专利名称：一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，涉及微波、毫米波上变频系统，尤其是具有良好幅 相一致性多路输出的Ka波段毫米波上变频系统。
背景技术：
毫米波广泛应用于雷达和制导系统、电子对抗、毫米波通信、引信、气象研 究、卫星遥感等领域。在微波、毫米波整机系统中，性能优越的上变频系统对整机系统 性能起着关键性的作用。现有的微波、毫米波整机系统通常需要使用多路(有的多达几 十上百路)微波、毫米波信号，并且需要这多路微波、毫米波信号具有良好的幅相一致 性。为了使微波、毫米波上变频系统产生具有良好幅相一致性的多路输出，理论上 有以下两种方式一是首先将低频本振信号功分成多路本振输出信号，然后对每一路本 振输出信号进行反复倍频，最后经混频产生所需要的微波、毫米波信号；另一种方式是 首先将低频本振信号进行反复倍频，然后经混频产生所需频率的微波、毫米波信号，最 后经功分处理得到多路输出。前一种方式实现电路过于复杂、成本较高且由于器件差异 会导致最终多路输出的幅相一致性较差；后一种方式实现电路简单、成本较低，但是难 点在于后端功分电路的设计(由于在毫米波频段，器件尺寸很小，加工精度难以保证最 终多路输出信号的幅相一致性)。
发明内容
本发明提供一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统，该方法能够产生多路 幅相一致性较好的Ka波段毫米波信号；同时依据该方法所实现的Ka波段多路毫米波信 号产生系统能够输出具有良好幅相一致性的多路毫米波输出信号，以满足Ka波段毫米波 整机系统的应用需求。本发明具有实现容易、电路相对简单、成本相对低廉的特点。本发明技术方案如下一种Ka波段多路毫米波信号产生方法，如图1所示，包括以下步骤步骤1 采用倍频链路将频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号上变频 至Ku波段，得到Ku波段的本振信号；所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个 二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一 个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个倍频单 元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波 段本振信号。步骤2 采用功率分配器将Ku波段本振信号等幅功分成N路Ku波段本振信号； 所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，同一级的功分器为一分二功分器；倍频链 路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号。步骤3 :从N路Ku波段本振信号中选择幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号，分别送入M个倍频器作倍频处理，每个倍频器的输出信号再经过放大、滤波后得到 M路Ka波段本振信号，其中N>M。 步骤4 :采用M个混频器分别将步骤3所选择的M路Ka波段本振信号变频至 满足应用需求频率的M路Ka波段毫米波输出信号。 上述技术方案中，为了进一步提高步骤4所得M路Ka波段毫米波输出信号之间 的幅相一致性和保证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度，可采用M个具有扇形 开路结构的微带带通滤波器分别对步骤4所得的M路Ka波段毫米波输出信号进行滤波处 理。所述具有扇形开路结构的微带带通滤波器见中国专利申请“一种具有扇形开路结构 的微带带通滤波器”(申请号200910167913.1)。根据上述技术方案所实现的一种Ka波段多路毫米波信号产生系统，如图1所 示，包括倍频链路、N路功率分配器和M路并行的变频器。低频本振信号经倍频链路多 次倍频至Ku波段，然后经N路功率分配器等幅功分成N路Ku波段本振信号，其中幅相 一致性较好的M (M < N)路Ku波段本振信号分别经一个变频器上变频至Ka波段，最终 M路并行的上变频器各自输出一路、总共M路Ka波段毫米波信号。如图2所示，所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一 个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的 二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个倍频单元，低频本振信 号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号。所述N路功率分配器由多级功分器级联而成，所有功分器为一分二的威尔金森 功分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku 波段本振信号。