一种X波段低相噪点频收发组件的制作方法

本发明涉及微波毫米波电路，尤其涉及一种基于偏移本振发射与零中频接收混合架构的x波段高功率、极低相位噪声点频收发组件技术。

背景技术：

1、在现代雷达、精确制导以及微波点对点通信系统中，收发组件作为射频前端的核心，其性能直接决定了系统的探测距离、分辨能力与抗干扰性能。随着电磁环境的日益复杂，系统对微波信号的频谱纯度提出了近乎严苛的要求，极低相位噪声已成为制约高端微波体制雷达探测极限的核心瓶颈。

2、传统的x波段收发组件通常采用超外差拓扑或直接变频架构。例如公开号为cn109995366a，公开日为2019-07-09，专利名称为《一种x波段信号合成方法及实现这种x波段信号合成方法的x波段捷变频率合成器》的公开文献，在发射链路中，若采用常规锁相环直接倍频至x波段，锁相环内部的电荷泵、鉴相器噪声基底将被放大 db，导致近端相位噪声剧烈恶化；若直接使用高频段捷变锁相环，其高频段压控振荡器的原生相噪通常较差。此外，传统零中频接收机在面对大功率发射泄漏时，基带部分极易发生直流偏移、1/f闪烁噪声过大以及运放饱和现象，严重限制了系统的接收动态范围。

3、因此，如何在保证x波段大功率输出的同时，通过改进物理拓扑和同源相干频率规划，打破常规倍频对相位噪声的恶化限制，并协同解决零中频接收机的抗大信号饱和问题，是当前微波工程领域急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是实现一种混合架构的x波段低相噪点频收发组件，其能够协同解决零中频接收机的抗大信号饱和问题，实现了极低相噪、高增益、大动态范围的收发功能。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种x波段低相噪点频收发组件，所述收发组件采用由同源相干基准源模块、偏移本振发射链路、零中频接收链路组成的混合架构；

3、所述同源相干基准源模块输出两路同源相干低相噪基准信号，两路基准信号均接入偏移本振发射链路内部不同电路单元；

4、所述偏移本振发射链路的输入端与同源相干基准源模块相连；两路基准信号其中一路输入锁相环，由锁相环生成捷变跳频信号并输送至混频器；另一路依次经过梳状谱sip 倍频模块、四倍频模块处理，输出高纯度固定本振信号并输送至同一混频器；所述混频器的输出端经滤波放大模块连接至功分器；所述功分器分两路输出，一路输出 x 波段高功率、低相噪发射激励信号至天线，另一路输出高频本振信号至零中频接收链路；

5、所述零中频接收链路的射频输入端经 t/r 开关与天线连接，本振输入端接入经所述功分器输出的高频本振纯净信号；所述零中频接收链路利用高频本振信号直接将接收的 x 波段射频信号下混频得到基带信号，并通过零频放大与有源滤波电路完成基带信号处理。

6、所述同源相干基准源模块规划满足发射链路与接收链路的频率相干性，所述基准源模块输出的第一路基准信号供给发射链路的锁相环电路，第二路基准信号供给梳状谱sip倍频模块。

7、所述偏移本振发射链路中，锁相环输出的捷变跳频信号设置在较低频率区间；通过梳状谱 sip 倍频模块与四倍频模块级联架构，抑制高次倍频带来的相位噪声恶化，使所述发射激励信号在 1 khz 频偏处的相位噪声稳定优于 - 113 dbc/hz。

8、所述梳状谱sip倍频模块采用系统级封装技术，内部集成了阶跃恢复二极管、微带带通滤波器组以及放大器；通过带通滤波器从高次谐波丰富的梳状谱中抽取出所需频率的高纯度固定本振信号。

9、所述偏移本振发射链路包括依次串联级联的锁相环捷变信号发生电路、偏移本振混频器、带通滤波器、高功率放大器；

10、所述偏移本振混频器的第一输入端连接所述锁相环捷变信号发生电路，第二输入端连接所述梳状谱 sip 倍频模块输出的高纯度本振信号；所述带通滤波器用于滤除混频后的镜像频率与杂散信号，提取 x 波段点频信号；所述高功率放大器对 x 波段点频信号放大，使输出功率稳定大于 30 dbm；

11、所述高功率放大器的输出端连接功分器，功分器将放大后的信号分为两路，一路作为发射激励信号输出，另一路作为接收链路高频本振信号。

12、所述零中频接收链路包括依次级联的：低噪声放大器，其输入端连接t/r开关的接收端；接收正交混频器，其射频输入端接所述低噪声放大器的输出，本振输入端接所述高频率本振信号，用于将射频信号直接下混频为基带信号；基带处理电路，包含级联的零频低噪声放大器和有源宽带带通滤波器，用于抑制近端直流偏移、抑制1/f噪声并滤除高频无用干扰。

