阅读说明：本技术 一种正交变频接收机 (Orthogonal frequency conversion receiver ) 是由 陈鹏鹏 曹佳 陈鹏伟 彭尧 齐全文 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种正交变频接收机,应用于毫米波雷达收发系统,该正交变频接收机包括：一分四差分功率分配器及分别与该一分四差分功率分配器连接的四个接收通道,其中四个接收通道中的每个包括：低噪声放大器、正交混频器、正交信号发生器、驱动放大器、低通滤波器和可变增益放大器。本发明的正交变频接收机可配置低噪放,实现高输入P-1dB与低噪声系数,一分四差分功率分配器实现了无交叉高隔离度的本振信号分配,正交信号发生器实现了抗负载寄生的设计。另外,一分四功率分配器、正交信号发生器和低噪声发大器的综合设置保证了正交变频接收机的高线性与低噪声。(The invention discloses an orthogonal frequency conversion receiver, which is applied to a millimeter wave radar transceiving system and comprises: one-to-four differential power divider and four receiving channels respectively connected with the one-to-four differential power divider, wherein each of the four receiving channels comprises: low noise amplifier, quadrature mixer, quadrature signal generator, driver amplifier, low pass filter and variable gain amplifier. The orthogonal frequency conversion receiver can be configured with low noise amplification to realize high input P-1dB and low noise coefficient, the one-to-four differential power distributor realizes the local oscillator signal distribution without cross high isolation, and the orthogonal signal generator realizes the design of load spurious resistance. In addition, the comprehensive arrangement of the one-to-four power divider, the orthogonal signal generator and the low noise amplifier ensures high linearity and low noise of the orthogonal frequency conversion receiver.)

一种正交变频接收机

技术领域

本发明涉及射频接收技术领域。更具体地，涉及一种应用于毫米波雷达收发系统的正交变频四通道接收机。

背景技术

随着无线通信电子技术的高速发展，无线通信对接收机的集成度、灵活性、通信制式的兼容性和工程应用性等方面提出了越来越高的要求。射频接收机的种类很多，具体实现方式也各不相同。其中，射频接收机是无线通信、电子战、雷达系统和卫星负载等微波射频系统中的核心结构，其被广泛应用在各类雷达系统中。

射频接收机的作用是将射频信号进行低噪声接收、变频与放大，将电平不固定的中频信号进行自动增益控制后放大为固定的中频电平，是影响雷达系统性能的重要模块。尤其地，对于工作在毫米波频段的接收机来说，主要是采用下变频后在低频进行解调等处理。下变频接收机分可为单相下变频和正交下变频，其中，单相下变频适用于调频连续波，正交下变频适用于任何调制方式的信号，抗干扰性能比单相下变频更好。

射频接收机主要指标为线性度和灵敏度。传统的射频接收机在应用于毫米波雷达收发系统时，其性能指标如线性度、灵敏度和噪声系数等并不能很好满足要求。

因此，需要提供一种应用于毫米波雷达收发系统的高线性低噪声的正交变频四通道接收机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于毫米波雷达收发系统的高线性低噪声的正交变频四通道接收机，用于解决现有毫米波接收机噪声大、线性度差的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种正交变频接收机，应用于毫米波雷达收发系统，该正交变频接收机包括：

一分四差分功率分配器，该一分四差分功率分配器输入端用于输入本振信号；及

分别与该一分四差分功率分配器连接的四个接收通道，其中四个接收通道中的每个包括：低噪声放大器、正交混频器、正交信号发生器、驱动放大器、低通滤波器和可变增益放大器；

其中，对于每个接收通道：驱动放大器的输入端与该一分四功率分配器的输出端连接，驱动放大器的输出端通过正交信号发生器连接至正交混频器的第一输入端，射频信号通过低噪声放大器发送至正交混频器的第二输入端，正交混频器的输出端通过低通滤波器连接至可变增益放大器的输入端，可变增益放大器的输出端输出中频输出信号。