所述M路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器 和一个具有扇形开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路Ku波段本 振信号经倍频器倍频至Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满足应用需求频率的Ka波 段毫米波输出信号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器进行滤波处理，以使得 M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振 与输出信号间的隔离度。需要补充说明的是1、频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号可采用现有各种频率源产生。2、倍频链中的二倍频单元没有单独采用二倍频器，而是由一个二倍频器、一个 滤波器和一个放大器串联而成，其中滤波器的作用是滤除倍频过程中产生的杂波信号， 而放大器的作用是补偿功率的损失。3、为了增加系统的抗电磁干扰能力，可根据实际需要将倍频链、功率分配器和 变频器安装于一个或多个金属腔体中；若实际采用了多个金属腔体，则不同金属腔体之 间的部件之间采用同轴电缆连接。本发明有益效果如下1、本发明为了产生多路Ku波段毫米波信号，采用单倍频链路将低频本振信号 上变频至Ka波段，然后再Ka波段功分成多路Ka波段本振信号，能够节省大量本振信号上变频过程中的器件成本，同时能够获得幅相一致性较好的多路本振信号。2、在本振信号的倍频过程中，每一个二倍频单元均采用了介质带通滤波器对 二倍频信号进行滤波处理，对二倍频过程中产生的杂波信号能够进行很好的滤除；为了 使得功分后的多路本振信号功率幅度满足要求，倍频链中采用了多级放大的方式予以保 证。3、本振信号的功分选择在Ka波段进行，而没有直接倍频至Ku波段再功分，是 充分考虑了功分电路加工精度在Ku波段难以保证功分信号之间的幅相一致性，同时有考 虑了尽量节约系统体积和成本，最终选择在Ka波段进行功分，在现有工艺条件下尽量保 证多路本振信号的幅相一致性。4、本发明将本振信号在Ka波段功分后，在功分路数大于实际需要的信号路数 的基础上，可选择其中幅相一致性较好的本振信号，使得本发明在现有工艺条件下具有 更大的灵活性。
图1是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统的原理框图。图2是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中倍频链路结构示 意图。图3是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中N路功率分配器 结构示意图。图4是本发明提供的Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统中M路变频器的结 构示意图。
具体实施例方式本发明在低频本振信号的具体频率、倍频链路的二倍频级数(设为n)、N路功 率分配器的功分级数(设为k)、从N路Ka波段本振信号中选择的路数Μ、变频器中中频 信号的选择以及整个系统中的滤波器、放大器均可以根据实际情况进行灵活设计，使得 本发明具有各种灵活的实现方式。以下只是本发明的一个具体实施方式
，而并非是对本 发明进行的限定。一种Ka波段多路毫米波信号产生系统，包括倍频链路、64路功率分配器和 40路并行的变频器；60MHz的低频本振信号经倍频链路8次倍频至Ku波段，得到 15.36GHz的Ku波段本振信号，然后经64路功率分配器等幅功分成64路Ku波段本振信 号，其中幅相一致性较好的40路Ku波段本振信号分别经一个变频器上变频至Ka波段， 最终40路并行的上变频器各自输出一路、总共40路Ka波段毫米波信号。所述倍频链路由8个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、 一个介质带通滤波器和一个放大器串联而成。所述64路功率分配器由6级功分器级联而成，所有功分器为一分二威尔金森功 分器；倍频链路输出的Ku波段本振信号经所述64路功率分配器后等幅功分成64路Ku 波段本振信号。所述40路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器和一个具有扇形开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路15.36GHz 的Ku波段本振信号经倍频器倍频至30.72GHz的Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满 足应用需求频率的Ka波段毫米波输出信号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器 进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保 证频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。上述Ka波段多路毫米波信号产生系统，经实测，其关键技术指标如下(1)倍频链输入信号60MHz ；输入信号功率范围-IOdBm +5dBm ；(2)中频输入频率4.5GHz 士 500MHz ；(3)毫米波上变频器的相频特性Δφ小于15°，幅频特性Δ A小于l.OdB ( Δ f = IGHz)；(4)任意两个毫米波上变频器之间的幅度差< l.OdB，相位差< 15° (Af = IGHz)；(5) IdB压缩点功率输出2l0dBm，总线性功率增益>9dB ；(6)输出信号动态范围MOOdB ；(7)本振与输出信号隔离度》5dB ；(8)任意两路毫米波上变频输出信号间的隔离>60dB。
