超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法与制作流程
一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法[发明专利]
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专利名称：一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法专利类型：发明专利
发明人：何笑东,王秀平,戴跃飞,李佩
申请号：CN201510815364.X
申请日：20151120
公开号：CN105281675A
公开日：
20160127
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法。
超宽带大瞬时带宽下变频模块在电路结构上，包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路。
所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。
本发明具有高集成度、重量轻、体积小、成本低、可靠性高并且具有良好的可制造性等优势。
本发明还公开所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的变频方法。
申请人：中国电子科技集团公司第三十八研究所
地址：230001 安徽省合肥市高新技术开发区香樟大道199号
国籍：CN
代理机构：合肥市浩智运专利代理事务所(普通合伙)
代理人：方荣肖
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基于FPGA的超宽带数字下变频设计
１ 引 言
随 着 雷 达 应 用 需 求 的 提 高和 数 字 信 号 处 理 技 术 的 迅 速 发 展 ，对 雷达 接 收 系 统 的设 计 也越 来越希望符合软件无 线电的设计思想 ，即将Ａ Ｄ Ｃ 尽可能靠近天线 ，将接 收到的模 拟信号尽早数
字化 。 数 字 化 的 中 频信 号 通 常 基 于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 实现 数 字 下 变 频 获 得 基 带 Ｉ ／ Ｑ 信 号 ， 但 随 着 信 号 载 频 和 带 宽 的不 断提 高 ， 也 需 要 更 加 高 速 的 Ａ Ｄ Ｃ 完 成 信 号 采 样 ，于 是 对 数 字 下 变频 的 处 理 要 求 也 越 来 越 高 。在 超 宽 带 雷 达 接 收 系 统 中 ， 高速 的 数 据 率 使 得 基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的宽 带 数 字 下 变 频 算 法 己 不 再 适 合 采 用 传 统 的 串 行 结 构 实 现 ，本 文 介 绍 了一 种 基 于 并 行 多 相 滤 波 结 构 的 超 宽 带 数 字 下 变 频 设 计 方法 ， 其 并 行 的 流 水 处 理 方 式 使 得 高 速 数 据 无 需缓 存 ， 处理 带 宽 也 相 应 大 大 提 高 。 ２ ． 设 计原 理 根 据 带 通 采 样 定 理 ，在 数 字 中 频 接 收 系 统 中 采样 率 与 信 号 中频 。满 足 ／ ＝１ ／ （ ２ ） Ｍ－ １
日 （ ｚ ） ：∑ ｈ （ ｎ ） ｚ
月－
设Ｄ 为信 号 抽 取 倍 数 ， 此式 展 开 后 得 到 ：
Ｄ－ Ｊ ＋ ∞ Ｄ－ １ － 嘲
—４ ０ ０ Ｍ Ｈ Ｉ Ｄ Ｄ Ｒ ＿； ｌ ｏ ０ Ｍ Ｈ
图 ２ 高 一２ ０ ０ ＭＨ ｍ ｌ Ｉ ￣ Ｘ ４
宽带数字下变频的高效实现方法研究
宽带数字下变频的高效实现方法研究
本文通过对宽带数字下变频（DBDF）的研究，探讨该技术的高效
实现方法。
DBDF是一种有效的综合用电技术，它可以将一个或多个变
频器的运行期间的发电信号路由到多个风机或泵中，从而使得各个模
块之间的相对运行速度自动调整，达到节能减排的目的。
本研究首先
通过开发和研制适用于DBDF应用的模块，以及采用层次分解/模块连
接技术实现，从而实现DBDF在控制系统中的高效实现。
具体而言，在
硬件设计上，采用连续存储器（CMOS）卡以及硬件较小的多面体模块，通过多面体模块的连接，使得多个模块的工作可以遵循比特流的方式
来控制；而在软件上，则采用计算机限定设计（CAD）编程实现UI的
自定义，从而实现控制的及时调整，以满足要求的发电能力和稳定性。
此外，本文还采用了进化型计算机自适应技术，使得DBDF系统具有较
高的辨识能力，从而使得DBDF系统在多变化场景中仍能获得较高的稳
定性，同时减少能耗。
本文对DBDF技术的高效实现做出了贡献，能够
满足现代系统的高效节能要求。
超宽带下变频组件设计
超宽带下变频组件设计
刘玲玲;何川;王自力;王生旺;张广场;陆勤龙
【期刊名称】《电子器件》
【年(卷),期】2022(45)3
【摘要】射电望远镜是天文观测的主要设备,其中接收设备即低温接收机决定了天文观测系统性能。
目前射电望远镜的宽频带需求越来越高,这对接收机变频性能的要求也越来越高。
