一種開關(guān)變頻組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種開關(guān)變頻組件，包括射頻輸入雙工電路，射頻輸入雙工電路由零頻擴展電路和單刀四擲開關(guān)構(gòu)成，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號的分離傳輸；所述零頻擴展電路具有在低頻范圍內(nèi)低損耗傳輸特性，且對高頻信號具有濾波效應(yīng)，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號兩路信號分別低損耗傳輸?shù)淖饔茫粌蓚€輸出端口分別輸出低頻輸出信號和中頻輸出信號。本發(fā)明提出的開關(guān)變頻組件單次連接即可實現(xiàn)3Hz～86GHz信號頻率、功率參數(shù)的精確測量；且具有結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低、成本低的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有頻譜測試方案測試效率低、頻率功率參數(shù)測量準確性差的問題。
【專利說明】
一種開關(guān)變頻組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種開關(guān)變頻組件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著毫米波雷達、制導、通信等系統(tǒng)的發(fā)展，對工作頻率覆蓋毫米頻段的高性能寬帶毫米波頻譜分析儀提出了迫切的需求，主要用于各種微波毫米波通信設(shè)備和元器件研發(fā)生產(chǎn)過程中進行測試、評估。要求一臺頻譜分析儀能夠覆蓋的頻率范圍足夠?qū)?，在滿足各種通信裝備測試需求的情況下盡量減少測試儀器的數(shù)量，降低測試成本，縮短測試時間且方便維護。
[0003]目前由于技術(shù)條件的限制，無法實現(xiàn)50GHz以上頻率的寬帶預(yù)選濾波器，因此50GHz以上頻率信號頻譜測試一般采用同軸頻譜分析儀與波導接口的毫米波擴頻模塊組成毫米波頻譜測試系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0004]毫米波擴頻模塊中的主要部件是毫米波諧波混頻器，其主要功能是采用諧波混頻方式實現(xiàn)50GHz以上信號的下變頻。被測射頻信號通過標準矩形波導輸入毫米波擴頻模塊，與主機提供的本振信號進行諧波混頻，混頻產(chǎn)生的中頻信號輸入頻譜分析儀主機進行處理。
[0005]根據(jù)諧波混頻的工作原理，被測射頻信號的頻率frF(GHz )和功率PRF( dBm)分別由式I和式2給出:
[0006]fRF = NXfL0±fIP (I)
[0007]Prf = Pif+CL (2)
[0008]N為毫米波擴頻模塊中諧波混頻器的諧波次數(shù)，fLQ為頻譜分析儀提供的本振信號頻率，f 為混頻輸出中頻信號的頻率;Pif為中頻信號功率，CL為諧波混頻器變頻損耗。
[0009]由式(I)毫米波模塊測量信號頻率原理可知，由于沒有預(yù)選濾波器，確定式中“土”以準確測量被測信號頻率將十分困難。
[0010]由于毫米波擴頻模塊輸入端為標準矩形波導，波導具有低頻截止特性，毫米波擴頻模塊工作頻率只能實現(xiàn)頻率范圍覆蓋一個波導頻段的頻譜測試，不能實現(xiàn)從低頻至波導頻段的完全頻率覆蓋，且毫米波擴頻模塊存在壓縮點低、假信號識別困難的問題。要實現(xiàn)低頻至波導頻段的頻率掃描，只能采用帶毫米波擴頻模塊和不帶毫米波擴頻模塊兩種方式進行多次連接測試實現(xiàn)，測試效率較低。且因為波導與同軸端口之間需要轉(zhuǎn)接，使得測試較為復雜，同時引入了測量結(jié)果的不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種開關(guān)變頻組件，在較小體積的模塊內(nèi)實現(xiàn)3Hz?86GHz信號分段開關(guān)選通和下變頻功能，有效降低3Hz?1MHz低頻信號傳輸損耗，并實現(xiàn)50GHz?86GHz頻率信號低損耗、高鏡像抑制下變頻，成為超寬帶頻譜分析儀高可集成度、高可靠性、低損耗的射頻前端解決方案，從而將同軸頻譜分析儀的頻率上限擴展至86GHz，實現(xiàn)3Hz?86GHz信號頻譜特性一次掃頻測試，實現(xiàn)高效、準確的毫米波信號頻譜特性測試。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0013]—種開關(guān)變頻組件，包括射頻輸入雙工電路，射頻輸入雙工電路由零頻擴展電路和單刀四擲開關(guān)構(gòu)成，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號的分離傳輸;所述零頻擴展電路具有在低頻范圍內(nèi)低損耗傳輸特性，且對高頻信號具有濾波效應(yīng)，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號兩路信號分別低損耗傳輸?shù)淖饔?兩個輸出端口分別輸出低頻輸出信號和中頻輸出信號；
