專利名稱：30～3000MHz超短波接收機的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種30 3000MHz超短波接收機。
背景技術：
超短波的波長在I 10米之間，又稱米波，其傳播穩定性比短波好，受季節和晝夜變化的影響小，頻率較高，頻帶較寬，能用于多路通信，調制方式通常采用調頻制，信噪比較高，通信質量比短波好；目前，超短波通信技術廣泛應用于傳送電視、調頻廣播、雷達、導航和移動通信等業務領域。超短波通信系統由終端站和中繼站組成，終端站設有發射機、接收機、載波終端機和天線，中繼站設有通達兩個方向的發射機和接收機以及相應天線，接收機是超短波通信系統的重要組成部分。
現代通用接收機在設計過程中越來越趨向高性能、高集成度的方向，在性能上要求接收機的高線性、大動態范圍、高靈敏度和高分辨率，這就要求盡可能地提高接收機的線性度和抗干擾能力，減小其信號失真和誤碼率。然而，現有的超短波接收機普遍存在線性度低、動態范圍不足，信號檢測能力差，誤碼率高、信號失真情況嚴重，抗干擾能力較差，相位噪聲高、雜散抑制效果差、超短波通信效果差，結構復雜，成本高等問題。
發明內容
本發明的目的在于解決現有技術的不足，提供一種信噪比高、雜散抑制效果好、抗干擾能力強的低成本30 3000MHz超短波接收機。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的30 3000MHz超短波接收機，包括機殼和內部機芯電路，所述的機芯電路由信道単元、第一本振単元、第二本振単元和第三本振單元組成，信道単元包括順次連接的用于限定輸入信號波幅的限幅器，用于調整輸入信號幅度的射頻動態調整模塊，用于將信號分段和抑制鏡頻信號的預選器，用于放大信號幅度的低噪聲放大器，用于濾除鏡頻信號的低通濾波器LPF1，用于混頻產生第一中頻信號的一中混頻器，用于第一中頻信號濾波、放大的一中濾波器及一中放大器，用于混頻產生第二中頻信號的ニ中混頻器，用于第二中頻信號濾波、放大和幅度調整衰減的ニ中濾波器、ニ中放大器及ニ中衰減器，用于混頻產生第三中頻信號的三中混頻器，用于第三中頻信號濾波、衰減的三中濾波器及三中衰減器，用于放大信號功率的功率放大器和用于濾除高頻信號的低通濾波器LPF2 ;第一本振単元的本振信號輸出與一中混頻器的輸入連接，第二本振単元的本振信號輸出與ニ中混頻器的輸入相連，第三本振単元的本振信號輸出連接三中混頻器的輸入。本發明還包括至少ー個自校單元，自校單元包括放大器LNA2 · I、低通濾波器LPF2 · I和一分六功分器2 · I, 一分六功分器2 · I的一路輸出依次通過放大器LNA2 · 2和帶VCO的鎖相環芯片與數控衰減器的輸入連接；另五路輸出分別與低通濾波器LPF2 · 2連接。
本發明所述的射頻動態調整模塊由衰減器和放大器組成，衰減器和放大器分別通過ー選ニ開關K4 · I與限幅器的輸出相連。本發明所述的第一本振単元由放大器LNA4 · I、主鎖相環、輔鎖相環、混頻器4 · I、放大器LNA4 · 2和功分器4 · I組成，所述的主鎖相環包括順次連接的鑒相器HM · I、有源低通濾波器LPF4 · I和壓控振蕩器VC04 · 1，輔鎖相環包括順次連接的鑒相器HM · 2、低通濾波器LPF4 · 2和壓控振蕩器VC04 · 2 ;放大器LNA4 · I的輸入連接標準信號源，其一路輸出通過低通濾波器LPF4 · 3與主鎖相環的鑒相器PD4 · I的輸入相連，主鎖相環的壓控振蕩器VC04 · I的一路輸出通過放大器LNA4 ·2與功分器4 · I的輸入連接，壓控振蕩器VC04 · I的另一路輸出通過至少ー個放大器LNA4 · 3與混頻器4 · I的L端相連；放大器LNA4 · I的另一路輸出通過低通濾波器LPF4 · 4與輔鎖相環的鑒相器HM · 2的輸入相連，輔鎖相環的壓控振蕩器VC04 · 2的一路輸出通過放大器LNA4 · 4與混頻器的I端相連，壓控振蕩器VC04 · 2的另一路輸出通過高通濾波器HPF4 · I連接鑒相器PD4 · 2 ;混頻器的R端與ー選ニ開關K4 · I的輸入連接,ー選ニ開關K4 · I的兩個輸出分別與低通濾波器LPF4 · 5及低 通濾波器LPF4 · 6的輸入連接，低通濾波器LPF4 · 5及低通濾波器LPF4 · 6的輸出分別與一選ニ開關K4 · 2的兩個輸入相連,一選ニ開關K4 · 2的輸出通過放大器LNA4 · 5與鑒相器PD4 · I的輸入相連。本發明所述的第二本振単元由低通濾波器LPF5 · I、鎖相環、放大器LNA5 · I、低通濾波器LPF5 · 2和功分器5 · I組成，鎖相環包括順次連接的鑒相器Η)5· I、低通濾波器LPF5 · 3和壓控振蕩器VC05 · I ;低通濾波器LPF5 · I的輸入連接標準信號源，其輸出與鑒相器PD5 · I的信號源輸入端相連，鑒相器TO5 · I的電壓輸出通過低通濾波器LPF5 · 3與壓控振蕩器VC05 · I的控制電壓輸入端連接，壓控振蕩器VC05 · I的一路輸出依次通過放大器LNA5 · I和低通濾波器LPF5 · 2與功分器5 · I的輸入連接，壓控振蕩器VC05 · I的另一路輸出與高通濾波器HPF5 · I的輸入連接，高通濾波器HPF5 · I的輸出與鑒相器TO5 · I的本振信號輸入端相連。本發明所述的第三本振単元由順次連接的帶通濾波器BPF6 · I、頻率合成器DDS、帶通濾波器BPF6 · 2、放大器LNA6 · I、鑒相器PD6 · I、無源低通濾波器LPF6 · I、壓控振蕩器VC06 · I、放大器LNA6 · 2和一分五功分器6 · I組成，它還包括高通濾波器HPF6 · 1，高通濾波器HPF6 · I的輸入與壓控振蕩器VC06 · I連接，其輸出與鑒相器PD6 · I的本振信號輸入端相連。本發明的有益效果是本發明能夠穩定接收30 3000MHz的超短波信號，信號通過多次變頻，在70MHz的中頻上輸出，中頻的幅度能在要求的范圍內穩定輸出，在五個接收機同時工作的情況下，最大頻率覆蓋范圍能達到IOOMHz，接收機的本振能夠達到· IlOdBc/ΗζΟΙΟΚΗζ，在超短波頻段能夠進行自校準；本超短波接收機具有線性度高、動態范圍較寬，信號檢測能力強，誤碼率低、信號失真情況較少，信噪比高、雜散抑制效果好、抗干擾能力強，超短波通信效果好，結構簡單，成本低等特點。
圖I為本發明信道単元電路原理框 圖2為本發明自校單元電路原理框圖；圖3為本發明第一本振単元電路原理框 圖4為本發明第二本振単元電路原理框 圖5為本發明第三本振単元電路原理框圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一歩描述本發明的技術方案30 3000MHz超短波接收機，包括機殼和內部機芯電路，如圖I所示，機芯電路由信道単元、第一本振単元、第二本振単元和第三本振單元組成，信道単元包括順次連接的用于限定輸入信號波幅的限幅器，用于調整輸入信號幅度的射頻動態調整模塊，用于將信號分段和抑制鏡頻信號的預選器，用于放大信號幅度的低噪聲放大器，用于濾除鏡頻信號的低通濾波器LPF1，用于混頻產生第一中頻信號的一中混頻器，用于第一中頻信號濾波、放大的一中濾波器及一中放大器，用于混頻產生第ニ中頻信號的ニ中混頻器，用于第二中頻信號濾波、放大和幅度調整衰減的ニ中濾波器、ニ中放大器及ニ中衰減器，用于混頻產生第三中頻信號的三中混頻器，用于第三中頻信 號濾波、衰減的三中濾波器及三中衰減器，用于放大信號功率的功率放大器和用于濾除高頻信號的低通濾波器LPF2 ;其中，射頻動態調整模塊由衰減器和放大器組成，衰減器和放大器分別通過ー選ニ開關K4 · I與限幅器的輸出相連。