提出了一种组合变频方案,实现宽带信号能够变频到窄带信号,以满足系统接收不同工作带宽信号的需求。
本组件将2路2 GHz~14 GHz双极化射频信号经组合变频实现频率搬迁到中频,供后续的数字终端处理,并且每路都可以采用不同带宽的射频频率,具有独立性。
变频通道双通道输出频率可在70
MHz~1000 MHz或者500 MHz~1000 MHz之间切换。
通过方案分析,电路优化设计,以及仿真计算实现了该组件,且其性能指标与预期相符。
【总页数】5页(P557-561)
【作者】刘玲玲;何川;王自力;王生旺;张广场;陆勤龙
【作者单位】中国电子科技集团公司超导电子技术重点实验室;中国电子科技集团第十六研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN773
【相关文献】
1.超宽带变频组件的容差分析
2.Ka频段宽带下变频设计与仿真
3.一种小型化超宽带变频组件的设计与实现
4.一款超宽带下变频模块设计
5.一种超宽带变频组件的设计
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基于FPGA的超宽带数字下变频设计
基于FPGA的超宽带数字下变频设计【摘要】本文介绍了基于FPGA、以并行多相滤波结构为算法基础的超宽带数字下变频技术。
设计过程包括高速AD信号降速预处理，应用SysGen开发环境完成的数字混频、多相滤波和数据抽取，并通过仿真验证了算法的可行性。
【关键词】FPGA；并行多相滤波；超宽带数字下变频；SysGen1.引言随着雷达应用需求的提高和数字信号处理技术的迅速发展，对雷达接收系统的设计也越来越希望符合软件无线电的设计思想，即将ADC尽可能靠近天线，将接收到的模拟信号尽早数字化。
数字化的中频信号通常基于FPGA实现数字下变频获得基带I/Q信号，但随着信号载频和带宽的不断提高，也需要更加高速的ADC完成信号采样，于是对数字下变频的处理要求也越来越高。
在超宽带雷达接收系统中，高速的数据率使得基于FPGA的宽带数字下变频算法已不再适合采用传统的串行结构实现，本文介绍了一种基于并行多相滤波结构的超宽带数字下变频设计方法，其并行的流水处理方式使得高速数据无需缓存，处理带宽也相应大大提高。
2.设计原理根据带通采样定理，在数字中频接收系统中采样率与信号中频。
满足（其中M为正整数）时，数字混频算法最为简单，尤其是在采样率较高的超宽带数字接收系统中，满足此条件可以简化设计、便于工程实现。
在本文的超宽带数字接收系统中，采样率和接收带宽都较大，低通滤波器设计采用多相结构。
设低通滤波器的冲激响应为，其Z变换为：设D为信号抽取倍数，此式展开后得到：这样即完成滤波器系数的多相分解，在工程实现时在工程实现时，可以根据需要采用先抽取再滤波的方式降低对硬件处理速度的要求，并提高实时处理能力。
数字下变频仿真和设计主要基于FPGA系统级设计工具System Generator （SysGen）完成，它能够实现从算法模型向FPGA硬件的直接迁移。
工程实现主要包含数字混频、并行多相滤波和数据抽取三部分，其中数字混频过程同时实现了2倍抽取，并行多相滤波后得到大带宽信号的基带I/Q数据，再对此基带信号进行2倍或多倍抽取即可实现对较小带宽的抽取。
变频器的结构、原理及生产工艺流程
【3】限流电路 利用限流电阻限流，因为变频器在上电瞬间， 电解电容的充电电流很大，为了防止过大的冲击电 流损坏主电容和整流桥，电路内串入限流电阻，其 作用是将电容的充电电流限制在允许的范围以内。
第一讲 变频器的结构
整流回路 限流回路 滤波回路 逆变回 路 原 理 图
_
U V W
输出侧
第一讲 变频器的结构
主控板
内部控制回路 电源板 驱动板
键盘
控制回路
外部控制回路
外接给定电路
外接输入电路
外接输出电路
（一）．主回路 1、交-直回路部分
第一讲 变频器的结构
【1】整流电路 由整流管组成三相整流桥，将电源的三相交流全波 整流成直流。如电源的线电压为UL，则三相全波整流后 平均直流电压Ud 的大小是 Ud=1.35UL 【2】滤波电路 利用电容滤平全波整流后的电压纹波，当负载 变化时，使直流电压保持平稳。
1N3
3. 2N1
类型 F
机座号
键盘型号
G
M
30~37
22~30
2N1
JP6E7800
H
18.5~22
第一讲 变频器的结构
3. 2N2
类型 F G M H 功率 (kW) 55~93 45~75 37~55 30~45 2N2 JP6E7800 机座号 键盘型号
4. 2N3
类型
功率 (kW)
机座号
第一讲 变频器的结构
二.普传变频器结构划分： （一） PI7600系列 1. 4N2B
电源 等级 单相 220v 类型 功率 (kW) 机座号 键盘型号
F
G M H F 三相 380v G M
0.75~1.5
0.4~1.5 0.4~0.75 0.4 1.5~2.2 0.75~2.2 0.75~2.2 4N2B JP5E7800 4N2B JP5E7800
1～18GHz超宽带接收下变频模块的设计研究
图1 接收下变频原理框图
侦查监测系统是电子战系统的重要组成部分，理想的侦查监测系统能够以较宽的带宽以及较高的动态和灵敏度信号，而且具有体积小、重量轻、成本低、功耗小、杂散小的特点。