[0014]其中，高頻輸入信號又被從低到高細分為第一高頻輸入信號、第二高頻輸入信號、第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號，第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)分別選通后經(jīng)帶通濾波器濾除雜散頻率分量后與頻率為fu)的本振信號混頻產(chǎn)生中頻信號，從而使得輸出的中頻輸出信號頻率fIF與射頻輸入信號頻率fRF存在如公式(3)所示一一對應(yīng)的關(guān)系，被測射頻輸入信號頻率由該頻段輸出的中頻輸出信號頻率fIF計算得到；本振信號頻率fu)是已知的，則射頻輸入信號頻率fRF計算公式由式(3)給出且具有唯一性，從而實現(xiàn)了細化的高頻范圍內(nèi)精確測量射頻信號頻率精確測量；
[0015]flF = fRF-fL0 (3)。
[0016]
[0017]可選地，輸入的3Hz?86GHz射頻信號經(jīng)過由零頻擴展電路與單刀四擲開關(guān)構(gòu)成的射頻輸入雙工電路實現(xiàn)分離傳輸。
[0018]可選地，低頻的3HZ?1MHz射頻信號經(jīng)零頻擴展電路處理，1MHz?86GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通為1MHz?4GHz、4GHz?50GHz、40GHz?72GHz、72GHz?86GHz四路。
[0019]可選地，1MHz?4GHz射頻信號與經(jīng)零頻擴展電路處理后的3Hz?1MHz射頻信號合路輸出。
[0020]可選地，50GHz?72GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通后，輸入第一濾波混頻電路與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與72GHz?86GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。
[0021]可選地，72GHz?86GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通后，輸入第二濾波混頻電路與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與50GHz?72GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。
[0022]可選地，4GHz?50GHz射頻信號與50GHz?72GHz和72?86GHz兩路混頻產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。
[0023]可選地，使用同軸接頭作為射頻信號輸入接口。
[0024]可選地，所述零頻擴展電路中，輸入信號經(jīng)低通濾波器、對地電容和電阻構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)、放大器處理后，再經(jīng)與輸入端相同的匹配網(wǎng)絡(luò)、低通濾波器與單刀四擲開關(guān)選通的第一高頻輸入信號合路輸出。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026](I)工作頻帶寬:可實現(xiàn)3Hz?86GHz的超寬帶頻率覆蓋；
[0027](2)輸入射頻信號頻率可精確測量:3Hz?50GHz信號頻率測量已有成熟的測量方案，可精確測量其頻率;50GHz?72GHz和72?86GHz的射頻信號分別經(jīng)帶通濾波濾除雜散信號后與已知頻率的本振信號混頻輸出4GHz?50GHz的中頻信號，其頻率與混頻產(chǎn)生的中頻信號頻率具有一一對應(yīng)的關(guān)系，從而也可精確計算得到，且準確度與3Hz?50GHz—致；
[0028](3)輸入信號功率可精確計算:因采用同軸一體化設(shè)計方案，3Hz?86GHz信號在單一模塊內(nèi)進行處理，各分段輸入至輸出通道的損耗可精確計算，從而可由輸出信號功率計算得到被測的輸入信號功率；
[0029](4)可實現(xiàn)3Hz?86GHz超寬頻帶信號高效測量:因采用同軸一體化設(shè)計方案，3Hz?86GHz信號在單一模塊內(nèi)進行處理，無需分為同軸測量和波導測量兩步，減少互聯(lián)操作次數(shù)，大大提高了測試效率；
[0030](5)結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低:3Hz?86GHz開關(guān)變頻組件采用混合集成工藝實現(xiàn)，全部電路制作在微帶電路上，并安裝在在具有同軸接頭的腔體內(nèi)，相比波導結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低的特點。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明一種開關(guān)變頻組件的原理框圖；
[0033]圖2為本發(fā)明零頻擴展電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0035]本發(fā)明所實現(xiàn)的3Hz?86GHz開關(guān)變頻組件包括射頻輸入雙工電路，射頻輸入雙工電路由零頻擴展電路和單刀多擲開關(guān)構(gòu)成，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號的分離傳輸。零頻擴展電路具有低頻范圍內(nèi)低損耗傳輸特性，且對高頻信號具有較好的濾波效應(yīng)，避免了高頻信號向低頻端口泄露引起的損耗增大現(xiàn)象，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號兩路信號分別低損耗傳輸?shù)淖饔?。零頻擴展電路實現(xiàn)方式如圖2所示，輸入信號經(jīng)低通濾波器