优选地，一分四差分功率分配器的输入和输出信号为差分信号。

进一步优选地，一分四差分功率分配器包括第一威尔金森功分器、第二威尔金森功分器、第一巴伦、第二巴伦、第三巴伦和第四巴伦，其中

一分四差分功率分配器的输入差分信号的同相输入端连接至第一威尔金森功分器的输入端，第一威尔金森功分器的第一输出端连接至第一巴伦的输入端，第一威尔金森功分器的第二输出端连接至第二巴伦的输入端；

一分四差分功率分配器的输入差分信号的反相输入端连接至第二威尔金森功分器的输入端，第二威尔金森功分器的第一输出端连接至第三巴伦的输入端，第二威尔金森功分器的第二输出端连接至第四巴伦的输入端；

第一巴伦、第二巴伦、第三巴伦和第四巴伦的输出端作为一分四差分功率分配器的输出端，用于输出差分信号。

本发明中，一分四差分功率分配器的输入输出信号为差分信号，能够实现无交叉的版图布局。由于本发明中一分四差分功率分配器中无源元件的走线无交叉，使得两个威尔金森功分器和四个巴伦均由顶层金属设计而成，这样，芯片的顶层金属厚度最小，信号衰减最弱。

优选地，正交信号发生器为宽带差分结构。

进一步优选地，正交信号发生器包括第一传输线电感、第二传输线电感、第一电容、第二电容、第一电阻及第二电阻，其中

正交信号发生器的第一输入端Vin+连接至第一传输线电感的第一端和第一电容的第一端，第一电容的第二端连接至第一电阻的第一端和正交信号发生器的第一输出端Voi+，第一传输电感的第二端连接至正交信号发生器的第三输出端Voq+；

正交信号发生器的第二输入端Vin-连接至第二传输线电感的第一端和第二电容的第一端，第二电容的第二端连接至第二电阻的第一端和正交信号发生器的第二输出端Voi-，第二电阻的第二端连接至正交信号发生器的第三输出端Voq+，第二传输电感的第二端连接至第一电阻的第二端和正交信号发生器的第四输出端Voq-；

正交信号发生器的第一输出端Voi+和正交信号发生器的第二输出端Voi-用于提供同相分量，正交信号发生器的第三输出端Voq+和正交信号发生器的第四输出端Voq-用于提供正交分量。

本发明中的正交信号发生器与单端正交信号发生器相比，带宽更宽，负载寄生更小。

优选地，低噪声放大器为分段式低噪声放大器。

进一步优选地，低噪声放大器包括初放大级、后放大级、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和传输线，其中

射频信号发送至初放大级的输入端，初放大级的输出端与第一单刀双掷开关的输入端连接，第一单刀双掷开关的第一输出端连接至后放大级的输入端，后放大级的输出端连接至第二单刀双掷开关的第一输入端，第一单刀双掷开关的第二输出端通过传输线连接至第二单刀双掷开关的第二输入端，第二单刀双掷开关的输出端为低噪声放大器的输出端。

进一步优选地，第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关基于射频信号的大小进行开关模式的选择。

进一步优选地，

当射频信号小于第一阈值时，第一单刀双掷开关选择第一输出端，且第二单刀双掷开关选择第一输入端；

当射频信号大于第二阈值时，第一单刀双掷开关选择第二输出端，且第二单刀双掷开关选择第二输入端。

进一步优选地，第一阈值小于或等于第二阈值。

本发明中，两个单刀双掷开关根据输入信号的大小，来决定对后放大级是否采用。当输入信号较小时，两个单刀双掷开关掷于后放大级的位置，使得初放大级与后放大级同时工作，呈现最大的增益与最小的噪声系数；当输入信号较大时，两个单刀双掷开关掷于传输线的位置，使得后放大级不工作，信号被初放大级放大后经过传输线传给输出，呈现最大的输入P-1dB。

本发明的有益效果如下：

本发明中的正交变频接收机，应用于毫米波雷达收发系统，可配置低噪放实现高输入P-1dB与低噪声系数，一分四差分功率分配器实现无交叉高隔离度的本振信号分配，正交信号发生器实现抗负载寄生的设计。另外，一分四功率分配器、正交信号发生器和低噪声发大器的综合设置保证了正交变频接收机的高线性与低噪声。