本文设计的1～18GHz超宽带接收下变频模块就具有这些特点。
其设计的链路是接收信号分为1～6GHz、6～18GHz 2个频段，分别送入接收下变频模块对应端口，对于1～18GHz频段的截获信号，在每个通道内先进行限幅、滤波、低噪声放大、功率控制、自检选通后分别用开关滤波滤除谐波及带外信号，再与宽带本振20～40GHz变频至一中频22GHz±0.25GHz/0.5GHz 后再开关滤波、放大输出。
通过开关滤波可滤除谐波杂
20中国设备工程 2023.10（下）。
变频器的结构、原理及生产工艺流程
制造工艺流程
1
原理图设计
2
基于芯片设计，绘制变频器的原理图，
确定电路连接和组成。
3
设备装配
4
将PCB板与其他组件进行装配，形成
完整的变频器设备。
5
芯片设计
设计变频器的核心芯片，包括控制电 路和功率电路等。
PCB板图设计
根据原理图设计，绘制PCB板图，确 定电路的布局和排线。
变频器生产测试流程
对装配好的变频器设备进行严格的性 能和质量测试。
逆变器组件
负责将直流电能转换为交流电能，供给电机 使用。
直流电阻器
用于限制逆变器输出电流的上升速度，保护 电机。
整流电路
整流电路将交流电信号转换为直流电信号，为逆变器组件供电。
PWM模块
PWM模块是ห้องสมุดไป่ตู้频器的核心部分，通过调整占空比来实现对电机的精确控制。
能量回收电路
能量回收电路可以将电机刹车时产生的能量回馈给电源，提高能源利用效率。
传感器
传感器用于检测变频器和电机的运行状态，实现闭环控制。
变频器的工作原理
变频器通过调节输入电源的频率和幅值，从而调整电机的转速和扭矩。
应用领域
1 电梯行业
变频器在电梯中的应用可以实现平稳启停和节能运行。
2 风电行业
变频器在风力发电系统中的应用可以实现风机的调速和功率控制。
3 工业制造业
变频器在工厂生产线中的应用可以实现设备的精确控制和节能运行。
变频器的结构、原理及生 产工艺流程
了解变频器的结构和原理，以及其在生产工艺流程中的应用。
什么是变频器
变频器是一种能够将电能转化为可调频率和可调幅值的电力调节装置，可以 实现对电机的调速和调频。
变频器工艺流程
变频器工艺流程变频器是一种电力调节设备，广泛应用于电机控制、工业自动化和能源节约等领域。
它通过调节电源频率，改变电机的转速，实现对电机的精准控制。
下面我们将介绍变频器的生产工艺流程。
首先，变频器的生产工艺从原材料的准备开始。
需要准备的原材料主要包括电路板、电子元件、外壳、连接线等。
这些原材料通过供应商采购，送至生产车间。
第二步是电路板的制作。
首先，将预先设计好的电路板图纸传输至印制电路板(PCB)制造机器，进行制板。
制板完成后，需要进行电路板的贴片和焊接。
这一步骤主要包括元件点胶、元件贴片、回流焊接等工艺。
第三步是组装外壳。
将焊接好的电路板安装到外壳中，并固定好。
同时，将控制面板和连接端口也固定在外壳上。
外壳的制作主要包括注塑、冲压、折弯等工艺。
第四步是进行质量检测。
在完成组装后，需要对变频器进行严格的质量检测，以确保产品的性能和安全性符合要求。
质量检测主要包括外观检查、电气性能测试、温度测试等。
第五步是产品调试和调整。
在质量检测合格后，需要对变频器进行调试和调整，以确保其满足用户的要求。
调试主要包括参数设置、性能调整、误差校正等工作。
第六步是产品包装和出货。
调试和调整完成后，需要将变频器进行包装，并进行标识和封装。
产品包装主要包括内箱、外箱和标签等。
最后，变频器被装运至客户，正式发货。
总结起来，变频器的生产工艺流程主要包括原材料准备、电路板制作、外壳组装、质量检测、产品调试和调整、产品包装和出货等环节。
通过这一系列工艺步骤的完成，可以生产出高质量的变频器产品，以满足用户的需求。
同时，这也体现了传统制造业与智能制造的融合应用，提高了产品的精准控制和生产效率。
一种超宽带变频组件的设计
㊀收稿日期：２０２０⁃０９⁃１９；修回日期：２０２０⁃０９⁃２２㊀作者简介：卢德森，男，１９８３年生，高级工程师，硕士，研究方向：固态发射技术；戚珑赢，男，１９８８年生，工程师，硕士，研究方向：Ｔ／Ｒ组件技术；张海霞，女，１９８９年生，研究方向：通信保障㊂一种超宽带变频组件的设计卢德森１，戚珑赢１，张海霞２（１．中国船舶集团有限公司第八研究院，南京２１１１５３；２．９１０３３部队，山东青岛２６６００１）摘㊀要：用于侦测雷达接收机的超宽带变频组件要求在较宽的瞬时接收带宽内从杂乱的高强度干扰频谱中提取有用的信号，这就要求宽带变频组件有较高的虚假电平抑制度㊂采用超外差二次变频，在毫米波频段进行一次混频来实现较高虚假抑制㊂超宽带变频组件采用多芯片组装来实现，测试得到虚假电平的抑制度５０ｄＢｃ以上㊂测试结果验证了这种设计方法的可行性㊂关键词：超宽带；变频组件；毫米波混频；虚假电平抑制中图分类号：ＴＮ８５㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００９⁃０４０１（２０２０）０４⁃００４７⁃０４Ａｎｕｌｔｒａ⁃ｗｉｄｅｂａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎＬＵＤｅ⁃ｓｅｎ１，ＱＩＬｏｎｇ⁃ｙｉｎｇ１，ＺＨＡＮＧＨａｉ⁃ｘｉａ２（１．