权利要求
1.一种Ka波段多路毫米波信号产生方法，包括以下步骤步骤1:采用倍频链路将频率范围在[10MHz，100MHz]的低频本振信号上变频至Ku 波段，得到Ku波段的本振信号；所述倍频链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频 单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍 频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器滤波和放大器放大后进入后一个倍频单元，低 频本振信号依次经过多个这样的二倍频单元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振 信号；步骤2 采用功率分配器将Ku波段本振信号等幅功分成N路Ku波段本振信号；所 述N路功率分配器由多级功分器级联而成，同一级的功分器为一分二功分器；倍频链路 输出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号；步骤3 :从N路Ku波段本振信号中选择幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号， 分别送入M个倍频器作倍频处理，每个倍频器的输出信号再经过放大、滤波后得到M路 Ka波段本振信号，其中N>M;步骤4 :采用M个混频器分别将步骤3所得的M路Ka波段本振信号变频至满足应 用需求频率的M路Ka波段毫米波输出信号。
2.根据权利要求1所述的Ka波段多路毫米波信号产生方法，其特征在于，采用M个 具有扇形开路结构的微带带通滤波器分别对步骤4所得的M路Ka波段毫米波输出信号进 行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证 频率相隔较近的本振与输出信号间的隔离度。
3.—种Ka波段多路毫米波信号产生系统，包括倍频链路、N路功率分配器和M路并 行的变频器；低频本振信号经倍频链路多次倍频至Ku波段，然后经N路功率分配器等幅 功分成N路Ku波段本振信号，其中幅相一致性较好的M路Ku波段本振信号分别经一个 变频器上变频至Ka波段，最终M路并行的上变频器各自输出一路、总共M路Ka波段毫 米波信号；其中M<N。
4.根据权利要求3所述的Ka波段多路毫米波信号产生系统，其特征在于，所述倍频 链路由多个二倍频单元串联而成，每个二倍频单元由一个二倍频器、一个滤波器和一个 放大器串联而成；低频本振信号经前一个二倍频单元的二倍频器倍频之后、再经滤波器 滤波和放大器放大后进入后一个倍频单元，低频本振信号依次经过多个这样的二倍频单 元之后频率提高至Ku波段，成为Ku波段本振信号。
5.根据权利要求3所述的Ka波段多路毫米波信号产生系统，其特征在于，所述N路 功率分配器由多级功分器级联而成，所有功分器为一分二威尔金森功分器；倍频链路输 出的Ku波段本振信号经所述N路功率分配器后等幅功分成N路Ku波段本振信号。
6.根据权利要求3所述的Ka波段多路毫米波信号产生系统，其特征在于，所述M 路并行的变频器分别由一个倍频器、一个介质带通滤波器、一个混频器和一个具有扇形 开路结构的微带带通滤波器串联而成；一路变频器首先将一路Ku波段本振信号经倍频器 倍频至Ka波段，带通滤波后经混频器变频至满足应用需求频率的Ka波段毫米波输出信 号；最后经具有扇形开路结构的微带带通滤波器进行滤波处理，以使得M路Ka波段毫米 波输出信号之间具有更好的幅相一致性，同时保证频率相隔较近的本振与输出信号间的 隔离度。
全文摘要
一种Ka波段多路毫米波信号产生方法及系统，属于电子技术领域。本发明采用单倍频链将低频本振信号倍频至Ku波段，在Ku波段将本振信号功分成N路，然后选择其中幅相一致性较好的M路分别倍频至Ka波段，滤波后再经混频器变频至满足应用需求的Ka波段。本发明能够产生多路幅相一致性较好的Ka波段毫米波信号，以满足Ka波段毫米波整机系统的应用需求；同时具有实现容易、电路相对简单、成本相对低廉的特点。
文档编号H04B10/12GK102025422SQ201010573139
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月4日 优先权日2010年12月4日
发明者喻梦霞, 徐军, 李桂萍 申请人:电子科技大学