CN101540616B - 一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机 - Google Patents

Abstract

一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，壳体为长方体结构，其上下表面均留有凹陷的屏蔽槽，壳体上表面外侧按逆时针顺序依次布置频率源、第一隔离器、微波调制器、激励放大器、带通滤波器、固态功率放大器、第二隔离器，编码电路位于壳体上表面中央单独屏蔽槽内，频率源和第一隔离器置于同一屏蔽槽，微波调制器和激励放大器置于同一屏蔽槽，上述三个屏蔽槽的屏蔽盖为第一机箱顶部盖板，功率放大器和第二隔离器置于同一屏蔽槽，屏蔽盖为第二机箱顶部盖板，输出滤波器位于固态功率放大器上方并固定在第二机箱顶部盖板上方。38芯电连接器安装在壳体侧壁上。壳体的下表面放置电源电路。本发明数传发射机体积小、重量轻，电磁兼容性强、拆卸方便。

Description

一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机

技术领域

本发明属于微波通信领域，涉及一种星载数传发射机。

背景技术

随着卫星通信技术的发展，对星载通信设备研制技术的要求也不断提高，如微小卫星或深空通信设备，对星载设备的体积、重量、功耗的要求越来越严。

数传发射机是一种重要的星载通信设备，其主要任务是当卫星经过地面接收站一定可视弧段时，将有效载荷观测到的图像数据或科学数据及工程遥测参数通过其天线系统发回地面。目前在轨卫星常用的数传发射机多采用中频调制方案，即将输入的基带数字信号经过信号处理后首先调制在中频上，经过中频调制、中频滤波、中频放大等中频处理环节后再上变频至微波波段，而再经过上变频后的滤波、射频功率放大、射频滤波等环节后送至数传天线。可见中频调制方案环节较多，很难实现设备的轻、小型化，另外由于中频调制方案中数据首先被调制在较低的中频频段，所以很难实现高码速率的数据传输。

随着卫星通信技术的发展，对星载通信设备也提出了更高的要求，如小卫星或深空通信设备，对星载设备的体积、重量、功耗的要求越来越严，另外随着对地观测卫星技术的逐步发展，对数传系统的高速传输能力也提出了更高的要求。因此研制一种采用微波直接调制技术方案的星载高速数传发射机是必需的，即舍去中频调制环节，采用将基带信号直接调制在微波载波上的一种调制技术，可实现高码速率的数据传输，同时由于简化了中频环节相关的单元电路，提高了设备的集成度和可靠性，可以实现数传发射机设备的轻、小型化。

目前采用微波直接调制技术的数传发射机在结构上常采用多层结构，层与层在结构上是分离的，彼此之间相互嵌套，通过螺钉固定在一起，通过插座进行电性能连接。同时为了满足数传发射机的电磁兼容性能，要求多层之间连接紧密，无泄漏，因此对机箱连接结构加工精度要求较高，加工工艺复杂，生产周期长。另外，多层结构装配拆卸工序多，连接复杂，特别是整机装配后，如对某层局部电路进行调试，需要拆卸此层之上的所有结构，如此产生的装拆工作量很大，不方便调试，降低了设备的可靠性。在机箱结构强度、刚度、空间抗辐照环境等诸多条件限制下，多层结构难以实现设备的轻、小型化。所以采用多层结构微波直接调制技术的数传发射机虽然比采用中频调制方案的数传发射机在体积及重量上已大大减小，但是仍无法满足当前小卫星对数传发射机轻、小型化的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种体积小、重量轻，电磁兼容性强、拆卸方便的采用微波直接调制技术的星载数传发射机。