Ｎｏ．８ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＳＳＣ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１５３；２．Ｕｎｉｔ９１０３３ｏｆｔｈｅＣＰＬＡ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｌｔｒａ⁃ｗｉｄｅｂａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅｒａｄａｒｒｅｃｅｉｖｅｒｎｅｅｄｓｔｏｅｘｔｒａｃｔｕｓｅｆｕｌｓｉｇｎａｌｓｆｒｏｍｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄｓｔｒｏｎｇｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍｗｉｔｈｉｎｔｈｅｗｉｄｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｂａｎｄｗｉｄｔｈ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｆａｌｓｅｌｅｖｅｌｒｅｊｅｃｔｉｏｎｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄａｎｄａｃｈｉｅｖｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｓｕｐｅｒ⁃ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｉｘｉｎｇｉｎｔｈｅｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｂａｎｄｆｏｒｔｈｅｆｉｒｓｔｔｉｍｅ．Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｃｈｉｐｓ，ｔｈｅｕｌｔｒａ⁃ｗｉｄｅｂａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅｈａｓｍｏｒｅｔｈａｎ５０ｄＢｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｉｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ⁃ｗｉｄｅｂａｎｄ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅ；ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｍｉｘｉｎｇ；ｆａｌｓｅｌｅｖｅｌｒｅ⁃ｊｅｃｔｉｏｎ０㊀引㊀言信息侦测雷达对把握战场形势至关重要㊂随着战场的电磁环境越来越复杂，对信息侦测雷达提出更高的要求：侦测的频域要比较宽；探测的距离要尽可能地远；小型化机动性要好㊂超宽带变频组件将宽的频域信号变换到较低的频率进行采样处理，是信息侦测雷达的关键部件，其中变频组件的虚假电平抑制度是关键指标，而一中频的规划是实现虚假电平抑制的关键步骤㊂本文设计了一款１ １６ＧＨｚ的超宽带下变频组件，通过合理的中频规划，在毫米波频段进行一次混频，提高了虚假电平抑制度㊂通过多芯片组装的方式，且由于毫米波频段混频，减少了一中频的种类，全频带共用混频器，实现了超宽带变频组件的小型化㊂１㊀变频电路设计１．１㊀一中频规划变频组件的输入射频信号为１ １６ＧＨｚ，下变频到８００ＭＨｚ，进入后端处理㊂若采用一次变频的方案将无法解决镜频和半中频干扰的问题㊂本设计中采用超７４ 第４０卷㊀第４期２０２０年１２月雷达与对抗ＲＡＤＡＲ＆ＥＣＭＶｏｌ．４０㊀Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０２０外差二次变频的方案，一中频的选择尤为关键，它必须保证射频通带内不会在一中频带宽内产生杂散，即使有杂散也要保证杂散抑制须满足５０ｄＢｃ的指标㊂图１为中频规划图，横坐标为中频频率，纵坐标为杂散抑制，灰色横条为中频带宽内的杂散㊂从图中可以看出，须将１ １６ＧＨｚ划分为两段分别进行混频㊂在１ １２ＧＨｚ频段内，上变频至中频为２７．７５ ２９．７５ＧＨｚ时为无杂散区域，遂选取上变频到２９ＧＨｚ；在１２ １６ＧＨｚ频段内（图中可见），若变频到２７．７５ ２９．７５ＧＨｚ时杂散抑制仅为４７ｄＢｃ左右，不满足指标要求，选取上变频到２０ＧＨｚ㊂此时虽然存在－３∗ＲＦ＋２∗ＬＯ阶杂散，但杂散抑制为５７ｄＢｃ，满足指标要求㊂图１㊀中频规划１．２㊀变频电路设计变频电路的原理框图如图２所示㊂变频电路前端接开关滤波器组进行频率预选，同时抑制掉干扰的杂散频率，之后连接一个衰减器，降低混频器的输入口驻波，提高整个射频通带内的平坦度㊂接着进行一次上混频，将高低两个频段分别搬移到不同的中频分别进行一中频滤波，最后进行二次混频得到中频８００ＭＨｚ㊂选取宽带混频器，一次混频和二次混频两个频段可以共用混频器，减少模块的体积，提高集成度㊂采用ＡＤＳ进行变频电路的链路预算仿真，仿真结果如表１所示，得出变频电路的增益为－１１ｄＢ，噪声系数为１７．