一種多路接收系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多路接收系統，包括N單元低頻段天線、M單元高頻段天線、N+M個低噪聲放大器、交換網絡單元、下變頻單元、數字化處理單元、兩個本振功分網絡。下變頻單元包含L通道回波輸入端、L通道本振信號輸入端、L通道中頻輸出端。N、M、L均為正整數且L不小于N與M中較大的數值。N+M個低噪聲放大器的一端分別與N單元低頻段天線、M單元高頻段天線相連，另一端分別與交換網絡單元的N+M個輸入端相連，交換網絡單元的L個輸出端分別連接L通道回波輸入端。通道本振信號輸入端分別與本振功分網絡一相連，通道本振信號輸入端與本振功分網絡二相連，L通道中頻輸出端分別連接數字化處理單元的L個輸入端。
【專利說明】
-種多路接收系統
技術領域
[0001] 本發明設及雷達、通訊、電子對抗系統中信號接收技術領域的一種多路接收系統， 具體設及一種基于DBF技術的超寬帶低成本可重構的多路接收系統。
【背景技術】
[0002] 接收機在天線陣面接收到的噪聲、雜波和干擾信號中檢測到有用回波信號，并進 行必要的處理，通過變頻把回波信號變成中頻信號送入數字接收機進行數字域處理。一部 接收系統主要包括通道接收機，頻率源，數字接收機=個組成部分。通道接收機主要由低噪 聲放大器，下變頻單元構成，頻率源提供本振信號、基準時鐘等信號，數字接收機將模擬信 號進行數字化處理。
[0003] 相控陣雷達，當采用DBF(數字波束合成)技術時，通道接收機是多通道的，通過DBF 技術的應用，可有效增強接收系統性能，實現靈活的后處理應用。在超寬帶DBF系統的架構 中，有N單元的低頻段天線，M單元的高頻段天線，常規的超寬帶接收系統的構成架構為，N單 元低頻段天線對應N通道的接收、N通道的數字化處理，M單元高頻天線對應M通道的接收、M 通道的數字化處理，共N+M個接收通道，N+M個數字化處理通道。常規的超寬帶接收系統存在 如下問題。
[0004] 1.DBF技術在應用的同時，往往需要采用多路接收通道進行數字化處理，為發揮 DBF技術性能，其接收通道數量常與寬帶天線陣元數量相同。采用子陣數字化方法雖然可W 有效降低通道數量，進而降低成本，但是該設計方法常常伴隨著DBF性能指標的犧牲。
[0005] 2.常規超寬帶接收系統實現中，常因工作帶寬過寬，且有總體指標、功能要求限 審IJ，有時必須采用兩個超寬帶天線分高低頻段組合實現系統工作帶寬。要在整個工作頻段 內實現原定功能，因天線的物理通道數的增加會導致對應的接收通道數增加，成本迅速上 升。
[0006] 3.常規超寬帶接收系統實現中，系統的最大瞬時工作帶寬受到通道設計、A/D采樣 器件性能指標的限制，要實現更寬的瞬時工作帶寬，需要在一定程度上犧牲通道指標，提升 A/D采樣速率實現。而高端超高速A/D采樣器件的成本與常規A/D器件的成本相差巨大。
[0007] 超寬帶接收系統中天線單元的數量往往對應著接收通道的數量，使成本高而不 下，而系統的瞬時工作帶寬受到器件性能指標、通道設計的限制而不能達到更寬的帶寬，常 規的超寬帶接收系統工作模式單一，無法滿足當代對低成本、高性能雷達的需求，因此需要 設計一種低成本的多工作模式的超寬帶的多路接收系統。
【發明內容】
[000引有鑒于此，本發明提供一種基于DBF技術的超寬帶低成本可重構的多路接收系統。 [0009]本發明的解決方案是：一種多路接收系統，其包括:N單元低頻段天線，M單元高頻 段天線，N+M個低噪聲放大器，具有N+M個輸入端且L個輸出端的交換網絡單元，下變頻單元， 具有L個輸入端的數字化處理單元，本振功分網絡一，本振功分網絡二;其中，N、M、L均為正 整數，且L不小于N與M中較大的數值;所述下變頻單元包含L通道回波輸入端、L通道本振信號 輸入端、L通道中頻輸出端;N單元低頻段天線分別與N個低噪聲放大器的一端相連，M單元高 頻段天線分別與M個低噪聲放大器的一端相連;N+M個低噪聲放大器的另一端分別與交換網 絡單元的N+M個輸入端相連，交換網絡單元的L個輸出端分別連接L通道回波輸入端;在L通 道本振信號輸入端中，1~^通道本振信號輸入端分別與本振功分網絡一相連，^十1~L 通道本振信號輸入端與本振功分網絡二相連，L通道中頻輸出端分別連接數字化處理單元 的L個輸入端。