第一本振單兀的本振信號輸出與一中混頻器的輸入連接，第二本振単元的本振信號輸出與ニ中混頻器的輸入相連，第三本振単元的本振信號輸出連接三中混頻器的輸入。如圖2所示，超短波接收機還包括至少ー個自校單元，自校單元包括放大器LNA2 · I (ERA-5SM芯片)、低通濾波器LPF2 · I和一分六功分器2 · 1，一分六功分器2 · I的一路輸出依次通過放大器LNA2 · 2 (ERA-3SM芯片)和帶VCO的鎖相環芯片HMC830與數控衰減器PE4309的輸入連接；另五路輸出分別與低通濾波器LPF2 · 2連接。自校單元的相位噪聲及雜散分析晶振的相位噪聲對系統相位噪聲起直接作用，根據I本相位噪聲分析，100M鑒相時HMC704的鑒相器底噪=-233+101ogFpd=-233+lOLog100000000=-153dBc/HzilOk,鎖定 5. 3G 時，理想相位噪聲=鑒相器底噪 +3+201ogf°ut/fpd=-153+3+20Log53=-115. 5dBc/Hzil0k,因輸出7G時VCO的調諧電壓需達14V，所以環路濾波采用有源濾波器，相位噪聲會惡化3dB左右，所以在主環鎖定5. 3G時相位噪聲< -113dBc/HzilOk,因此若要輸出6985時相位噪聲達到< -110dBc/Hz@10k，晶振相位噪聲至少應< -150dBc/Hz@10k，經實測HMC830雜散最差處雜散為_46dBc，滿足要求。自校單元的輸出幅度自校源部分HMC830輸出功率彡OdBm，后接一固定衰減器，使PE4309不衰減時輸出功率為-lOdBm，PE4309衰減IOdB時，輸出-20dBm，PE4309衰減20dB時，輸出-30dBm，PE4309衰減30dB時，輸出_40dBm。參考源部分晶振經放大后輸出功率可達17dBm，而后面濾波器、功分器、濾波器加起來的損耗< lldB，所以滿足彡5dBm。如圖3所示，第一本振単元由放大器LNA4 ·1、主鎖相環、輔鎖相環、混頻器4 ·1、放大器LNA4 · 2和功分器4 · I組成，所述的主鎖相環包括順次連接的鑒相器HM · I、有源低通濾波器LPF4 · I和壓控振蕩器VC04 · 1，輔鎖相環包括順次連接的鑒相器HM · 2、低通濾波器LPF4 · 2和壓控振蕩器VC04 · 2 ;放大器LNA4 · I的輸入連接標準信號源，其一路輸出通過低通濾波器LPF4 · 3與主鎖相環的鑒相器PD4 · I的輸入相連，主鎖相環的壓控振蕩器VC04 · I的一路輸出通過放大器LNA4 · 2與功分器4 · I的輸入連接，壓控振蕩器VC04 · I的另一路輸出通過至少ー個放大器LNA4 · 3與混頻器4 · I的L端相連；放大器LNA4 · I的另一路輸出通過低通濾波器LPF4 · 4與輔鎖相環的鑒相器HM · 2的輸入相連，輔鎖相環的壓控振蕩器VC04 · 2的一路輸出通過放大器LNA4 · 4與混頻器的I端相連，壓控振蕩器VC04 · 2的另一路輸出通過高通濾波器HPF4 · I連接鑒相器PD4 · 2 ;混頻器的R端與ー選ニ開關K4 · I的輸入連接,ー選ニ開關K4 · I的兩個輸出分別與低通濾波器LPF4 · 5及低通濾波器LPF4 · 6的輸入連接，低通濾波器LPF4 · 5及低通濾波器LPF4 · 6的輸出分別與一選ニ開關K4 · 2的兩個輸入相連,一選ニ開關K4 · 2的輸出通過放大器LNA4 · 5與鑒相器PD4 · I的輸入相連。