６ｄＢ㊂图２㊀变频电路的原理框图表１㊀变频电路链路计算结果Ｍｅａｓ＿ｉｎｄｅｘＭｅａｓ＿ｎａｍｅｂ１＿ＳＮＰ１ｂ２＿ＭＩＸ１ｂ３＿ＡＭＰ１ｂ４＿ＡＴＴＥＮ１ｂ５＿ＳＮＰ１ｂ６＿ＡＴＴＥＮ２ｂ７＿ＭＩＸ２０Ｃｍｐ＿Ｓ２１－２．９５４－１０１７－１．５－４．１２４－１．５－８１ＮＦ＿ｒｅｆＩＮ＿ｄＢ３．０２８１２．９２３１５．８１２１５．８２９１５．９３１１５．９６５１７．６２Ｏｕｔｐｗｒ＿ｄＢｍ－１３．６１９－２２．９６２－６．１１３－７．４－１１．５４４－１２．９６９－２０．９６９３ＯｕｔＰｇａｉｎ－３．６１９－１２．９６２３．８８７２．６－１．５４４－２．９６９－１０．９６９㊀㊀虚假电平抑制通过选取合适的一中频，使得射频频率在一中频的带内不产生杂散，或杂散满足指标要求㊂射频频带外的杂散干扰可以通过开关滤波器组进行抑制，使得落在一中频带内的杂散满足指标要求㊂二次混频的杂散主要是半中频和镜频干扰，主要通过一中频滤波器来抑制㊂由于混频器对镜频完全没有抑制，镜频必须完全通过滤波器来实现抑制㊂表２为二次混频带外的干扰频率及其抑制度，从表中可见半中频干扰离一中频通带最近，须特别注意㊂要实现较高的虚假电平抑制度还需关注辐射干扰㊂本设计中采用各个屏蔽小腔体，将干扰频率约束在各屏蔽腔中，使其只能通过传输线及滤波器传输，保证实物测试结果和杂散分析一致㊂８４ 雷达与对抗㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年㊀㊀第４期表２㊀二次混频在二中频带内产生的杂散及其抑制ＭˑＮＩＦ／ＭＨｚＲＦ／ＭＨｚｄＢｃ－１ˑ１９００２８９０００ＤｅｓｉｒｅｄＩＦ－１ˑ１７００２９１０００ＤｅｓｉｒｅｄＩＦ－２ˑ２９００２９３５０４３ＨａｌｆＩＦ－２ˑ２７００２９４５０４３ＨａｌｆＩＦ－３ˑ３９００２９５００５３－３ˑ３７００２９５６６．７５３３ˑ－３９００３００３３５３３ˑ－３７００３０１００５３２ˑ－２９００３０１５０４３２ˑ－２７００３０２５０４３１ˑ－１１０００３０５０００ＲＦＩｍａｇｅ１ˑ－１１１００３０７０００ＲＦＩｍａｇｅ２㊀毫米波互联仿真超宽带变频组件采用多芯片组装来实现，而印制板接地和金丝键合是影响整体性能的关键因素㊂印制板的大面积钎焊，通过优化焊料片的厚度，焊前预处理，采用先进的焊剂清洗和真空再流焊技术，降低焊接的空洞率，提高印制板的接地性能㊂金丝键合将芯片与微带传输线互联，需要对其优化设计，以降低键合引起的不匹配导致的驻波变大，从而导致插损和带内起伏变大㊂键合金丝相当于在芯片和传输线之间引入一段电感，一般需要在键合区引入一段电容补偿，当用到毫米波频段时还需做传输线阶梯阻抗匹配来实现低的驻波比㊂图３为微带阶梯阻抗变换仿真㊂图３㊀微带阶梯阻抗变换仿真图４为键合补偿加入阶梯阻抗变换前后的Ｓ参数，实线为加入变换之前的Ｓ曲线，虚线为加入变换之后的Ｓ曲线㊂从仿真的结果可见，加入阶梯阻抗后高频段的反射系数明显改善，频带内所有点回波损耗都在－２２ｄＢ以下㊂一般键合采用两根金丝平行的方式，实现两根金丝的总电感值，如式（１）所示㊂图４㊀加入阶梯阻抗变换前后的Ｓ参数Ｌｅｐ＝Ｌｅ＋Ｌｍ２（１）式中，Ｌｅ为单根金丝的有效电感值，Ｌｍ为两根金丝的互感，距离越大互感越小，总电感值将会减小，而芯片的键合盘较小，两根金丝的距离不可能拉得很大㊂本文采用两根金丝不平行，在金丝长度不加大的情况下岔开的方式来减少电感值㊂图５为两种金丝键合方式的三维模型㊂图６为两种不同的金丝间距下的Ｓ参数，图中实线为平行的方式仿真结果，虚线为岔开方式的金丝仿真结果㊂从仿真结果可见，采用拉大间距的方式，回波损耗在－２９ｄＢ，相较于平行方式的回波损耗有较大改善㊂图５㊀金丝平行和间距加大仿真图６㊀不同的金丝间距下的Ｓ参数为了得到足够的抑制和减少插损，本设计中的滤波器都采用腔体滤波器，在频率较低时腔体滤波器的绝缘子可以直接焊接在微带传输线上㊂当频率较高，如本设计采用毫米波混频㊁频率到毫米波时，直接焊接９４ 卢德森㊀等㊀㊀一种超宽带变频组件的设计在微带上回波损耗将会变差㊂本设计采用滤波器绝缘子之后加空气同轴过渡的方式，将很大程度地改善回波损耗㊂图７为同轴微带过渡在未加空气同轴过渡和加入空气同轴过渡的仿真模型㊂图７㊀同轴微带过渡加入空气同轴过渡仿真图８中为不同的同轴微带过渡下的Ｓ参数㊂图中，实线为未加空气同轴过渡，虚线为加入空气同轴过渡后的Ｓ参数㊂从仿真结果看，随着频率的增加回波损耗越来越差，在未加空气同轴过渡的情况下频带内的回波损耗在－１６ｄＢ以下，加入空气同轴过渡之后整个频带内的回波损耗在－２５ｄＢ以下，可见在加入空气同轴过渡后频带内的回波损耗得到较大程度的改善㊂图８㊀不同的同轴微带过渡的Ｓ参数３㊀测试结果图９为超宽带变频组件的实物图，整个组件的体积为９０ｍｍˑ７０ｍｍˑ１１ｍｍ㊂对变频组件进行了增益测试，测试结果见图１０所示㊂图９㊀超宽带变频组件实物图１０㊀射频通带内的增益测试在变频组件前段接入开关滤波器组测试虚假电平抑制，测试结果都在５０ｄＢｃ以上，选取ＲＦ＝１５ＧＨｚ时的测试数据列于表３中㊂表３㊀ＲＦ＝１５ＧＨｚ时的虚假电平抑制ＭＲＦˑＮＬＯ１ˑＮＬＯ２ＲＦ（ＧＨｚ）ｄＢｃ－１ˑ１ˑ１１５Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ－２ˑ１ˑ１７．５６１．９－３ˑ１ˑ１５６１．