[0010] 作為上述方案的進一步改進，N=M時，L = N=Mc
[001。 作為上述方案的進一步改進，脖M時，L取貝峨N與M中較大的數值。
[0012] 作為上述方案的進一步改進，所述多路接收系統的工作頻段覆蓋N單元低頻段天 線、M單元高頻段天線接收的低頻段回波信號和高頻段回波信號;交換網絡單元根據控制指 令實現來自N單元低頻段天線的N路低頻段信號和來自M單元高頻段天線的M路高頻段信號 的分時輸出，N/2路低頻段信號和M/2路高頻段信號的同時輸出，分時將N/2路低頻段信號由 交換網絡單元的N個輸出端輸出，M/2路高頻段信號由交換網絡單元的M個輸出端輸出。
[0013] 進一步地，所述下變頻單元的每個端口單獨可控。
[0014] 作為上述方案的進一步改進，本振功分網絡一與本振功分網絡二提高兩組相干的 變頻本振信號。
[0015] 進一步地，兩組變頻本振信號的頻率相同且單獨可控。
[0016] 作為上述方案的進一步改進，該多路接收系統還包括控制電源和電源;低噪聲放 大器、交換網絡單元、下變頻單元、數字化處理單元、本振功分網絡一、本振功分網絡二均由 控制電源控制，該電源對整個多路接收系統供電。
[0017] 作為上述方案的進一步改進，所述交換網絡單元的工作頻段覆蓋低頻段天線和高 頻段天線，其中N路低頻信號標記為Al~An, M路高頻信號標記為Bl~Bm,實現下列信號的模 式輸出：
[001引 A模式:輸出N路Al~An信號；
[0019] B模式:輸出M路Bl~Bm信號；
[0020] C模式:輸出N/2路Al~An/2信號，同時輸出N/2路Bl~Bn/2信號；
[002。 D模式:將Al~An/2信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（ 1+N/2)~N端口輸出；
[0022] E模式:將Bi~Bn/2信號分成兩路，分別從1~N/2端日，（1+N/2)~N端日輸出；
[0023] F模式:將AiW2~An信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出；
[0024] G模式:將BiW2~Bm信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出；
[0025] H模式:輸出Al~An中n路信號，其余N-n路信號為N-n低頻信號和M路高頻信號中的 某些通道；
[0026] I模式:輸出Bi~Bn中m路信號，其余N-m路信號為N低頻信號和M-m路高頻信號中的 某些通道；
[0027] 其中，經過所述交換網絡單元的通道選擇后，信號送入所述下變頻單元，在所述下 變頻單元中結合兩個本振功分網絡的本振信號的變化實現超寬帶低成本可重構的多路接 收系統。
[0028] 進一步地，當所述交換網絡單元輸出A或B模式信號時，分別對應不同的本振信號， 實現同一中頻輸出，實現多路接收系統的高、低頻段分時工作模式；
[0029] 當所述交換網絡單元輸出C模式信號時，Al~An/2信號對應本振功分網絡一的本振 信號，Bl~Bn/2信號對應本振功分網絡二的本振信號，實現系統高、低頻同時工作模式，即用 同一套系統實現了頻段的拼接；
[0030] 當所述交換網絡單元輸出D、F模式信號時，兩個本振功分網絡的兩個頻率源工作 于不同的掃描頻率上，實現系統低頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇能控制 雙掃工作時兩個掃描頻率上工作的通道數量；