8、對地電容和電阻構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)9、放大器10等處理后，再經(jīng)與輸入端相同的匹配網(wǎng)絡(luò)19、低通濾波器18與單刀四擲開關(guān)3選通的1MHz?4GHz信號合路輸出3Hz?4GHz信號。
[0036]兩個輸出端口分別輸出低頻輸出信號和中頻輸出信號，由于已有成熟的精確測量方案，其頻率可精確測量得到。
[0037]其中，高頻輸入信號又被從低到高細分為第一高頻輸入信號、第二高頻輸入信號、第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號，第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)3分別選通后經(jīng)帶通濾波器濾除雜散頻率分量后與頻率為fLQ的本振信號混頻產(chǎn)生中頻信號，從而使得輸出的中頻輸出信號頻率fIF與射頻信號頻率fRF存在如公式(3)所示一一對應(yīng)的關(guān)系。因此，被測射頻信號頻率可由該頻段輸出的中頻信號頻率fIF計算得到。由于本振信號頻率fLQ是已知的，則射頻信號頻率fRF計算公式由式(3)給出且具有唯一性，從而實現(xiàn)了細化的高頻范圍內(nèi)精確測量射頻信號頻率精確測量的功能。
[0038]flF = fRF-fL0(3)。
[0039]
[0040]被測射頻信號的功率Prf仍可由式2計算得到。
[0041]下面給出本發(fā)明所實現(xiàn)的開關(guān)變頻組件的一個具體實施例，如圖1所示，在該結(jié)構(gòu)中，輸入的3Hz?86GHz射頻信號經(jīng)過由零頻擴展電路2與單刀四擲開關(guān)3構(gòu)成的雙工電路I實現(xiàn)分離傳輸:(I)、低頻的3Hz?1MHz信號經(jīng)零頻擴展電路2處理后與單刀四擲開關(guān)3開關(guān)選通的1MHz?4GHz信號合路輸出；(2)、10MHz?86GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)3選通為I OMHz ?4GHz、4GHz ?50GHz、40GHz ?7 2GHz、7 2GHz ?86GHz 四路，其中 I OMHz ?4GHz 信號與經(jīng)零頻擴展電路處理后的3Hz?1MHz低頻信號合路輸出；50GHz?72GHz信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)3選通后，輸入第一濾波混頻電路4與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)6選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與72GHz?86GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)7選通后輸出組件;72GHz?86GHz信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)3選通后，輸入第二濾波混頻電路5與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)6選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與50GHz?72GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)7選通后輸出組件;4GHz?50GHz射頻信號與50GHz?72GHz和72?86GHz兩路混頻產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。
[0042]由于同軸接頭可在直流至毫米波的超寬頻帶內(nèi)具有低損耗傳輸信號的特性，本發(fā)明使用同軸接頭作為射頻信號輸入接口，從而使得本發(fā)明提出的開關(guān)變頻組件可工作在3Hz?86GHz的超寬頻率范圍，避免采用矩形波導作為輸入接口導致的低頻信號被截至而無法實現(xiàn)低頻頻率覆蓋的弊端。
[0043]本發(fā)明的開關(guān)變頻組件通過高性能雙工電路實現(xiàn)3Hz?1MHz和1MHz?86GHz信號分離傳輸，由零頻擴展電路與單刀四擲開關(guān)實現(xiàn)射頻雙工電路，零頻擴展電路具有3Hz?1MHz信號低損耗傳輸和防止1MHz?86GHz信號泄露的作用，從而可獲得3Hz?86GHz信號低傳輸損耗性能；1MHz?86GHz信號經(jīng)開關(guān)選通為四路信號分別進行處理，50GHz?72GHz和72GHz?86GHz兩路高頻信號經(jīng)帶通濾波濾除雜散信號，然后與本振信號混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz信號經(jīng)開關(guān)選通后輸出；1MHz?4GHz信號經(jīng)開關(guān)選通與3Hz?1MHz合路輸出；改進后結(jié)構(gòu)具有低損耗、超寬帶、結(jié)構(gòu)緊湊、毫米波信號頻率測量準確性高的特點。
