一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机制造技术

本发明专利技术公开了一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，包括分离左右圆极化信号的90度耦合器、本振模块以及两个收发模块；所述本振模块用于将输入的参考频率信号进行移相、倍频、放大以及I/Q分裂，并将产生的正交本振信号发送至两个收发模块；每个收发模块包括发射部分和接收部分；每个收发模块能在发送模式和接收模式之间切换，所述本振模块同时向两个收发模块的发射部分、接收部分发送本振信号；所述90度耦合器包括两个输出端口和两输入端口；一个收发模块与一个90度耦合器的一输出端口连接。出端口连接。出端口连接。

【技术实现步骤摘要】
一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机


[0001]本专利技术属于通信
，尤其涉及一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机。

技术介绍

[0002]雷达探测和无线通信是射频收发机芯片的两种主要用途。两种用途的射频收发机芯片均具有一收一发两大功能：发射功能是指在给定的频率范围内，产生雷达或通信所需的电磁信号并经由天线向自由空间发射；接收功能是指将天线接收的电磁信号进行放大、变频、移相等操作，转换为低频基带模拟信号，用来送入模数转换器采样为数字信号。
[0003]雷达探测和无线通信两类收发机又具有诸多性能要求上的不同：对于雷达收发机来说，接收和发射必须同时开启。而发射的电磁信号功率往往比接收信号高80dB(即一亿倍)左右。因此，发射信号对于接收信号的干扰就是雷达收发机所面临的最大挑战。在雷达收发机中，为了解决这一问题，主要存在如下两种解决方案：
[0004]1.双天线方案
[0005]顾名思义，双天线方案就是将收发机的发射部分和接收部分在物理空间上隔开，使用隔离开的两个天线分别进行发射和接收。这一方案虽然具有较好的隔离性能，但相比发射和接收一体的单天线方案，考虑到两个天线需要保持一定的间距，其所需要的天线面积是单天线方案的两倍以上。
[0006]双天线方案的缺点在相控阵雷达中更加突出。通常，单一雷达收发机只能测量目标距离，以及目标远离或靠近自身的速度。要想判断目标的方位，雷达收发机往往采用相控阵工作方式，即将多个雷达收发机在一维直线上以一定间距排列，或者在二维平面上以网格排列。通过同一个信号到达阵列中不同雷达收发机的时刻不同，相控阵雷达可以测量目标的方位信息。目标方位的探测精度，往往和雷达收发机阵列天线所覆盖的面积(或者称为孔径)有关。孔径越大，对于目标的方位测量就越精确。使用双天线方案来组成相控阵雷达时，其发射天线和接收天线都只能占据全部天线孔径的一部分，相比同样孔径，但是每个天线都具有接收和发射功能的单天线雷达收发机相控阵，其方位探测能力更差。在给定的天线孔径下，双天线方案无法充分发挥应有的方位探测能力。
[0007]2.电平衡双工器
[0008]电平衡双工器(van Liempd,Barend,Benjamin Hershberg,Saneaki Ariumi,Kuba Raczk owski,Karl
‑
Frederik Bink,Udo Karthaus,and others,
‘
A+70
‑
DBm IIP3 Electrical
‑
Balance Duplexer for Highly Integrated Tunable Front
‑
Ends
’
,IEEE Transactions on Microwave Theo ry and Techniques,64.12(2016),4274
–
86)的基本原理是将发射的雷达信号一分为二，一部分流入平衡端电阻而被耗散掉，一部分流入天线并被发射出去，天线端和平衡端保持了对称；被天线发射的雷达信号碰到被探测物体之后反射回来，这一雷达回波又被天线接收。而平衡端显然不会接收到雷达回波，因此，天线端和平衡端因为天线的接收信号而产生了不对称的差值。在雷达的接收部分，通过芯片上的感
and RF Cancellation,”IEEE Journal of Solid
‑
State Circuits,vol.51,no.5,pp.1125
–
1140,May 2016,doi:10.1109/JSSC.2015.2507367.)用于发射的和接收的天线紧密排列在一起。按照馈线位置不同，两个天线发射或接收的是两个垂直极化方向上的电磁信号，因此其互相之间的干扰大大减小。然而，两个相同的收发机面对面进行通信时(T.Chi,J.S.Park,S.Li,and H.Wang,“AMillimeter
‑
Wave Polarization
‑
Division
‑
Duplex Transceiver Front
‑
End With an On
‑
Chip Multifeed Self
‑
Interference
‑
Canceling Antenna and an All
‑
Passive Reconfigurable Canceller,”IEEE Journal of Solid
‑
State Circuits,vol.53,no.12,pp.3628
–
3639,Dec.2018,doi:10.1109/JSSC.2018.2878823.),两个收发机互相之间的角度必须保持严格的90度。如此才能保证一个收发机的发射天线与另一个收发机的接收天线处于同一个朝向，发射天线发射的线极化通信信号能够被接收天线顺利地接收下来。这大大制约了该方案的实际场景。另一方面，大部分物体在被平面电磁波照射时，其反射的电磁波并不会改变其线极化方向，处于另一个线极化方向上的接收天线无法收到物体反射回来的电磁信号。因此，线极化方案无法应用于雷达用途。
[0016]综上所述，对于雷达收发机和通信收发机，目前没有既不增加额外损耗，又大幅降低发射信号对于接收模块的强烈干扰，同时进行发射和接收双向通信，且能够兼具雷达和通信双重功能的集成射频收发机芯片方案。