附图说明

下面结合附图对本发明的

具体实施方式

作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例中一种正交变频接收接的结构框图。

图2示出本发明实施例中一分四功率分配器的结构框图。

图3示出本发明实施例中正交限号发生器的结构框图。

图4示出本发明实施例中低噪声放大器的结构框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。

本发明公开一种正交变频接收机，应用于毫米波雷达收发系统，该正交变频接收机包括：一分四差分功率分配器及分别与该一分四差分功率分配器连接的四个接收通道。

本发明中，一分四差分功率分配器输入端用于输入本振信号，其输入和输出信号为差分信号。

本发明中，四个接收通道中的每个包括：低噪声放大器、正交混频器、正交信号发生器、驱动放大器、低通滤波器和可变增益放大器。其中，对于每个接收通道：驱动放大器的输入端与该一分四功率分配器的输出端连接，驱动放大器的输出端通过正交信号发生器连接至正交混频器的第一输入端，射频信号通过低噪声放大器发送至正交混频器的第二输入端，正交混频器的输出端通过低通滤波器连接至可变增益放大器的输入端，可变增益放大器的输出端输出中频输出信号。

在一个实施例中，一分四差分功率分配器包括第一威尔金森功分器、第二威尔金森功分器、第一巴伦、第二巴伦、第三巴伦和第四巴伦。

其具体结构如下：

一分四差分功率分配器的输入差分信号的同相输入端连接至第一威尔金森功分器的输入端，第一威尔金森功分器的第一输出端连接至第一巴伦的输入端，第一威尔金森功分器的第二输出端连接至第二巴伦的输入端。

一分四差分功率分配器的输入差分信号的反相输入端连接至第二威尔金森功分器的输入端，第二威尔金森功分器的第一输出端连接至第三巴伦的输入端，第二威尔金森功分器的第二输出端连接至第四巴伦的输入端。

第一巴伦、第二巴伦、第三巴伦和第四巴伦的输出端作为一分四差分功率分配器的输出端，用于输出差分信号。

在该实施例中，一分四差分功率分配器的输入输出信号为差分信号，能够实现无交叉的版图布局。由于本发明中一分四差分功率分配器中无源元件的走线无交叉，使得两个威尔金森功分器和四个巴伦均由顶层金属设计而成，这样，芯片的顶层金属厚度最小，信号衰减最弱。

在另一个实施例中，正交信号发生器为宽带差分结构。具体地，正交信号发生器包括第一传输线电感、第二传输线电感、第一电容、第二电容、第一电阻及第二电阻。

其具体结构如下：

正交信号发生器的第一输入端Vin+连接至第一传输线电感的第一端和第一电容的第一端，第一电容的第二端连接至第一电阻的第一端和正交信号发生器的第一输出端Voi+，第一传输电感的第二端连接至正交信号发生器的第三输出端Voq+。

正交信号发生器的第二输入端Vin-连接至第二传输线电感的第一端和第二电容的第一端，第二电容的第二端连接至第二电阻的第一端和正交信号发生器的第二输出端Voi-，第二电阻的第二端连接至正交信号发生器的第三输出端Voq+，第二传输电感的第二端连接至第一电阻的第二端和正交信号发生器的第四输出端Voq-。

正交信号发生器的第一输出端Voi+和正交信号发生器的第二输出端Voi-用于提供同相分量，正交信号发生器的第三输出端Voq+和正交信号发生器的第四输出端Voq-用于提供正交分量。

本发明实施例中的正交信号发生器与单端正交信号发生器相比，带宽更宽，负载寄生更小。

在又一个实施例中，低噪声放大器为分段式低噪声放大器。具体地，低噪声放大器包括初放大级、后放大级、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关和传输线。

其具体结构如下：

射频信号发送至初放大级的输入端，初放大级的输出端与第一单刀双掷开关的输入端连接，第一单刀双掷开关的第一输出端连接至后放大级的输入端，后放大级的输出端连接至第二单刀双掷开关的第一输入端，第一单刀双掷开关的第二输出端通过传输线连接至第二单刀双掷开关的第二输入端，第二单刀双掷开关的输出端为低噪声放大器的输出端。