９－３ˑ０ˑ１６．６７６１．９－２ˑ０ˑ１１０６１．９－３ˑ２ˑ１１６．６７６１．９－１ˑ１ˑ－１１３．４５２ＲＦＩｍａｇｅ２ˑ－２ˑ２１４．６６１．９ＨａｌｆＩＦ３ˑ－３ˑ３１４．４７６１．９４㊀结束语本文介绍了一种超宽带变频组件，通过合理的中频规划，在毫米波频段进行混频，以此来实现高的虚假抑制度，并且可以实现全频段混频器的共用，提高变频组件的集成度㊂本文同时解决了毫米波频段的互联问题，包括金丝微带互联和同轴微带互联，将互联的回波损耗都控制在－２５ｄＢ以下㊂从测试结果看，变频组件实现了小的带内波动和高的虚假抑制度，满足指标需求，值得推广应用㊂参考文献：［１］㊀唐亮，张方迪．一种超宽带下变频模块设计［Ｊ］．信息系统工程，２０１６（５）：３１⁃３２．［２］㊀陈国维．超宽带上下变频组件的研制［Ｄ］．成都电子科技大学，２０１８．［３］㊀余高干．０．４ １８ＧＨｚ超宽带雷达接收机前端小型化的研究［Ｄ］．成都电子科技大学，２０１５．［４］㊀林伟成．提高Ｔ／Ｒ组件ＬＴＣＣ大面积焊接钎透率的先进工艺［Ｊ］．电子机械工程，２０１２，２８（２）：５２⁃５６．［５］㊀任榕，卢绍英．毫米波射频互连微组装工艺优化研究［Ｊ］．电子与封装，２０１３，１３（１０）：１⁃４．０５ 雷达与对抗㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年㊀㊀第４期。
一种超宽带上变频器的设计与实现
一种超宽带上变频器的设计与实现郑见树;李晓明【摘要】为了实现模块化和通用性,本文设计了一种超宽带上变频器,能够覆盖整个超短波频率,为了保证输出频率范围内的平坦度,增加了均衡器作为补偿.文中给出了上变频器的原理框图,详细计算了整个链路的主要技术指标,给出了超宽带幅度均衡器的仿真曲线.测试结果表明,该上变频器实现了超宽带和低杂散,具有较强的通用性.%An ultra-wideband up converter which covers the whole VHF band is designed to get modularity and generality. Equalizer is employed here to ensure flatness in output range. Functional block diagram of the up converter is given, while main specifications are calculated via the whole link. S-Parameter curves of ultra-wideband equalizer are also given employ EM simulations. Tests are made after fabrication; the results validated the ultra-wideband and low spur character of the up converter, while good generality is also presented..【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】2页(P137-138)【关键词】超宽带;均衡器;低杂散【作者】郑见树;李晓明【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄 050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄 050081【正文语种】中文【中图分类】TN405在无线电通信系统中，上变频器一般是将较低频率的电信号调制到频率较高的载波信号上，调制后的高频信号可以直接加到功率放大器进行放大，发射机发出的信号通过天线与信道匹配，将输出信号送至信道传输。
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本技术公开一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法。
超宽带大瞬时带宽下变频模块在电路结构上，包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路。
所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。
本技术具有高集成度、重量轻、体积小、成本低、可靠性高并且具有良好的可制造性等优势。
本技术还公开所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的变频方法。
权利要求书1.一种超宽带大瞬时带宽下变频模块，在电路结构上，其包括低频段变频支路、高频段变频支路，所述低频段变频支路与所述高频段变频支路为对称结构，两个变频支路的一端均接收射频信号，其特征在于：在电路结构上还包括单刀双掷开关S1、中频放大支路，所述低频段变频支路为低频段二次变频支路，所述高频段变频支路为高频段二次变频支路，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路；所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；放大器A5的一端连接单刀双掷开关S1，放大器A5的另一端依次经由滤波器Z2、放大器A6、驻波器N7、放大器A7连接滤波器Z3的一端，滤波器Z3的另一端作为所述中频放大支路的信号输出端。
