一种低噪声变频的八通道射频接收器论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种低噪声变频的八通道射频接收器，包括并行排布的第一至第八变频通道，输入端与第一变频通道和第二变频通道连接的第一A\/D转换器，输入端与第三变频通道和第四变频通道连接的第二A\/D转换器，输入端与第五变频通道和第六变频通道连接的第三A\/D转换器，输入端与第七变频通道和第八变频通道连接的第四A\/D转换器，分别与第一A\/D转换器、第二A\/D转换器、第三A\/D转换器和第四A\/D转换器的输出端连接的FPGA芯片。

主设计要求

1.一种低噪声变频的八通道射频接收器，其特征在于，包括并行排布的第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道，输入端与所述第一变频通道和第二变频通道连接的第一A\/D转换器，输入端与所述第三变频通道和第四变频通道连接的第二A\/D转换器，输入端与所述第五变频通道和第六变频通道连接的第三A\/D转换器，输入端与所述第七变频通道和第八变频通道连接的第四A\/D转换器，分别与所述第一A\/D转换器、第二A\/D转换器、第三A\/D转换器和第四A\/D转换器的输出端连接的FPGA芯片，依次连接后与所述FPGA芯片连接的DSP芯片、第一D\/A转换器、第九混频器和第九滤波器，以及分别与所述第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道连接的混频基频发射器。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种低噪声变频的八通道射频接收器，其特征在于，所述第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道的结构相同，且所述第一变频通道包括依次连接的第十一滤波器、第一低噪放大器、第十二滤波器、第一混频器、第十一放大器、第十三滤波器和第十四滤波器；所述第一混频器与混频基频发射器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种低噪声变频的八通道射频接收器，其特征在于，所述混频基频发射器包括依次连接的晶振、锁相环和二功分器，以及经频率放大器与所述二功分器连接的第一四功分器和第二四功分器；所述第一四功分器经频率放大器与第一混频器连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及卫星侦察技术领域，尤其是一种低噪声变频的八通道射频接收器。

背景技术

阵列天线，是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线，在天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛运用。由于军用和民用通信、导航设备易于受到外界的干扰攻击；特别是在军事上，在战时地方释放强干扰将使我方的通信、导航设备瘫痪。抗干扰阵列天线能在干扰方向形成零陷，从而避免设备受到外界的干扰，在电子对抗方面可发挥重要的作用。目前，国内所研制的抗干扰设备存在以下问题：第一，对宽带干扰和多个窄带干扰抑制能力比较差；第二，信号的干信比大多为50dB。为此，申请人特提出了一种圆形矩阵排列的螺旋天线组件(8个螺旋天线单阵子)，但是现有技术中无与之对应的信号处理装置。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种低噪声变频的八通道射频接收器，本实用新型采用的技术方案如下：

一种低噪声变频的八通道射频接收器，包括并行排布、且与所述螺旋天线单阵子一一对应连接的第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道，输入端与所述第一变频通道和第二变频通道连接的第一A\/D转换器，输入端与所述第三变频通道和第四变频通道连接的第二A\/D转换器，输入端与所述第五变频通道和第六变频通道连接的第三A\/D转换器，输入端与所述第七变频通道和第八变频通道连接的第四A\/D转换器，分别与所述第一A\/D转换器、第二A\/D转换器、第三A\/D转换器和第四A\/D转换器的输出端连接的FPGA芯片，依次连接后与所述FPGA芯片连接的DSP芯片、第一D\/A转换器、第九混频器和第九滤波器，以及分别与所述第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道连接的混频基频发射器。

进一步地，所述第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道的结构相同，且所述第一变频通道包括依次连接后一端与所述第一螺旋线体、第三螺旋线体、第四螺旋线体和第六螺旋线体连接、且另一端与所述第一A\/D转换器连接的第十一滤波器、第一低噪放大器、第十二滤波器、第一混频器、第十一放大器、第十三滤波器和第十四滤波器；所述第一混频器与混频基频发射器连接。

更进一步地，所述混频基频发射器包括依次连接的晶振、锁相环和二功分器，以及经频率放大器与所述二功分器连接的第一四功分器和第二四功分器；所述第一四功分器经频率放大器与第一混频器连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型巧妙地设置圆形阵列排布的八个螺旋单阵子单元，用于接收来之卫星的目标信号在空域传播过程中带入同频强干扰，且频段内窄带强突发或连续干扰，并输送给射频接收器。其具有良好的方向性能，且增益和轴比均较低。