技术实现思路

[0017]本专利技术提供一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，目的是在不引入额外功率损耗、不需要接收与发射各自独立天线的要求下，既可用于雷达探测，又可用于全双工或时分双工通信的一种多模射频收发机。
[0018]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
[0019]一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，包括第一90度耦合器、本振模块以及两个收发模块；所述本振模块用于将输入的参考频率信号进行移相、倍频、放大以及I/Q分裂，并将产生的正交本振信号发送至两个收发模块；
[0020]每个收发模块包括发射部分和接收部分；每个收发模块在发送模式和接收模式之间切换，所述本振模块同时向两个收发模块的发射部分、接收部分发送本振信号；
[0021]所述第一90度耦合器包括两个输出端口和两输入端口，两个收发模块分别与第一90度耦合器的输出端口连接。
[0022]进一步地，所述本振模块包括第一功率放大器、与第一功率放大器连接的第一四倍频器以及与第一四倍频器连接的两条放大路线。
[0023]进一步地，所述两条放大路线均包括依次连接的移相器、第二功率放大器、第二四倍频器、第三功率放大器；所述第一四倍频器的输出端分别与每条放大路线的移相器连接，每条放大路线的第三功率放大器分别与各自放大线路的第二90度耦合器连接。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，包括第一90度耦合器、本振模块以及两个收发模块；所述本振模块用于将输入的参考频率信号进行移相、倍频、放大以及I/Q分裂，并将产生的正交本振信号发送至两个收发模块；每个收发模块包括发射部分和接收部分；每个收发模块在发送模式和接收模式之间切换，所述本振模块同时向两个收发模块的发射部分、接收部分发送本振信号；所述第一90度耦合器包括两个输出端口和两输入端口，两个收发模块分别与第一90度耦合器的输出端口连接。2.根据权利要求1所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，所述本振模块包括第一功率放大器、与第一功率放大器连接的第一四倍频器以及与第一四倍频器连接的两条放大路线。3.根据权利要求2所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，所述两条放大路线均包括依次连接的移相器、第二功率放大器、第二四倍频器、第三功率放大器；所述第一四倍频器的输出端分别与每条放大路线的移相器连接，每条放大路线的第三功率放大器分别与各自放大线路的第二90度耦合器连接。4.根据权利要求3所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，90度耦合器包括两条金属和四个端口；两条金属以设置的间距并行，并在四分之一波长的距离形成耦合线，耦合线的中部交叉，以相互交换走线方向；耦合线的磁场和电场相互耦合；两条金属以设置的间距并行四分之一波长的距离形成耦合线，并在耦合线的中部交叉，以相互交换走线方向；耦合线的磁场和电场相互耦合。5.根据权利要求4所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，当信号进入90度耦合器的第一端口时，信号将从90度耦合器的第二端口和第三端口输出，第二端口和第三端口输出信号幅度相同，第三端口输出信号相比第二端口滞后90度，第四端口没有信号输出；将第二端口和第三端口接入圆极化天线的两组馈线时，第一端口输入的信号将经过第二端口、第三端口并使得圆极化天线辐射左旋极化电磁波；当信号由90度耦合器的第四端口输入耦合器时，信号从第二端口和第三端口以等幅度输出，此时第二端口相比第三端口的相位滞后90度，在第一端口上没有信号输出，且接入圆极化天线后辐射的将为右旋极化电磁波。6.根据权利要求1所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，发射部分包括上变频器和射频功率放大器；接收部分包括低噪声放大器和下变频器；所述本振模块将输入的参考频率信号进行16倍频、移相、放大、I/Q两路分裂，同时向两个收发模块分别输出本振或雷达信号；当收发模块处于雷达发射模式时，将从本振模块接收到的雷达信号经过射频功率放大器输出至对应的第一90度耦合器端口；当收发模块处于通信发射模式时，从本振模块接受的本振信号与输入的I、Q两路差分输入数据信号通过上变频器混频，形成射频通信信号，再经射频功率放大器输出至对应的第一90度耦合器端口；当收发模块处于雷达或通信接收时，从对应的第一90度耦合器端口接收到的射频接收信号经过低噪声放大器放大后送入下变频器，同时与从本振模块收到的本振或雷达信号混
频，形成I、Q两路基带输出信号。7.根据权利要求1～6任一项所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，根据用途可切换为两种雷达模式、两种全双工通信模式以及两种时分双工通信模式。8.根据权利要求7所述的一种具有雷达和通信功能的多模式圆极化射频收发机，其特征在于，雷达模式1：向本振模块输入低频参考雷达扫频信号，该信号通过本振模块的倍频与放大形成雷达发射信号；关闭两个收发模块的基带信号输入，将接入第一90度耦合器的第一端口的第一收发模块切换为发射模式，接入第四端口的第二收发模块切换为接收模式；本振模块向接入第...

【专利技术属性】
技术研发人员：易翔，杨毓昕，车文荃，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：