第一本振單元的相位噪聲分析對主環而言，使用高性能芯片HMC704，鑒相頻率為100M，0. 5M左右的環路能對鑒相器帶來的整數邊帶雜散起到良好的抑制，> 75dBc，并抑制VCO近端的噪聲，鑒相頻率100M時，鑒相器底噪=-233+101(^-=-233+101^1°°°°°°°°=-!53dBc/Hzil0k, -233是最理想的情況實際運用上不會滿足它的最佳條件會惡化ー些，惡化量按3dB來估算，若100M外部參考信號的相位噪聲優于底噪< -150dBC/Hz@10k，鎖定 5. 3G 時，理想相位噪聲=鑒相器底噪 +3+201ogf°ut/fpd =-153+3+20Log53=-115. 5dBc/Hzil0k,因輸出7G時VCO的調諧電壓需達14V，所以環路濾波采用有源濾波器，相位噪聲會惡化3dB左右，所以在主環鎖定5. 3G時相位噪聲彡-113dBc/Hz@10k，輔環輸出頻率I. 6G-1. 7G帶寬為100M，對輔環而言，采用HMC704整數分頻模式鑒相，鑒相頻率為5M，HMC704底噪=-233+101ogFpd =-233+101og5__=-166dB c/HzilOk,輸出 I. 7G 時，相位噪聲=底噪+201ogfout/fpd=-166+201og340=-115 dBc/HzilOk, VCO 使用 UMC 公司的 UMV-1650-R16，其典型相位噪聲為-108dBc/HZ@10kHZ，IOOk左右的環路帶寬對噪聲性能和雜散是合適的，所以當最終輸出在6985M時，主環鎖5300M，輔環輸出1685M，由于混頻器的相位噪聲取差得一個，所以6985M時的相位噪聲彡-113dBc/Hzil0k時理論上是可行的。第一本振單元的雜散分析對頻率源雜散主要來源于晶振的諧波輻射,鑒相頻率的泄露，及整數邊帶來的雜散，時鐘串擾雜散，所以針對以上來源采取以下措施來保證雜散指標，對參考頻率進行濾波，減小諧波輻射，環路濾波器取適中的帶寬來兼顧對VCO近端相噪的抑制和對小數分頻雜散抑制以及跳頻時間的要求，關鍵的有源器件如鑒相器，VCO用単獨的噪聲性能和PSRR優良的LDO供電，每個有源器件電源上做好濾波，減小紋波和信號的串擾。反饋回路上采用電阻耦合，以及加ー個放大器反向隔離，減小鑒相器里產生的信號通過反饋回路到VCO的調制。在PCB布局時做好隔離，減少信號的空間輻射。做到雜散く -70dBc。如圖4所示，第二本振単元由低通濾波器LPF5 · I、鎖相環、放大器LNA5 · I、低通濾波器LPF5 · 2和功分器5 · I組成，鎖相環包括順次連接的鑒相器TO5 · I、低通濾波器LPF5 · 3和壓控振蕩器VC05 · I ;低通濾波器LPF5 · I的輸入連接標準信號源，其輸出與鑒相器PD5 · I的信號源輸入端相連，鑒相器TO5 · I的電壓輸出通過低通濾波器LPF5 · 3與壓控振蕩器VC05 · I的控制電壓輸入端連接，壓控振蕩器VC05 · I的一路輸出依次通過放大器LNA5 · I和低通濾波器LPF5 · 2與功分器5 · I的輸入連接，壓控振蕩器VC05 · I的另一路輸出與高通濾波器HPF5 · I的輸入連接，高通濾波器HPF5 · I的輸出與鑒相器TO5 · I的本振信號輸入端相連。第二本振單元的相位噪聲及雜散分析HMC704采用整數模式，IOM鑒相時，底噪=-233+10Logfpd=-233+70=-163 dBc/Hz@10kHz，實際運用按惡化3dB算。