(2)本实用新型通过设置射频接收器，以实现抗干扰处理；首先，经限幅进行对突发的强干扰性信号进行限幅，保证这类强信号进入预处理设备不会导致信号失真及设备损坏。卫星目标信号经预选滤波后，滤除杂散信号，再进入低噪声放大，再用声表面滤波器进行放大，再进行下变频处理，内部提供锁相环本振进行放大工分输出八路同频323.5MHz本振信号。另外，本实用新型提供其中八路本振给八路下变频作为下变频本振；下变频输出46.5MHz中频信号经滤波放大输出到A\/D采样。到数字处理板进行数字算法进行抗干扰处理后输出一个数字中频信号46.5MHz。46.5MHz数字中频与其中一路本振信号，再进行上变频输出到客户端的接收机。

(3)本实用新型通过设置支撑架和天线安装座，其结构较为简单，且拆装便捷，安装周期短，设备投入成本低廉等优点，在卫星侦察技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的螺旋天线单阵子结构示意图。

图2为本实用新型的螺旋天线单阵子设计图。

图3为本实用新型的螺旋天线组件结构示意图。

图4为本实用新型的支撑架结构示意图。

图5为本实用新型的变频通道原理图。

图6为本实用新型的数字处理原理图。

图7为本实用新型的混频基频发射器结构示意图。

图8为本实用新型的螺旋天线单阵子的驻波图。

图9为本实用新型的螺旋天线单阵子的方向图。

图10为本实用新型的螺旋天线单阵子的增益图。

图11为本实用新型的螺旋天线单阵子的轴比图。

图12为本实用新型的螺旋天线组线的方向图。

图13为本实用新型的螺旋天线的一个带宽干扰入射时的波束形成图。

图14为本实用新型的螺旋天线的两个带宽干扰入射时的波束形成图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

10-支撑柱，11-底座杆，12-角度调节器，13-安装平台板，14-接收器安装板，15-端箍，20-安装盘，21-支撑龙骨，30-单阵子底板，31-阵子安装座，32-阵子安装环，341-第一螺旋线体，342-第二螺旋线体，343-第三螺旋线体，344-第四螺旋线体，345-第五螺旋线体，346-第六螺旋线体。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1至图14所示，本实施例提供了一种低噪声变频的八通道射频接收器，包括支撑架，固定在所述支撑架上的天线安装座，固定在所述天线安装座上、且呈圆形矩阵排布的数个螺旋天线单阵子，以及固定在所述支撑架上、且与8螺旋天线单阵子一一对应连接的射频接收器。其中，该支撑架包括四根的底座杆11，底部垂直连接在所述底座杆11构成的平面的支撑柱10，设置在所述支撑柱10的顶部的角度调节器12，固定在所述角度调节器12的顶部的安装平台板13，固定在所述支撑柱10上、用于安装射频接收器的接收器安装板14，以及套设在支撑柱10上、且与接收器安装板14连接的至少两个端箍15。在本实施例中，该天线安装座包括固定连接在安装平台板13上的安装盘20，以及一端环形均匀固定在所述安装盘20上、另一端与阵子底板30连接、且呈伞状排布的支撑龙骨21。需要说明的是，本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件，不能理解成对保护范围的特定限定。另外，本实施例中所述“底部”、“顶部”、“四周边缘”、“中央”等方位性用语是基于附图来说明的。不仅如此，本实施例是基于结构的改进，射频接收器所涉及的算法均为现有技术，在此就不予赘述。