本发明的技术解决方案是：一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，主框架由第一机箱顶部盖板、第二机箱顶部盖板、机壳壳体、机箱底部盖板组成，机壳壳体为长方体结构，其上下表面均留有凹陷的屏蔽槽，机壳壳体的上表面外侧按照逆时针顺序依次布置频率源，第一隔离器、微波调制器、激励放大器、带通滤波器、固态功率放大器、第二隔离器，编码电路位于机壳壳体上表面中央的一个屏蔽槽内并紧挨微波调制器且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板，频率源和第一隔离器放置在同一屏蔽槽内且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板，微波调制器和激励放大器放置在同一个屏蔽槽内且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板，功率放大器和第二隔离器放置在同一个屏蔽槽内且屏蔽盖为第二机箱顶部盖板，输出滤波器位于固态功率放大器上方并固定在第二机箱顶部盖板的上方；38芯电连接器安装在机壳壳体上与上表面和下表面垂直的侧壁上；机壳壳体的下表面放置电源电路，电源电路中的电源控制电路位于机壳壳体下表面的一侧，机壳壳体下表面的中间从下到上依次布置电源输入滤波电路、第二DC/DC变换器、±5v输出滤波电路，机壳壳体下表面的另一侧从下到上依次布置第一DC/DC变换器和+10v输出滤波电路，电源输入滤波电路、第一DC/DC变换器、+10v输出滤波电路、第二DC/DC变换器、±5v输出滤波电路及电源控制电路分别放置在单独的屏蔽槽内且屏蔽盖为机箱底部盖板，所述功率放大器的底板与机箱底部盖板在同一平面上；SMA射频连接器与输出滤波器的输出端相连。

所述机壳壳体的四个边角处分别设置有安装凸耳，安装凸耳上留有用于将数传发射机固定在卫星上的安装孔。

所述的第一隔离器的输出端与微波调制器的射频输入端之间、带通滤波器的输出端与固态功率放大器的输入端之间、第二隔离器的输出端与输出滤波器的输入端之间均采用半钢电缆连接。所述的连接第二隔离器的输出端与输出滤波器的输入端的半钢电缆通过卡子固定在第一机箱顶部盖板上。

所述的激励放大器的输出端和带通滤波器的输入端之间通过射频连接器直接连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用了单层结构，极大的减小了发射机的体积，特别是减小了发射机的高度；

(2)本发明采用双面开屏蔽槽的设计方案，极大的减小了发射机的重量，且机箱里各模块装配、拆卸方便，易于操作；

(3)本发明采用一体化机构，机箱整体强度、刚度高，能够承受运载发射时严酷的力学环境；

(4)本发明在多处设置调试端口和检修点，且各调试端口之间用半钢电缆连接，数传发射机调试方便；

(5)本发明各模块之间均有屏蔽墙隔离，屏蔽隔离特性好，数传发射机具有优秀的电磁兼容性能。

附图说明

图1为本发明星载数传发射机的功能组成及工作原理图；

图2为本发明星载数传发射机的立体图；

图3是本发明星载数传发射机的俯视图；

图4是本发明星载数传发射机的仰视图；

图5是本发明星载数传发射机的俯视内部结构图；

图6是本发明星载数传发射机的仰视内部结构图；

其中1为第一机箱顶部盖板、2为第二机箱顶部盖板、3为安装凸耳、4为安装孔、5为机壳壳体、6为机箱底部盖板、7为38芯电连接器、8为电源输入滤波电路、9为第一DC/DC变换器、10为+10v输出滤波电路、11为第二DC/DC变换器、12为±5v输出滤波电路、13为电源控制电路、14为编码电路、15为频率源、16为第一隔离器、17为第一半钢电缆、181为微波调制器、182为激励放大器、19为带通滤波器、20为第二半钢电缆、21为固态功率放大器、22为第二隔离器、23为第三半钢电缆、24为输出滤波器、25为SMA射频连接器。

具体实施方式

如图1所示，为本发明星载数传发射机的功能组成及工作原理图，包括电源电路、编码电路14、频率源15、第一隔离器16、微波调制器181、激励放大器182、带通滤波器19、固态功率放大器21、第二隔离器22、输出滤波器24及各部分之间的接插件、连接线缆。该数传发射机的工作原理如下：输入的基带数字信号经编码电路14整形和DQPSK编码后送至微波调制器181的数据输入端，频率源15产生的射频载波信号经第一隔离器16隔离后直接送往微波调制器181的射频输入端。在微波调制器181的内部，经整形差分编码后的基带数字信号对射频载波信号直接进行数字相位调制，被调制的微波信号送入激励放大器182及带通滤波器19，二者分别对调制后的微波信号进行放大和滤波，然后将信号送入固态功率放大器21进行功率放大，而后经第二隔离器22送至输出滤波器24进一步滤除带外频谱，对旁瓣进行更好的抑制，以使发射机可以和其余星上设备特别是测控应答机良好兼容工作，最后经馈线送至天线发送回地面接收站。