[0031] 當所述交換網絡單元處于E、G模式下時，所述兩個頻率源工作于不同的掃描頻率 上，實現系統高頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇能控制雙掃工作時兩個掃 描頻率上工作的通道數量；
[0032] 當所述交換網絡單元處于D、F模式或者E、G模式下時，所述兩個頻率源輸出頻點間 隔正好等于系統的瞬時工作帶寬BW1，且L/2的通道使用本振功分網絡一的頻率源，另外L/2 的通道使用本振功分網絡一的頻率源，使得系統一半的通道工作于FO頻段，另外一半通道 工作于F0+BW1頻段；
[0033] 當所述交換網絡單元處于H模式下，n路信號對應的本振功分網絡一的頻率源的n 路固定的本振信號;L-n路信號對應本振功分網絡一的頻率源的其它本振信號和本振功分 網絡二的頻率源的本振信號，L-n路本振信號是掃頻的。
[0034] 本發明在接收通道鏈路上使用了一個通道交換網絡，通過開關控制通道的輸出， 使N+M個通道輸入轉換為L個化不小于N與M中較大的數值，一般L = N)通道輸出到下變頻單 元，減少接收通道路數及數字化處理單元的路數，并利用通道交換網絡靈活的通道選擇功 能，W及因工作模式需要而輸出不同頻率的本振信號的結合實現頻段的拼接、帶寬的拼接、 模式的拼接，并能實現邊接收便偵察的系統工作模式，達成低成本可重構的接收系統。
[0035] 本發明的有益效果在于:使用通道交換網絡進行通道的切換控制，改變了常規基 于DBF技術的超寬帶多路接收系統架構，在有效降低成本的同時兼顧了系統指標的實現，并 為系統增加了靈活的工作模式及重構功能。具體該系統可重構的模式有：1.高、低頻段分時 工作模式;2.高、低頻段同時工作模式;3.低頻段帶內雙掃頻工作模式;4.高頻段帶內雙掃 頻工作模式;5.順時帶寬翻倍的拼接工作模式;6.邊接收邊偵察的系統工作模式。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明提供的多路接收系統的構架框圖。
[0037] 圖2為圖1中交換網絡單元的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0039] 如圖1所示，本發明的多路接收系統包括:N單元低頻段天線，M單元高頻段天線，N+ M個低噪聲放大器，具有N+M個輸入端且L個輸出端的交換網絡單元，下變頻單元，具有L個輸 入端的數字化處理單元，本振功分網絡一，本振功分網絡二，控制單元，電源。
[0040] 其中，N、M、L均為正整數，且L不小于N與M中較大的數值。在此系統架構中，一般N= M，在兩陣列單元數量不同時，取較大的天線單元數為通道數。即，N=M時，L = N=M;N辛M時， L取則取N與M中較大的數值。在本實施例中，L = N〉M。
[0041] N單元低頻段天線與N個低噪聲放大器相連，M單元高頻段天線與M個低噪聲放大器 相連。N+M個低噪聲放大器與N通道交換網絡（即交換網絡單元）的N+M個輸入端相連，N通道 交換網絡輸出端連接N通道下變頻單元(即下變頻單元)的回波輸入端。
[0042] 下變頻單元包含N通道回波輸入端、N通道本振信號輸入端、N通道中頻輸出端。在N通 道本振信號輸入端中，1~通道本振信號輸入端分別與本振功分網絡一相連，^ + 1~N 通道本振信號輸入端與本振功分網絡二相連。N通道中頻輸出端分別連接數字化處理單元 的N個輸入端，即N通道中頻輸出端與N通道數字化處理(即數字化處理單元)相連。
[0043] 頻率源一（即本振功分網絡一的頻率源）、頻率源二（即本振功分網絡二的頻率源） 分別與本振功分網絡一、本振功分網絡二相連。上述單元均可由電源單元供電，且均可被控 制單元控制。
[0044] 在此系統架構中，針對N單元低頻天線，M單元高頻天線，一般N = M,在兩陣列單元 數量不同時，取較大的天線單元數為通道數。N通道交換網絡即交換網絡單元是一個開關交 換網絡，通過控制單元對其控制，實現對輸入信號的通道選擇。