在本实施例中，每一螺旋天线单阵子均包括固定在所述天线安装座上的阵子底板30，设置在所述阵子底板30的中央的单阵子安装座31，一端均贯穿所述单阵子安装座31设置、且贯穿处呈矩形排布在所述阵子安装座31的边缘的第一螺旋线体341、第三螺旋线体343、第四螺旋线体344和第六螺旋线体346，连接在第一螺旋线体341的另一端与第三螺旋线体343的另一端之间、且与所述第一螺旋线体341和第三螺旋线体343一体成型的第二螺旋线体342，连接在第四螺旋线体344的另一端与第六螺旋线体346的另一端之间、与所述第四螺旋线体344和第六螺旋线体346一体成型、且垂直连接在第二螺旋线体342的中央的第五螺旋线体345，分别套设在第一螺旋线体341、第三螺旋线体343、第四螺旋线体344和第六螺旋线体346的底部、用于与单阵子安装座31连接的阵子安装环32。其中，第一螺旋线体341、第二螺旋线体342、第四螺旋线体344和第五螺旋线体345的结构相同，且直径为0.7cm，长度为35cm，竖直高度为26cm；所述第三螺旋线体343和第六螺旋线体346的结构相同，且直径为0.7cm，长度为16cm。从图8至图11可知，经申请人反复试验验证，单阵子天线的驻波小于等于1.5，天线增益大于等于5.0dB，前后比为15dB，且天线轴比大于等于1.5dB。

在本实施例中，该射频接收器包括并行排布、且与所述螺旋天线单阵子一一对应连接的第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道，输入端与所述第一变频通道和第二变频通道连接的AD6644第一A\/D转换器，输入端与所述第三变频通道和第四变频通道连接的AD6644第二A\/D转换器，输入端与所述第五变频通道和第六变频通道连接的AD6644第三A\/D转换器，输入端与所述第七变频通道和第八变频通道连接的AD6644第四A\/D转换器，分别与所述第一A\/D转换器、第二A\/D转换器、第三A\/D转换器和第四A\/D转换器的输出端连接的FPGA芯片，依次连接后与所述FPGA芯片连接的DSP芯片、CS4344第一D\/A转换器、ADRF6655第九混频器和MFT463P3第九滤波器，以及分别与所述第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道连接的混频基频发射器。其中，该第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道、第四变频通道、第五变频通道、第六变频通道、第七变频通道和第八变频通道的结构相同，且所述第一变频通道包括依次连接后一端与所述第一螺旋线体341、第三螺旋线体343、第四螺旋线体344和第六螺旋线体346连接、且另一端与所述第一A\/D转换器连接的FX-360-380-1-10第十一滤波器、RA07H3340M-101第一低噪放大器、FX-360-380-1-10第十二滤波器、MAX2036第一混频器、TSH341第十一放大器、FX-300-340-1-10第十三滤波器和FX-300-340-1-10第十四滤波器；在本实施例中，该混频基频发射器包括依次连接的10MHz晶振、CMOS系列锁相环和INLO-PD2S-DC40二功分器，以及经频率放大器与所述二功分器连接的HRT-4-0309第一四功分器和第二四功分器。本实施例的射频接收器的变频通道(即中频处理)实现中频模拟信号转换数字数据的处理，FPGA芯片、DSP芯片(即FPGA处理系统)完成抗干扰数据处理、通信控制等功能；且第九混频器和第九滤波器(即射频模块)完成FPGA进行抗干扰处理后的射频信号输出。

在本实施例中，通过低插损射频滤波器(插损≤1dB)、低噪声放大器并合理分配通路增益，各通道隔离度＞50db，两个通道之间的影响可以忽略不计，确保满足系统要求。经申请人反复试验验证，测试如图12至图14所示：

在Matlab中建立SFAP仿真环境。设置一个理想的八阵元均匀方阵模型，采用64点FFT的SFAP，作出抗干扰算法在不同干扰环境下的波束形成图。该图体现了抗干扰算法在不同方向、不同频率上的阵列增益。由于波束形成图存在方向角、俯仰角、频率、波束增益八个变化量，为便于进行三维作图，固定俯仰角，即在给定的俯仰角上观察抗干扰算法在不同方位角和频率上的增益。从图13和图14可知，其均在干扰来向上形成了较深的零陷，采用的空频自适应算法具备2个宽带干扰抑制能力，且抑制干扰电平满足指标要求。其中，八阵元微带天线成方形布阵，能弥补单个阵元天线增益低的缺点增益可以达到大于8dB，并能增加抗干扰能。八阵阵元抗干扰预处理器抗干扰能力指标：干信比60dB；抗干扰数≥8个。与现有技术相比，本实用新型模块化设计，其组装方便适用于大批量生产，整机成本低生产周期短，且便于拆卸及安装、运输。可以说，本实用新型具有突出的实质性特点和显著的进步，在卫星侦察技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

设计图

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