具体来说，数传发射机中各部件的主要功能及实现方式如下：

编码电路14对接收到的数据进行整形、DQPSK编码；同时产生时钟信号，一路进行编码，另一路送至星上计算机用来同步解码；

频率源15采用锁相倍频的方案，产生S波段本振信号源；

微波调制器181实现微波直接调制，其插入损耗为8dB；

激励放大器182用来放大已调信号以满足功率放大器输入电平的需要；

带通滤波器19为介质带通滤波器；

固态功率放大器21产生5.57W的饱和输出功率；

输出滤波器24为三阶腔体滤波器；

第一隔离器16、第二隔离器22为微带型隔离器，正向插入损耗≤0.4dB，反向隔离≥20dB，承受功率≥10W。

电源电路为数传发射机的各组成部分提供所需电源。电源电路又包括电源输入滤波电路8、第一DC/DC变换器9、+10v输出滤波电路10、第二DC/DC变换器11、±5v输出滤波电路12及电源控制电路13。电源控制电路13又包括保险丝冗余电路、加电顺序电路和电源遥测电路，其中保险丝冗余电路对卫星母线电源进行短路保护，加电顺序电路是将+10v和-5v进行加电顺序控制后供电给固态功率放大器21，电源遥测电路将电源遥测数据输出。

数传发射机与星上其他设备的接口为38芯电连接器7及SMA射频连接器25。38芯电连接器7的主要功能包括：有效载荷配电器+28V电源输入、有效载荷配电器遥控指令输入、基带数字信号输入、遥测数据输出至卫星遥测、时钟输出至有效载荷等。具体来说，由38芯电连接器7输入的+28v电源经电源控制电路13中的保险丝冗余电路后送至电源输入滤波电路8进行输入电源滤波，滤波后的+28v电源分为两路：一路送至第一DC/DC变换器9进行电源变换至+10v电压，而后通过+10v输出滤波电路10滤波后为电源控制电路13、频率源电路15、激励放大器182供电；另一路送至第二DC/DC变换器11进行电源变换至±5v电压，而后通过±5v输出滤波电路12滤波后，-5v电压送至电源控制电路13，+5v电压送至编码电路14。另外，两路基带数字信号由38芯电连接器7输入至编码电路14，编码电路14同时将本地时钟经38芯电连接器7提供给星上计算机。SMA射频连接器25是连接数传发射机及数传天线的电连接器，其功能是将数传发射机送出的调制信号传送给数传天线，进而发回地面接收站。

如图2、图3、图4所示，本发明为一体化结构，采用了单层结构、双面开屏蔽槽的方式。其主框架由第一机箱顶部盖板1、第二机箱顶部盖板2、机壳壳体5、机箱底部盖板6组成，各组成部分均采用航天轻型铝合金材料制造。其中机壳壳体5基本形状为长方体，其上下表面均开有凹陷的屏蔽槽，其底部由机箱底部盖板6进行密封，其顶部由第一机箱顶部盖板1和第二机箱顶部盖板2共同来密封。

机壳壳体5上共有四个安装凸耳3，为便于提供设备的强度和刚度，四个安装凸耳3布置在设备安装面上的四个边角处，主要用于设备与卫星的连接。凸耳3上有安装孔4，螺钉穿过此安装孔4将设备固定在卫星安装面上。