在可选实施例中，第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关基于射频信号的大小进行开关模式的选择。例如，当射频信号小于第一阈值时，第一单刀双掷开关选择第一输出端，且第二单刀双掷开关选择第一输入端；当射频信号大于第二阈值时，第一单刀双掷开关选择第二输出端，且第二单刀双掷开关选择第二输入端。应理解的是，第一阈值小于或等于第二阈值。

本发明实施例中，两个单刀双掷开关根据输入信号的大小，来决定对后放大级是否采用。当输入信号较小时，两个单刀双掷开关掷于后放大级的位置，使得初放大级与后放大级同时工作，呈现最大的增益与最小的噪声系数；当输入信号较大时，两个单刀双掷开关掷于传输线的位置，使得后放大级不工作，信号被初放大级放大后经过传输线传给输出，呈现最大的输入P-1dB。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的高线性低噪声正交变频四通道接收机如图1所示。本振输入端连接至1分4差分功率分配器的输入端，1分4差分功率分配器的4个输出端分别连接至四个接收通道的驱动放大器的输入端。

在每个接收通道内，射频信号连接至低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端连接至正交混频器的一个输入端，驱动放大器的输出端连接至正交信号发生器的输入端，正交信号发生器的输出端连接至正交混频器的另一个输入端，正交混频器的输出端连接至低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接至可变增益放大器的输入端，可变增益放大器的输出端即为中频输出信号。

在一个实施例中，本发明的1分4功率分配器如图2所示。输入输出信号为差分信号，由两个威尔金森功分器和四个巴伦组成。输入差分信号两端为+端和-端，输入差分信号的+端连接威尔金森功分器1，威尔金森功分器1的两个输出端分别连接至巴伦1和巴伦2的输入端，巴伦1和巴伦2的四个输出端同相输出端为+端，反相输出端为-端，组成差分输出1和2。输入差分信号的-端连接威尔金森功分器2，威尔金森功分器2的两个输出端分别连接至巴伦3和巴伦4的输入端，巴伦3和巴伦4的四个输出端同相输出端为-端，反相输出端为+端，组成差分输出3和4。

由于本发明中无源元件的走线无交叉，使得两个威尔金森功分器和四个巴伦均由顶层金属设计而成，芯片的顶层金属厚度最厚，信号衰减最小。

在另一个实施例中，本发明的正交信号发生器如图3所示，采用宽带差分结构。具体地，输入差分信号为Vin+端和Vin-端，Vin+端同时连接至传输线电感TL1的一端及电容C1的一端，电容C1的另一端连接至输出端Voi+及电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接至输出Voq-及传输线电感TL2的一端。Vin-端同时连接至传输线电感TL2的另一端及电容C2的一端，电容C2的另一端连接至输出端Voi-及电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至输出Voq+及传输线电感TL1的另一端。

与单端正交信号发生器相比，本发明实施例的正交信号发生器带宽更宽，负载寄生影响更小。

在又一个实施例中，本发明的低噪声放大器如图4所示，采用分段式结构。输入信号连接至初放大级的输入端，初放大级的输出端连接至单刀双掷开关1的输入端，单刀双掷开关1的一个输出端连接至后放大级的输入端，另一个输出端连接至传输线的输入端，后放大级的输出端连接至单刀双掷开关2的一个输入端，传输线连接至单刀双掷开关2的另一个输入端，单刀双掷开关2的输出端为低噪放的输出端。

工作时，两个单刀双掷开关根据输入信号的大小，来决定对后放大级是否采用。当输入信号较小时，两个单刀双掷开关掷于后放大级的位置，使得初放大级与后放大级同时工作，呈现最大的增益与最小的噪声系数。当输入信号较大时，两个单刀双掷开关掷于传输线的位置，使得后放大级不工作，信号被初放大级放大后经过传输线传给输出，呈现最大的输入P-1dB。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。