2.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；放大器A1的一端作为所述射频信号的输入端，放大器A1的另一端依次经由驻波器N1、变频器M1、驻波器N2、放大器A2、滤波器Z1、驻波器N3、变频器M2、驻波器N4连接单刀双掷开关S1；放大器A3的一端作为变频器M1的本振信号的输入端，放大器A3的另一端经由驻波器N5连接变频器M1；放大器A4的一端作为变频器M2的本振信号的输入端，放大器A4的另一端经由驻波器N6连接变频器M2。
3.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：在机械结构上，所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接。
4.如权利要求3所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊，并使用铝合金壳体屏蔽和密封。
5.如权利要求4所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述上腔设置有电源、绝缘子、微波信号线、控制及电源接口，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。
6.一种如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块的超宽带大瞬时带宽下变频方法，其特征在于：在电路上，将射频信号的频率划分为高频段和低频段，在二次变频后通过单刀双掷开关S1输出一路中频信号，其中，低频段二次变频是所述射频信号经过低频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至中频放大支路的过程；高频段二次变频是所述射频信号经过高频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至所述中频放大支路的过程；所述中频放大支路是把中频信号进行滤波放大的过程；所述中频放大支路的信号传输方向与两个二次变频支路的信号传输方向相反。
7.如权利要求6所述的超宽带大瞬时带宽下变频方法，其特征在于：所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；所述射频信号经过放大器A1进行放大，进入驻波器N1经改善驻波特性送至变频器M1进行变频，变频器M1所需的本振信号经过放大器A3放大、驻波器N5驻波调整后达到变频器M1，下变频至一中频，然后经过驻波器N2调整驻波特性，经过放大器A2进行放大，再经过带通滤波器Z1滤除干扰后，经过驻波器N3改善驻波特性，进入变频器M2进行变频，变频器M2的本振信号经过放大器A4放大、驻波器N6驻波调整后达到变频器M2，变频至二中频后，经过驻波器N4改善驻波进入单刀双掷开关S1，进入所述中频放大支路。
8.如权利要求6所述的超宽带大瞬时带宽下变频方法，其特征在于：所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；来自低频段变频支路和高频段变频支路的二中频信号经单刀双掷开关S1进入中频放大支路，经过放大器A5进行放大，再经过低通滤波器Z2滤除本振和高频交调后，进入放大器A6放大，经驻波器N7改善驻波特性送至放大器A7放大，经带通滤波器Z3输出中频信号。
9.如权利要求6所述的超宽带大瞬时带宽下变频方法，其特征在于：在结构工艺上，将所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接；所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊，并使用铝合金壳体屏蔽和密封；所述上腔设置有电源、绝缘子、微波信号线、控制及电源接口，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。
技术说明书一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及其变频方法技术领域本技术涉及一种变频模块及其变频方法，特别的涉及一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的超宽带大瞬时带宽下变频方法。
背景技术随着电子信息技术的发展，信号频带越来越宽。
宽带接收机作为获取信息的设备前端，需求越来越强烈。
同时，为简化系统设计，希望对各频段信号进行统一的中频数字信号处理，对宽带接收机的需求也十分强烈，其技术指标和环境适应性要求也越来越高，可以说接收机的性能对信息获取起着非常重要作用。
其中下变频模块就是其中的最重要的组成部分。
常规雷达中的下变频模块一般带宽较窄，采用封装器件、印刷微带电路板，使用普通焊接或表贴焊技术进行器件装配。