若參考源相噪聲比芯片好，則噪聲上限由芯片決定，輸出3550M時，倍頻次數為355倍，所以輸出3550時相位噪聲=-160+201ogn=-160+201og355=-109 dBc/HzilOkHz,因采用 IOM 鑒相，PLL 的整數編帶雜散點出現在離環路帶寬很遠的地方，所以可以濾的很干凈，雜散可輕松做到< -75dBc。如圖5所示，第三本振単元由順次連接的帶通濾波器BPF6 · I、頻率合成器DDS、帶通濾波器BPF6 · 2、放大器LNA6 · I、鑒相器PD6 · I、無源低通濾波器LPF6 · I、壓控振蕩器VC06 · I、放大器LNA6 · 2和一分五功分器6 · I組成，它還包括高通濾波器HPF6 · 1，高通濾波器HPF6 · I的輸入與壓控振蕩器VC06 · I連接，其輸出與鑒相器PD6 · I的本振信號輸入端相連。第三本振單元的相位噪聲及雜散分析若參考源相位噪聲較好，AD9910輸出80M時相位噪聲可達-140dBc/Hz@lkHz，經鎖相環5倍頻后，惡化20Log5=14，所以理論上在375M 時，相位噪聲=-126dBc/HZ@lkHZ，遠高于我們的要求，雜散方面由于選擇頻率時做了考慮，DDS輸出的雜散點都落在濾波器帶外，離輸出帶通濾波器最近的點是輸出頻率的6倍和參考信號混出的點=6*(71 75)-1*400=(26 50M)，這個可用帶通濾波器濾的很干凈，根據AD9910手冊，輸出7IM 75M時近端雜散為_87dBc，5倍頻惡化14dB后，最差也有_73dBc，滿足要求，而由鎖相環產生出現在鑒相頻率處的整數編帶雜散出現在鑒相頻率處更是遠離環路帶寬，可濾除的相當干凈。第三本振単元的輸出幅度VC0輸出幅度典型值為+6dBm，經電阻功分后輸入到放大器功率為OdBm，放大器輸出可達12dBm，經I分5功分后損耗8dB，輸入到末級放大器的功率為4dBm，末級放大器增益為20dB，P_l=17dBm,濾波器插損< I. 5dB，可見每路輸出功率滿足要求。
權利要求
1.30 3000MHz超短波接收機，包括機殼和內部機芯電路，其特征在于所述的機芯電路由信道單元、第一本振單元、第二本振單元和第三本振單元組成， 信道單元包括順次連接的用于限定輸入信號波幅的限幅器，用于調整輸入信號幅度的射頻動態調整模塊，用于將信號分段和抑制鏡頻信號的預選器，用于放大信號幅度的低噪聲放大器，用于濾除鏡頻信號的低通濾波器LPF1，用于混頻產生第一中頻信號的一中混頻器，用于第一中頻信號濾波、放大的一中濾波器及一中放大器，用于混頻產生第二中頻信號的二中混頻器，用于第二中頻信號濾波、放大和幅度調整衰減的二中濾波器、二中放大器及二中衰減器，用于混頻產生第三中頻信號的三中混頻器，用于第三中頻信號濾波、衰減的三中濾波器及三中衰減器，用于放大信號功率的功率放大器和用于濾除高頻信號的低通濾波器 LPF2 ； 第一本振單兀的本振信號輸出與一中混頻器的輸入連接，第二本振單兀的本振信號輸出與二中混頻器的輸入相連，第三本振單元的本振信號輸出連接三中混頻器的輸入。
2.根據權利要求I所述的30 3000MHz超短波接收機，其特征在于它還包括至少一個自校單兀，自校單兀包括放大器LNA2 I、低通濾波器LPF2 I和一分六功分器2 I, —分六功分器2 I的一路輸出依次通過放大器LNA2 2和帶VCO的鎖相環芯片與數控衰減器的輸入連接；另五路輸出分別與低通濾波器LPF2 2連接。
3.根據權利要求I所述的30 3000MHz超短波接收機，其特征在于所述的射頻動態調整模塊由衰減器和放大器組成，衰減器和放大器分別通過一選二開關K4 I與限幅器的輸出相連。