[0045] N通道下變頻單元的每一個下變頻通道單獨可控，可進行N單元低頻回波、M單元高 頻回波的下變頻。兩個本振功分網絡的頻率源一和頻率源二為兩組相干的變頻本振信號， 產生相同的頻率，且輸出頻率是單獨可控的。
[0046] 本發明的工作原理是：
[0047] 通道交換網絡將低噪聲放大器處理的N路低頻段和M路高頻段回波信號進行通道 選擇，主要實現N路低頻段，M路高頻段信號分時輸出，N/2路和M/2路信號同時輸出，W及N/2 路低頻信號N路輸出，M/2路高頻信號M路輸出。在下變頻單元里，根據系統工作模式的需要 送入下變頻單元不同或相同頻率的本振信號1、本振信號2,使變頻后的中頻信號是固定中 頻，實現一定的瞬時工作帶寬、翻倍的瞬時工作帶寬。
[0048] 請再次參閱圖1，N單元低頻段天線接收低頻段回波信號，M單元高頻段天線接收高 頻段回波信號，低頻段和高頻段回波信號送入N+M路低噪聲放大器中檢出有用信號并進行 放大處理。N+M路低噪聲放大器可W是寬帶的，即能處理低頻段和高頻段的回波信號，也可 WN路低頻段低聲放大器和M路高頻段低噪聲放大器。
[0049] N+M路低噪聲放大器的輸出端分別對應N路的通道交換網絡，在此單元由系統的功 能要求進行頻段或者通道數的選擇，W實現是否處理哪個頻段，處理哪些通道。
[0050] 被選擇的通道送入N通道下變頻單元，在此單元結合本振源進行混頻，將回波信號 下變頻為中頻信號送往N通道數字接收機進行數字化處理。
[0051] N單元低頻天線與M單元高頻段天線接收到回波信號送入N+M路低噪聲放大器進行 射頻信號處理，抑制雜波，放大有用信號。然后N+M路射頻信號送入N通道的交換網絡，一般N =M，在兩者陣元數量不同時，取數量多的通道數。
[0052] N通道交換網絡，N+M通道輸入，N通道射頻輸出（N>M的情況），N通道交換網絡的通 道輸出受控制單元控制，此情況分為:N通道低頻信號和M通道高頻信號分時輸出，低頻信號 的某些通道與高頻信號的某些通道同時輸出。
[0053] 如圖2所示，進一步對通道交換網絡（即交換網絡單元)的工作方式進行敘述。通道 交換網絡工作頻段覆蓋低頻段天線和高頻段天線，其中N路低頻信號標記為Al~An,M路高 頻信號標記為Bl~Bm,通過控制單元的控制，實現下列信號的模式輸出：
[0化4] A:輸出N路Al~An信號；
[0化5] B:輸出M路Bl~Bm信號；
[0056] C:輸出N/2路Al~An/2信號，同時輸出N/2路Bl~Bn/2信號；
[0057] D:將Al~An/2信號分成兩路，分別從1~N/2端日，（1+N/2)~N端日輸出；
[005引E:將Bi~Bn/2信號分成兩路，分別從1~N/2端日，（1+N/2)~N端日輸出；
[0059] F:將AiW2~An信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出；
[0060] G:將BiW2~Bm信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出；
[0061] H:輸出Al~An中n路信號，其余N-n路信號為N-n低頻信號和M路高頻信號中的某些 通道；
[0062] I:輸出Bi~Bn中m路信號，其余N-m路信號為N低頻信號和M-m路高頻信號中的某些 通道；
[0063] 經過通道交換網絡的通道選擇后，信號送入N通道的下變頻單元，在此單元結合頻 率源即本振信號的變化實現超寬帶低成本可重構的接收系統。
[0064] 1:當通道交換網絡輸出A，B模式信號時，分別對應不同的本振信號，實現同一中頻 輸出，實現多路接收系統的高、低頻段分時工作模式；
[0065] 2:當通道交換網絡輸出對莫式信號時，Al~An/2信號對應本振信號一，Bl~Bn/2信號 對應本振信號二，實現系統高、低頻同時工作模式，即用同一套系統實現了頻段的拼接；