相控阵雷达由于单元众多，对单个通道的集成度、体积、重量要求甚高，如果采用传统的表贴器件构成的变频通道，寄生效应大，指标没法保证，且无法满足高集成度、重量轻、体积小的要求。
因此，进行变频通道的设计应充分考虑集成度、可靠性、体积、重量、成本、可制造性等因素。
微组装技术是九十年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。
微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三维立体结构的高级微电子组件的技术。
技术内容本技术的目的在于提供一种超宽带大瞬时带宽下变频模块及所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的超宽带大瞬时带宽下变频方法，其具有高集成度、重量轻、体积小、成本低、可靠性高并且具有良好的可制造性等优势。
本技术通过以下技术方案实现：一种超宽带大瞬时带宽下变频模块，在电路结构上，其包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路；所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。
作为上述方案的进一步改进，所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；放大器A1的一端作为所述射频信号的输入端，放大器A1的另一端依次经由驻波器N1、变频器M1、驻波器N2、放大器A2、滤波器Z1、驻波器N3、变频器M2、驻波器N4连接单刀双掷开关S1；放大器A3的一端作为变频器M1的本振信号的输入端，放大器A3的另一端经由驻波器N5连接变频器M1；放大器A4的一端作为变频器M2的本振信号的输入端，放大器A4的另一端经由驻波器N6连接变频器M2。
作为上述方案的进一步改进，所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；放大器A5的一端连接单刀双掷开关S1，放大器A5的另一端依次经由滤波器Z2、放大器A6、驻波器N7、放大器A7连接滤波器Z3的一端，滤波器Z3的另一端作为所述中频放大支路的信号输出端。
作为上述方案的进一步改进，在机械结构上，所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接。
进一步地，所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊，并使用铝合金壳体屏蔽和密封。
优选地，所述上腔设置有电源、绝缘子、微波信号线、控制及电源接口，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。
本技术还提供上述超宽带大瞬时带宽下变频模块的超宽带大瞬时带宽下变频方法，在电路上，将射频信号的频率划分为高频段和低频段，在二次变频后通过单刀双掷开关S1输出一路中频信号，其中，低频段二次变频是所述射频信号经过低频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至中频放大支路的过程；高频段二次变频是所述射频信号经过高频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至所述中频放大支路的过程；所述中频放大支路是把中频信号进行滤波放大的过程；所述中频放大支路的信号传输方向与两个二次变频支路的信号传输方向相反。
作为上述方案的进一步改进，所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；所述射频信号经过放大器A1进行放大，进入驻波器N1经改善驻波特性送至变频器M1进行变频，变频器M1所需的本振信号经过放大器A3放大、驻波器N5驻波调整后达到变频器M1，下变频至一中频，然后经过驻波器N2调整驻波特性，经过放大器A2进行放大，再经过带通滤波器Z1滤除干扰后，经过驻波器N3改善驻波特性，进入变频器M2进行变频，变频器M2的本振信号经过放大器A4放大、驻波器N6驻波调整后达到变频器M2，变频至二中频后，经过驻波器N4改善驻波进入单刀双掷开关S1，进入所述中频放大支路。
作为上述方案的进一步改进，所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；来自低频段变频支路和高频段变频支路的二中频信号经单刀双掷开关S1进入中频放大支路，经过放大器A5进行放大，再经过低通滤波器Z2滤除本振和高频交调后，进入放大器A6放大，经驻波器N7改善驻波特性送至放大器A7放大，经带通滤波器Z3输出中频信号。
作为上述方案的进一步改进，在结构工艺上，将所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接；所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊，并使用铝合金壳体屏蔽和密封；所述上腔设置有电源、绝缘子、微波信号线、控制及电源接口，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。