4.根據權利要求I所述的30 3000MHz超短波接收機，其特征在于所述的第一本振單元由放大器LNA4 I、主鎖相環、輔鎖相環、混頻器4 I、放大器LNA4 2和功分器4 I組成，所述的主鎖相環包括順次連接的鑒相器HM I、有源低通濾波器LPF4 I和壓控振蕩器VC04 1，輔鎖相環包括順次連接的鑒相器PD4 2、低通濾波器LPF4 2和壓控振蕩器VC04 2 ;放大器LNA4 I的輸入連接標準信號源，其一路輸出通過低通濾波器LPF4 3與主鎖相環的鑒相器PD4 I的輸入相連，主鎖相環的壓控振蕩器VC04 I的一路輸出通過放大器LNA4 2與功分器4 I的輸入連接，壓控振蕩器VC04 I的另一路輸出通過至少一個放大器LNA4 3與混頻器4 I的L端相連；放大器LNA4 I的另一路輸出通過低通濾波器LPF4 4與輔鎖相環的鑒相器HM 2的輸入相連，輔鎖相環的壓控振蕩器VC04 2的一路輸出通過放大器LNA4 4與混頻器的I端相連，壓控振蕩器VC04 2的另一路輸出通過高通濾波器HPF4 I連接鑒相器PD4 2 ;混頻器的R端與一選二開關K4 I的輸入連接，一選二開關K4 I的兩個輸出分別與低通濾波器LPF4 5及低通濾波器LPF4 6的輸入連接，低通濾波器LPF4 5及低通濾波器LPF4 6的輸出分別與一選二開關K4 2的兩個輸入相連，一選二開關K4 2的輸出通過放大器LNA4 5與鑒相器PD4 I的輸入相連。
5.根據權利要求I所述的30 3000MHz超短波接收機，其特征在于所述的第二本振單元由低通濾波器LPF5 I、鎖相環、放大器LNA5 I、低通濾波器LPF5 2和功分器5 I組成，鎖相環包括順次連接的鑒相器TO5 I、低通濾波器LPF5 3和壓控振蕩器VC05 I ;低通濾波器LPF5 I的輸入連接標準信號源，其輸出與鑒相器TO5 I的信號源輸入端相連，鑒相器PD5 I的電壓輸出通過低通濾波器LPF5 3與壓控振蕩器VC05 I的控制電壓輸入端連接，壓控振蕩器VC05 I的一路輸出依次通過放大器LNA5 I和低通濾波器LPF5 2與功分器5 I的輸入連接，壓控振蕩器VC05 I的另一路輸出與高通濾波器HPF5 I的輸入連接，高通濾波器HPF5 I的輸出與鑒相器TO5 I的本振信號輸入端相連。
6.根據權利要求I所述的30 3000MHz超短波接收機，其特征在于所述的第三本振單元由順次連接的帶通濾波器BPF6 I、頻率合成器DDS、帶通濾波器BPF6 2、放大器LNA6 I、鑒相器PD6 I、無源低通濾波器LPF6 I、壓控振蕩器VC06 I、放大器LNA6 2和一分五功分器6 I組成，它還包括高通濾波器HPF6 1，高通濾波器HPF6 I的輸入與壓控振蕩器VC06 I連接，其輸出與鑒相器TO6 I的本振信號輸入端相連。
全文摘要
本發明公開了一種30～3000MHz超短波接收機，由信道單元、第一本振單元、第二本振單元和第三本振單元組成，第一本振單元的本振信號輸出與一中混頻器的輸入連接，第二本振單元的本振信號輸出與二中混頻器的輸入相連，第三本振單元的本振信號輸出連接三中混頻器的輸入。本發明能夠穩定接收30～3000MHz的超短波信號，在70MHz的中頻上輸出，中頻的幅度能在要求的范圍內穩定輸出，在五個接收機同時工作的情況下，最大頻率覆蓋范圍能達到100MHz，在超短波頻段能夠進行自校準；具有信號檢測能力強，誤碼率低、信號失真情況較少，信噪比高、雜散抑制效果好、抗干擾能力強，超短波通信效果好，結構簡單，成本低等特點。
文檔編號H04B1/16GK102684716SQ201210159998
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者吳偉冬, 寧濤, 張濤, 王興斌, 王文林, 馬剛, 馬劍青 申請人:成都九華圓通科技發展有限公司