[0066] 3:當該通道交換網絡輸出D、F模式信號時，頻率源一與頻率源二工作于不同的掃 描頻率上，實現系統低頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇可W控制雙掃工作 時兩個掃描頻率上工作的通道數量；
[0067] 4:當該通道交換網絡處于E、G模式下時，頻率源一與頻率源二工作于不同的掃描 頻率上，實現系統高頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇可W控制雙掃工作時 兩個掃描頻率上工作的通道數量；
[0068] 5:當該通道交換網絡處于D、F模式或者E、G模式下時，頻率源一與頻率源二輸出頻 點間隔正好等于系統的瞬時工作帶寬BWl，且N/2的通道使用頻率一，另外N/2的通道使用頻 率二，使得系統一半的通道工作于FO頻段，另外一半通道工作于F0+BW1頻段。兩組信號數字 化后，在數字域進行一一對應的拼接，最終實現系統WF0+BW1/2為中屯、頻點，2*BW1瞬時帶 寬的信號接收處理能力。實現系統瞬時帶寬翻倍的拼接工作模式；
[0069] 6:當通道交換網絡處于H模式下，n路信號對應的頻率源一的n路固定的本振信號； N-n路信號對應頻率源一的其它本振信號和頻率源二的本振信號，N-n路本振信號是掃頻 的。此工作模式下，n路低頻段天線處于接收、通訊工作模式，N-n路天線和M路高頻天線處于 低頻段+高頻段的整個頻段下的偵察模式。同理當通道交換網絡處于I模式下，此系統處于m 路通道高頻段接收、通訊工作模式，其余通道處于偵察工作模式下。
[0070] W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種多路接收系統，其特征在于:其包括:N單元低頻段天線，Μ單元高頻段天線，N+M 個低噪聲放大器，具有N+M個輸入端且L個輸出端的交換網絡單元，下變頻單元，具有L個輸 入端的數字化處理單元，本振功分網絡一，本振功分網絡二;其中，N、M、L均為正整數，且L不 小于N與Μ中較大的數值;所述下變頻單元包含L通道回波輸入端、L通道本振信號輸入端、L 通道中頻輸出端;Ν單元低頻段天線分別與Ν個低噪聲放大器的一端相連，Μ單元高頻段天線 分別與Μ個低噪聲放大器的一端相連;Ν+Μ個低噪聲放大器的另一端分別與交換網絡單元的 Ν+Μ個輸入端相連，交換網絡單元的L個輸出端分別連接L通道回波輸入端;在L通道本振信 號輸入端中，：通道本振信號輸入端分別與本振功分網絡一相連信號輸入端與本振功分網絡二相連，L通道中頻輸出端分別連接數字化處理單元的L個輸入 端。2. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:Ν=Μ時，L = Ν=Μ。3. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:Ν矣Μ時，L取則取Ν與Μ中較大的數 值。4. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:所述多路接收系統的工作頻段覆蓋 Ν單元低頻段天線、Μ單元高頻段天線接收的低頻段回波信號和高頻段回波信號;交換網絡 單元根據控制指令實現來自Ν單元低頻段天線的Ν路低頻段信號和來自Μ單元高頻段天線的 Μ路高頻段信號的分時輸出，Ν/2路低頻段信號和Μ/2路高頻段信號的同時輸出，分時將Ν/2 路低頻段信號由交換網絡單元的Ν個輸出端輸出，Μ/2路高頻段信號由交換網絡單元的Μ個 輸出端輸出。5. 如權利要求4所述的多路接收系統，其特征在于:所述下變頻單元的每個端口單獨可 控。6. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:本振功分網絡一與本振功分網絡二 提高兩組相干的變頻本振信號。