一种多波束多通道一体化接收组件
阅读说明：本技术 一种多波束多通道一体化接收组件 (Multi-beam multi-channel integrated receiving assembly ) 是由 付浩 齐伟伟 祝大龙 刘德喜 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种多波束多通道一体化接收组件,该接收组件包括M个N路合成器、N个单路接收模块,M、N为大于等于1的整数；每个单路接收模块,接收左旋或右旋极化信号,对左旋或右旋极化信号进行耦合、滤波,再根据左、右旋开关控制信号,选通滤波后的左旋或右旋极化信号放大,并进入1分M分路器,分成M路,根据移相控制信号、衰减控制信号,对每一路信号进行移相、衰减处理,得到M路单通道接收波束信号,将每一路单通道接收波束信号分别送到M个N路合成器中；每个N路合成器,对N个单路接收模块发送的单通道接收波束信号合成,得到合成接收波束。本发明解决了传统接收组件体积较大、集成度不高、可重构性差且难形成多波束接收的问题。(The invention relates to a multi-beam multi-channel integrated receiving component, which comprises M N paths of synthesizers and N single-path receiving modules, wherein M, N is an integer greater than or equal to 1; each single-path receiving module receives a left-handed or right-handed polarization signal, couples and filters the left-handed or right-handed polarization signal, gates the amplification of the filtered left-handed or right-handed polarization signal according to a left-handed or right-handed switch control signal, enters a 1-division M splitter, is divided into M paths, performs phase shifting and attenuation processing on each path of signal according to a phase shifting control signal and an attenuation control signal to obtain M paths of single-channel receiving beam signals, and respectively sends each path of single-channel receiving beam signal to M N paths of synthesizers; and each N-path synthesizer synthesizes the single-channel receiving beam signals sent by the N single-path receiving modules to obtain synthesized receiving beams. The invention solves the problems that the traditional receiving component has larger volume, low integration level, poor reconfigurability and difficult formation of multi-beam receiving.)
技术领域
本发明涉及一种多波束多通道一体化接收组件，该组件适用于大型多波束有源相控阵，特别是针对X频段多功能全空域、多目标测控通信系统，属于微波毫米波通讯技术领域。
背景技术
目前，我国大多军用卫星下行应用数据传输主要采用高速数传体制。为满足对多目标同时测控的需求，采用相控阵通信系统同时形成多个电扫波束，为全空域多目标同时提供测控。在一套完善的相控阵通信系统中，需要有几十至几万个接收组件，具有滤波、放大、移相和衰减等功能，主要完成对来波信号的低噪声放大接收。接收组件在有源相控阵系统中直接影响着整个系统对来波的接收处理能力，处于核心关键地位，发挥着重要作用。
现有的有源相控阵系统应用十分广泛，其接收组件分立器件体积大、匹配电路多、结构复杂、模块集成度不高、后端网络庞大、可重构性差、相位幅度控制不够灵活、难形成多波束接收成为影响其目前应用发展的关键因素。
发明内容
本发明的技术解决问题是：针对克服现有技术的不足，提供了一种多波束多通道一体化接收组件，在紧凑的结构中，灵活接收相控阵雷达多路来波信号。
本发明的技术解决方案是：一种多波束多通道一体化接收组件，该接收组件包括M个N路合成器、N个单路接收模块，M、N为大于等于1的整数；
