射频信号根据射频信号所在的频段从第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振、第五接收可变本振中选择一个进行混频，输出400mhz、800mhz或1200mhz的高中频信号；所述第二次接收混频模块用于根据高中频信号的频率选择与第一固定本振、第二固定本振、第三固定本振中的一个进行第二次混频，混频后下变频到70mhz的中频信号；

接收电调谐滤波器组模块具体包含数控衰减器、二选一开关、30mhz～512mhz滤波通道、500mhz～2000mhz滤波通道和七选一开关、接收电调谐滤波器组模块。接收到的30mhz～2000mhz射频信号首先经过数控衰减器进行数控衰减，再由二选一开关根据射频信号所在频段从30mhz～512mhz滤波通道、500mhz～2000mhz滤波通道中选择一个进行滤波，最后由七选一开关信号根据射频信号所在频段选择一个滤波器进行滤波。

第一次接收混频模块依次包含放大器、衰减器和混频器，滤波后的射频信号先经过放大器和衰减器进行放大、匹配衰减，再由混频器根据射频信号的频段从第一接收可变本振、第二接收可变本振、第三接收可变本振、第四接收可变本振、第五接收可变本振中选择一个进行混频，混频后输出400mhz、800mhz或1200mhz的高中频信号。

第二次接收混频模块依次包含放大器、三选一开关、带通滤波器组、三选一开关、数控衰减器、放大器、混频器、滤波器、放大器、数控衰减器、滤波器、放大器、五选一开关、五档信道带宽中频窄带宽、五选一开关、放大器、滤波器、数控衰减器、放大器、滤波器，高中频信号先经过放大器进行放大，再通过三选一开关根据高中频信号的频率从带通滤波器组中选择一个带通滤波器进行滤波，然后通过数控衰减器、放大器进行数控衰减、放大，再由混频器根据高中频信号的频率选择与第一接收固定本振、第二接收固定本振、第三接收固定本振中的一个进行第二次混频，混频后下变频到70mhz的中频信号，再经过滤波器、放大器、数控衰减器、滤波器、放大器进行滤波、放大、滤波、数控衰减、滤波、放大，再经过五选一开关选择五档信道宽带中频窄带宽中的一档进行滤波，最后经过放大器、滤波器、数控衰减器、放大器、滤波器进行放大、滤波、数控衰减、放大、滤波后输出到70mhz的中频信号；其中带通滤波器组包含三个带通滤波器，三个带通滤波器的中心频点分别是400mhz、800mhz和1200mhz，带宽均为20mhz。

(四)数字信号处理单元

所述数字信号处理单元主要由fpga、2路高速ad、2路高速da、2路lvds等组成，其原理框图见图2，完成以下功能：

1.发送端信号处理模块在fpga中完成数字比特流信息调制、脉冲成型、采样速率变换、数字上变频等操作，实现3khz-20mhz多种带宽信号处理，最后由高速da完成数模转换；

2.接收端信号处理模块由高速ad完成模拟信号数字化，在fpga中对数字化信号进行信道滤波与采样速率变换，可实现带宽为3khz-20mhz多种带宽信号处理；

3.数字化中频lvds差分串行输入和输出；

4.本振控制；

5.与主控机数据交换等功能。

参见图6所示，所述发送端信号处理模块依次包含lvds串并转换模块、i、q分路映射模块、成型滤波器模块、采样速率变换模块、数字上变频模块和d/a模块，从lvds端口接收的信息序列先经过lvds串并转换模块进行串并转换，再经过i、q分路映射模块分为i、q两路信号，之后再经过成型滤波器模块、采样速率变换模块、数字上变频模块进行成型滤波、采样速率变换和上变频，实现3khz-20mhz多种带宽选择，最后由d/a模块完成数模转换和正交调制，送至模拟发射信道。

参见图7所示，接收端信号处理模块包含ad模块、正交数字下变频模块、数字滤波模块、采样速率变换模块、匹配滤波模块、数字agc、lvds并串转换模块，70mhz的中频信号先经过ad模块进行模数转换，再正交数字下变频模块完成数字下变频，再经过数字滤波模块、采样速率变换模块、匹配滤波模块进行滤波、采样速率变换、匹配滤波，将信号采样速率变为一个符号周期4个或8个采样点，通过设置不同的滤波器参数可以实现对3khz到20mhz的多种带宽信号处理。为提高信号动态范围，这里还加入了数字agc单元。最后经过lvds并串转换模块进行并串转换。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。