7. 如權利要求6所述的多路接收系統，其特征在于:兩組變頻本振信號的頻率相同且單 獨可控。8. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:該多路接收系統還包括控制電源和 電源;低噪聲放大器、交換網絡單元、下變頻單元、數字化處理單元、本振功分網絡一、本振 功分網絡二均由控制電源控制，該電源對整個多路接收系統供電。9. 如權利要求1所述的多路接收系統，其特征在于:所述交換網絡單元的工作頻段覆蓋 低頻段天線和高頻段天線，其中Ν路低頻信號標記為Α1~Αη，Μ路高頻信號標記為Β1~Bm，實 現下列信號的模式輸出： A模式:輸出N路A1~An信號； B模式:輸出Μ路B1~Bm信號； C模式:輸出N/2路Al~An/2信號，同時輸出N/2路Bl~Bn/ 2信號； D模式:將Αι~An/2信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出； E模式:將出~仏/2信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（ 1+N/2)~N端口輸出； F模式:將Αι+η/2~An信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（1+N/2)~N端口輸出； G模式:將B1+n/2~Bm信號分成兩路，分別從1~N/2端口，（ 1+N/2)~N端口輸出； Η模式:輸出Αχ-Αη*!!路信號，其余N-n路信號為N-n低頻信號和Μ路高頻信號中的某些 通道； I模式:輸出&~Βη中m路信號，其余N-m路信號為Ν低頻信號和M-m路高頻信號中的某些 通道； 其中，經過所述交換網絡單元的通道選擇后，信號送入所述下變頻單元，在所述下變頻 單元中結合兩個本振功分網絡的本振信號的變化實現超寬帶低成本可重構的多路接收系 統。10.如權利要求9所述的多路接收系統，其特征在于： 當所述交換網絡單元輸出A或B模式信號時，分別對應不同的本振信號，實現同一中頻 輸出，實現多路接收系統的高、低頻段分時工作模式； 當所述交換網絡單兀輸出C模式信號時，A1~An/2信號對應本振功分網絡一的本振信 號，B1~Bn/2信號對應本振功分網絡二的本振信號，實現系統高、低頻同時工作模式，即用同 一套系統實現了頻段的拼接； 當所述交換網絡單元輸出D、F模式信號時，兩個本振功分網絡的兩個頻率源工作于不 同的掃描頻率上，實現系統低頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇能控制雙掃 工作時兩個掃描頻率上工作的通道數量； 當所述交換網絡單元處于E、G模式下時，所述兩個頻率源工作于不同的掃描頻率上，實 現系統高頻段帶內雙掃頻工作模式;通道對頻率源的選擇能控制雙掃工作時兩個掃描頻率 上工作的通道數量； 當所述交換網絡單元處于D、F模式或者E、G模式下時，所述兩個頻率源輸出頻點間隔正 好等于系統的瞬時工作帶寬BW1，且L/2的通道使用本振功分網絡一的頻率源，另外L/2的通 道使用本振功分網絡一的頻率源，使得系統一半的通道工作于F0頻段，另外一半通道工作 于RHBW1頻段； 當所述交換網絡單元處于Η模式下，η路信號對應的本振功分網絡一的頻率源的η路固 定的本振信號;L-n路信號對應本振功分網絡一的頻率源的其它本振信號和本振功分網絡 二的頻率源的本振信號，L-n路本振信號是掃頻的。
【文檔編號】H04B1/16GK105827258SQ201610305436
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】趙家敏, 張瑞, 劉秉策, 范忠亮
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所