每个单路接收模块，对左旋天线接收的左旋极化信号和右旋天线接收的右旋极化信号，分别进行耦合、滤波，再根据左、右旋开关控制信号，选通滤波后的左旋或右旋极化信号经过两级放大处理，将放大后的信号分成M路，并根据移相控制信号、衰减控制信号，对每一路放大后的信号进行移相、衰减处理，得到M路单通道接收波束信号，将M路单通道接收波束信号分别送至M个N路合成器中；
每个N路合成器，对N个单路接收模块发送的单通道接收波束信号合路，输出合路接收波束。
所述单路接收模块包括第一耦合器、第二耦合器、第一滤波器、第二滤波器、旋向选择开关、第一低噪放大器、第二低噪放大器、1分M分路器、多路数控移相衰减器；
左旋天线接收的左旋极化信号依次经过第一耦合器、第一滤波器进行耦合、滤波处理之后，传输至旋向选择开关；
右旋天线接收的右旋极化信号依次经过第二耦合器、第二滤波器进行耦合、滤波处理之后，传输至旋向选择开关；
旋向选择开关根据左、右旋开关控制信号，选通滤波后的左旋或右旋极化信号依次经过第一低噪放大器、第二低噪放大器，进行两级放大之后进入1分M分路器分成M路送至多路数控移相衰减器；
多路数控移相衰减器，根据外部输入的移相控制信号和衰减控制信号，对每一路信号进行移相、衰减处理，得到M路单通道接收波束信号输出。
所述多路数控移相衰减器包括M路独立的移相衰减通道，每个移相衰减通道包括开关、可控移相器和可控衰减器，每一路放大后的信号经过开关选通后进入可控衰减器进行衰减、再经过可控移相器移相并输出。
所述可控移相器至少为6位、可控衰减器至少为6位。
所述多波束多通道一体化接收组件还包括N路校准功分器，N路校准功分器将外部输入的校准信号分成N路，分别发送给N个单路接收模块，每个单路接收模块还包括1分2分路器，改1分2分路器将校准信号分成两路分别输入至第一耦合器和第二耦合器，用于校准每一路单通道接收波束信号的相位和幅度。
所述多波束多通道一体化接收组件还包括数字控制单元，所述左、右旋开关控制信号、移相控制信号、衰减控制信号由数字控制单元根据外部输入的波控码解析得到。
所述N路校准功分器、M个N路合成器、N个单路接收模块、数字控制单元集成在同一块多层介质基板上，N个单路接收模块分布在多层介质基板的顶层、N路校准功分器分布在中间任一层介质基板、M个N路合成器分布在中间任m层介质基板、数字控制单元分布在中间任n层介质基板；包含射频信号的任意两层介质基板之间增加地层，m、n大于等于1。
所述介质基板选用罗杰斯4350B介质基板。
所述多层介质基板的顶层上设有金属隔腔，将每个单路接收模块进行隔离。
每个单路接收模块通过金属隔腔分成两个区域，第一区域内包含第一耦合器、第二耦合器、第一滤波器、第二滤波器、旋向选择开关、第一低噪放大器；第二区域内包含第二低噪放大器、1分M分路器、多路数控移相衰减器。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、本发明采用多个单路接收模块将左、右旋极化信号进行多路可控移相、衰减处理，再进行多路合成处理，形成多个独立的接收波束，可以同时对空域多个目标进行数据信号接收处理；
(2)、本发明采用功能模块芯片来完成耦合、滤波、放大、移相、衰减等功能，实现组件的高性能、小型化。
(3)、本发明单路接收模块对信号进行两级低噪声放大处理，增加组件散热效率，同时有效解决了高密度电路集成电磁兼容问题；
(4)、本发明采用6位数字移相器、6位衰减器，最小移相精度为5.625°，最小衰减精度为0.5dB，大大提高了波束指向精度；
(5)、本发明采用多路独立接收链路设计，通过可控开关进行左旋或者右旋选择，可同时形成相互独立的多路左右旋任意选择多波束信号，使得整个相控阵系统更加灵活；
(6)、本发明采用多层射频链路上下互联、数字控制信号与射频链路隔离、多路射频信号处理与后端合路网络一体化设计等措施，实现了多通道组件的小型化。
(6)、本发明采用金属隔腔设计，通过在组件内部放置铝合金隔腔实现N路信号的空间隔离，每一路又将耦合器、滤波器、第一低噪放大器与第二低噪放大器、1分M分路器、数控衰减移相器进行空间腔体隔离，有效的解决了多通道、多芯片复杂电磁环境下的电磁兼容问题，提高了组件的可行性及可靠性。
(7)、本发明采用罗杰斯4350B介质基板，通过4450F作为微波半固化片粘合，较现在常见的多层复杂组件结构常用的陶瓷介质及LTCC、HTCC工艺，在不牺牲性能、可靠性的同时，进一步降低了组件成本。
(8)、本发明采用一体化、规范标准化设计，接收组件调试量小、一致性高，射频输入输出、视频插座选用SMP、J30J等结构紧凑、可重复性强的连接器，作为标准模块组件使得相控阵系统设计更加灵活。
附图说明
图1为本发明接收组件原理示意框图；
图2为本发明接收组件单路接收原理示意图；
图3为本发明接收组件模块结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种多波束多通道一体化接收组件的具体实施例，该接收组件可作为有源相控阵天线的标准配置，解决传统接收组件体积较大、集成度不高且可重构性差的问题。该组件工作频段为X频段，带宽1.5GHz，包括8个单通道接收模块、4个8路合成器、8路校准功分器、数字控制单元。
每个单路接收模块，对左旋天线接收的左旋极化信号和右旋天线接收的右旋极化信号，分别进行耦合、滤波，再根据左、右旋开关控制信号，选通滤波后的左旋或右旋极化信号经过两级放大处理，将放大后的信号分成4路，并根据移相控制信号、衰减控制信号，对每一路放大后的信号进行移相、衰减处理，得到4路单通道接收波束信号，将4路单通道接收波束信号分别送到4个8路合成器中；