[0044]本發(fā)明提出的開關(guān)變頻組件單次連接即可實現(xiàn)3Hz?86GHz信號頻率、功率參數(shù)的精確測量;且具有結(jié)構(gòu)簡單、加工難度低、成本低的優(yōu)點，解決了現(xiàn)有頻譜測試方案測試效率低、頻率功率參數(shù)測量準確性差的問題。
[0045]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種開關(guān)變頻組件，其特征在于，包括射頻輸入雙工電路，射頻輸入雙工電路由零頻擴展電路和單刀四擲開關(guān)構(gòu)成，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號的分離傳輸;所述零頻擴展電路具有在低頻范圍內(nèi)低損耗傳輸特性，且對高頻信號具有濾波效應(yīng)，實現(xiàn)低頻輸入信號和高頻輸入信號兩路信號分別低損耗傳輸?shù)淖饔?兩個輸出端口分別輸出低頻輸出信號和中頻輸出信號； 其中，高頻輸入信號又被從低到高細分為第一高頻輸入信號、第二高頻輸入信號、第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號，第三高頻輸入信號和第四高頻輸入信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)分別選通后經(jīng)帶通濾波器濾除雜散頻率分量后與頻率為fu)的本振信號混頻產(chǎn)生中頻信號，從而使得輸出的中頻輸出信號頻率fIF與射頻輸入信號頻率fRF存在如公式(3)所示一一對應(yīng)的關(guān)系，被測射頻輸入信號頻率由該頻段輸出的中頻輸出信號頻率fIF計算得到;本振信號頻率fLQ是已知的，則射頻輸入信號頻率fRF計算公式由式(3)給出且具有唯一性，從而實現(xiàn)了細化的高頻范圍內(nèi)精確測量射頻信號頻率精確測量； flF=fRF-fLO (3)。2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，輸入的3Hz?86GHz射頻信號經(jīng)過由零頻擴展電路與單刀四擲開關(guān)構(gòu)成的射頻輸入雙工電路實現(xiàn)分離傳輸。3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，低頻的3Hz?1MHz射頻信號經(jīng)零頻擴展電路處理，1MHz?86GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通為1MHz?4GHz、4GHz?50GHz、40GHz?72GHz、72GHz?86GHz 四路。4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，1MHz?4GHz射頻信號與經(jīng)零頻擴展電路處理后的3Hz?I OMHz射頻信號合路輸出。5.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，50GHz?72GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通后，輸入第一濾波混頻電路與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與72GHz?86GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。6.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，72GHz?86GHz射頻信號經(jīng)單刀四擲開關(guān)選通后，輸入第二濾波混頻電路與經(jīng)單刀雙擲開關(guān)選通的本振信號混頻，產(chǎn)生的中頻信號與50GHz?72GHz頻段混頻產(chǎn)生的中頻信號和4GHz?50GHz射頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。7.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，4GHz?50GHz射頻信號與50GHz?72GHz和72?86GHz兩路混頻產(chǎn)生的中頻信號經(jīng)單刀三擲開關(guān)選通后輸出組件。8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，使用同軸接頭作為射頻信號輸入接口。9.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)變頻組件，其特征在于，所述零頻擴展電路中，輸入信號經(jīng)低通濾波器、對地電容和電阻構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)、放大器處理后，再經(jīng)與輸入端相同的匹配網(wǎng)絡(luò)、低通濾波器與單刀四擲開關(guān)選通的第一高頻輸入信號合路輸出。
【文檔編號】G01R23/02GK106093566SQ201610349522
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】代秀, 張樞, 郭小文, 朱偉峰, 韋柳泰, 徐從玉
【申請人】中國電子科技集團公司第四十研究所, 中國電子科技集團公司第四十一研究所