13、所述有源宽带带通滤波器采用多阶切比雪夫有源高通滤波器叠加多阶切比雪夫有源低通滤波器构成，其截止频率根据系统基带信号带宽进行匹配，用于提供大于40 db的带外抑制能力。

14、所述收发组件整体封装在一体化金属屏蔽腔体内，且所述偏移本振发射链路、零中频接收链路以及梳状谱sip倍频模块之间通过金属隔墙进行电磁隔离，用于防止各链路间的本振泄漏与串扰。

15、所述同源相干基准源模块采用中心频率 100 mhz 的高稳定度温补晶振，该晶振在 1 khz 频偏处原生相位噪声低至 - 160 dbc/hz；

16、所述锁相环捷变信号发生电路采用集成高性能压控振荡器与小数分频鉴相器的单芯片频率合成器；以所述 100 mhz 晶振为参考时钟，通过上位机点频控制输出 750 mhz～850 mhz 范围内精密捷变本地振荡信号，该信号在 1 khz 频偏处相位噪声优于 - 120dbc/hz；

17、所述梳状谱 sip 倍频模块输入 100 mhz 晶振信号完成 25 倍频，生成 2.5 ghz中频信号，再经四倍频芯片倍频得到 10 ghz 本振信号，该本振信号在 1 khz 频偏处相位噪声达到 - 120 dbc/hz；该本振信号与锁相环捷变信号送入偏移本振混频器进行和频运算；两路相位噪声性能相当的信号相干叠加，将最终输出的 10.8 ghz±50 mhz 发射激励信号在 1 khz 频偏处的相位噪声控制在 - 117 dbc/hz；

18、所述有源滤波电路调试工作带宽为 400 khz，400 khz 全带内平坦度优于 1.5db，保障精细点频基带信号高保真传输，避免信号波形失真。

19、本发明通过同源相干频率规划、内部集成25倍频的梳状谱sip模块级联四倍频器生成高纯度本振，并与高性能锁相环（lmx2594）生成的捷变信号进行偏移本振混频，从物理机制上斩断了高相噪恶化链条；接收端利用双平衡无源混频器（imx-0614）进行零中频下变频，并配合特定带宽的有源带通滤波器，实现了极低相噪、高增益、大动态范围的收发功能。

1.一种x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述收发组件采用由同源相干基准源模块、偏移本振发射链路、零中频接收链路组成的混合架构；

2.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述同源相干基准源模块规划满足发射链路与接收链路的频率相干性，所述基准源模块输出的第一路基准信号供给发射链路的锁相环电路，第二路基准信号供给梳状谱sip倍频模块。

3.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述偏移本振发射链路中，锁相环输出的捷变跳频信号设置在较低频率区间；通过梳状谱 sip 倍频模块与四倍频模块级联架构，抑制高次倍频带来的相位噪声恶化，使所述发射激励信号在 1 khz 频偏处的相位噪声稳定优于 - 113 dbc/hz。

4.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述梳状谱sip倍频模块采用系统级封装技术，内部集成了阶跃恢复二极管、微带带通滤波器组以及放大器；通过带通滤波器从高次谐波丰富的梳状谱中抽取出所需频率的高纯度固定本振信号。

5.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述偏移本振发射链路包括依次串联级联的锁相环捷变信号发生电路、偏移本振混频器、带通滤波器、高功率放大器；

6.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述零中频接收链路包括依次级联的：低噪声放大器，其输入端连接t/r开关的接收端；接收正交混频器，其射频输入端接所述低噪声放大器的输出，本振输入端接所述高频率本振信号，用于将射频信号直接下混频为基带信号；基带处理电路，包含级联的零频低噪声放大器和有源宽带带通滤波器，用于抑制近端直流偏移、抑制1/f噪声并滤除高频无用干扰。

7.根据权利要求6所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述有源宽带带通滤波器由多阶切比雪夫有源高通滤波器叠加多阶切比雪夫有源低通滤波器构成，其截止频率根据系统基带信号带宽进行匹配，用于提供大于40 db的带外抑制能力。

8.根据权利要求1所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述收发组件整体封装在一体化金属屏蔽腔体内，且所述偏移本振发射链路、零中频接收链路以及梳状谱sip倍频模块之间通过金属隔墙进行电磁隔离，用于防止各链路间的本振泄漏与串扰。

9.根据权利要求3或5所述的x波段低相噪点频收发组件，其特征在于：所述同源相干基准源模块采用中心频率 100 mhz 的高稳定度温补晶振，该晶振在 1 khz 频偏处原生相位噪声低至 - 160 dbc/hz；