每个8路合成器，对8个单路接收模块发送的单通道接收波束信号合路，得到4路合路接收波束。
8路校准功分器，将外部输入的校准信号分成8路发送给8个单路接收模块，每个单路接收模块还包括1分2分路器，该1分2分路器将校准信号分成两路分别输入至第一耦合器和第二耦合器，用于校准每一路单通道接收波束信号的相位和幅度。
数字控制单元，根据外部输入的波控码解析得到左、右旋开关控制信号、移相控制信号、衰减控制信号对整个组件的开关及可控移相衰减器进行控制。
如图2所示，所述单路接收模块包括第一耦合器、第二耦合器、第一滤波器、第二滤波器、旋向选择开关、第一低噪放大器、第二低噪放大器、1分4分路器、多路数控移相衰减器；
左旋天线接收的左旋极化信号依次经过第一耦合器、第一滤波器进行耦合、滤波处理之后，传输至旋向选择开关；
右旋天线接收的右旋极化信号依次经过第二耦合器、第二滤波器进行耦合、滤波处理之后，传输至旋向选择开关；
旋向选择开关根据外部输入的左、右旋开关控制信号，选通滤波后的左旋或右旋极化信号依次经过第一低噪放大器、第二低噪放大器，进行两级放大之后进入1分4分路器分成4路送至多路数控移相衰减器，根据外部输入的移相控制信号和衰减控制信号，对每一路信号进行移相、衰减处理，得到4路单通道接收波束信号输出。
多路数控移相衰减器包括4路独立的移相衰减通道，每个移相衰减通道包括开关、可控移相器和可控衰减器，该组件中为实现整个组件的一体化集成，将两路开关、可控移相器和可控衰减器集成在同一芯片内，每一路放大后的经过开关选通后进入可控衰减器进行衰减、再经过可控移相器移相并输出。所述可控移相器至少为6位、可控衰减器至少为6位。
本发明采用8路独立接收链路设计，每条接收链路通过旋向选择开关进行左右旋旋向选择，全阵同时可形成相互独立的8路左右旋任意选择多波束，使得整个相控阵系统更加灵活。
本实施例中，所述第一滤波器和第二滤波器带内插损低于0.8dB，所述合路低噪声放大器增益高于27dB，噪声系数低于0.6dB，单路接收模块带外抑制高达75dB，数控移相衰减器中移相位数为6位，精度小于等于±2°，衰减位数为6位，衰减精度小于等于±0.3dB，组件的接收链路噪声系数低于3dB，大大提高了接收灵敏度和波束控制灵活性。
所述介质基板选用罗杰斯4350B作为多层介质基板，通过4450F作为微波半固化片粘合，较现在常见的多层复杂组件结构常用的陶瓷介质及LTCC、HTCC工艺，在不牺牲性能、可靠性的同时，进一步降低了组件成本。N路校准功分器、M个N路合成器、N个单路接收模块、数字控制单元集成在同一块多层介质基板上，N个单路接收模块分布在多层介质基板的顶层、N路校准功分器分布在中间任一层介质基板、M个N路合成器分布在中间任m层介质基板、数字控制单元分布在中间任n层介质基板；包含射频信号的任意两层介质基板之间增加地层，m、n大于等于1。采用多层射频链路上下互联、数字控制信号与射频链路隔离、多路射频信号处理与后端合路网络一体化设计等措施，实现了多通道组件的小型化。
本实施例中，8路校准功分器、4个8路合成器、8个单路接收模块、数字控制单元集成在同一块13层介质基板上，8个单路接收模块位于多层介质基板的顶层、数字控制单元位于介质基板第3～6层，8路校准功分器位于介质基板第8层，4个8路合成器分布在介质基板第10层、12层，第2层、7层、9层、11层和13层为射频地层。
为了有效的解决了多通道、多模块复杂电磁环境下的电磁兼容问题，提高组件的可行性及可靠性，采用密度小、重量轻的金属隔腔，对多层介质基板的顶层采用金属隔腔将每个单路接收模块进行隔离。所述金属隔腔采用铝合金、铜或者镀有导电层的钢板制成。同时为了避免低噪放大器等敏感模块相互之间产生串扰自激，每个单路接收模块又通过金属隔腔分成两个区域，第一区域内包含第一耦合器、第二耦合器、第一滤波器、第二滤波器、旋向选择开关、第一低噪放大器；第二区域内包含第二低噪放大器、1分4分路器、多路数控移相衰减器。
如图3所示，所述接收组件体积仅为130mm×66mm×11mm，可作为有源相控阵天线的标准配置，射频输入输出接口为SMP射频接插件，SMP射频接插件为超小型盲配射频连接器，选用SMP射频接插件可实现高频率使用、模块间的快速连接等功能，具有抗振性强、允许在轴向和径向上有一定的失配量等优点。；数字控制单元的输入端低频接口采用J30J接插件，结构紧凑、可重复性强，使得相控阵雷达组阵更加灵活，系统小型化、便捷化安装拆卸、适用范围更广。
所述8通道接收组件包含合路网络体积仅为130mm×66mm×11mm，实现了在X频段带宽1.5GHz，可同时接收≥4个波束信息，噪声系数≤3.0dB，接收增益≥25.8dB，相位RMS≤3.0°，衰减RMS≤0.4dB，左、右旋圆极化可选的接收组件，可将X频段由天线接收下来的信号进行滤波、放大、移相、衰减功能，并送入合成网络形成4个波束信号，供后端进行数据处理。射频接口为SMP接口，视频接口为J30J-21ZK，采用盲插合方式与系统进行安装，达到了系统小型化、便捷化安装拆卸等优势，可以应用于多种相控阵系统。
本发明采用一体化、规范标准化设计，接收组件调试量小、一致性高，可以有效降低研制时间，可大规模、流水线生产，为大批量、高可靠性产品的交付提供有力保障，作为标准模块组件使得相控阵系统设计更加灵活。
本发明中未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。