机壳壳体5的上表面固定安装编码电路14、频率源15、第一隔离器16、微波调制器181、激励放大器182，且以上各部分的屏蔽盖共用第一机箱顶部盖板1。其中频率源15和第一隔离器16放置在同一个屏蔽槽内，微波调制器181和激励放大器182放置在同一个屏蔽槽内。机壳壳体5的上表面还固定安装固态功率放大器21和第二隔离器22，两者放置在同一个屏蔽槽内，屏蔽盖为第二机箱顶部盖板2。带通滤波器19也放置在机壳壳体5的上表面，连接激励放大器182和固态功率放大器21，由两个螺钉固定在机壳壳体5上。输出滤波器24为三阶腔体滤波器，放置于固态功率放大器21之上，其底部通过螺钉与第二机箱顶部盖板2固定。

如图5所示，机壳壳体5的上表面各部件布局如下：按照信号的传输方向，频率源15，第一隔离器16、微波调制器181、激励放大器182，带通滤波器19，固态功率放大器21、第二隔离器22按照逆时针顺序放置在机壳壳体5上表面的外侧，为了更方便、准确的在整机调试过程中查找问题，在频率源15的输出端、微波调制器181的输入端，激励放大器182的输出端、带通滤波器19的输入端和输出端、固态功率放大器21的输入端和输出端设置了检修、调试点，而将这些电路模块放置于外侧，便可以方便的和测试设备连接，便于调试。另外由于固态功率放大器21为大功率电路模块，对散热特性具有较高的要求，故其底板即为安装面，即其背面并未开屏蔽槽放置其它电路模块，因此在机箱底部盖板6上留出其底板所占的面积，可以将热量通过安装面直接导到卫星壳体。编码电路14放置在机壳壳体5上表面的中间位置，紧挨在微波调制器181的右侧，这样便于用较短的距离把编码电路14中的数字基带数字信号送入微波调制器181的数字信号输入端，以减少远程干扰和信号衰减。SMA射频连接器25为输出滤波器24的输出端，是数传发射机和数传天线的连接接口，将输出滤波器24布局在最右端，方便其输出端口SMA射频连接器25与数传天线的连接。为了节省高度，将输出滤波器24放置于固态功率放大器电路21之上，其底部通过螺钉与第二机箱顶部盖板2固定。

机壳壳体5上表面各电路间的连接关系如下：频率源电路15的输出经微带线连接至第一隔离器16的输入端，第一半钢电缆17用来连接第一隔离器16的输出及微波调制器181的射频输入端，编码电路14输出的基带数字信号通过在机壳壳体上打孔用电线送至微波调制器181的数字信号输入端，激励放大器182的输出端和带通滤波器19的输入端之间通过SMA头直接连接(激励放大器182的输出端为SMA阳头，带通滤波器19的输入端为SMA阴头)，第二半钢电缆20用来连接带通滤波器19的输出及固态功率放大器21的输入端，固态功率放大器电路21的输出经微带线连接至第二隔离器22的输入端，第三半钢电缆23连接第二隔离器22的输出端和输出滤波器24的输入端口，且第三半钢电缆23通过卡子固定在第一机箱顶部盖板1上，以保证在力学试验过程中的可靠性。

如图6所示，机壳壳体5的侧壁固定安装38芯电连接器7，下表面固定安装电源电路的各组成部件，38芯电连接器7安装在机壳壳体5上与上、下表面均垂直的壳体侧壁上，电源电路包括电源输入滤波电路8、第一DC/DC变换器9、+10v输出滤波电路10、第二DC/DC变换器11、±5v输出滤波电路12及电源控制电路13，屏蔽盖为机箱底部盖板6。以上各电路均放置在单独的屏蔽槽内，且按照+28v输入电压的主要走向进行各屏蔽槽的布局。其中电源控制电路13中的保险丝冗余电路是对输入的+28v电压第一步处理，且其电源遥测电路需将遥测参数通过38芯电连接器7输出至卫星遥测，故电源控制电路13放置在机壳壳体5的下表面边缘靠近38芯电连接器7的位置。紧邻在电源控制电路13右侧的是电源输入滤波电路8，其作用是对电源控制电路13中经过保险丝冗余电路的+28v电压进行输入滤波，第一DC/DC变换器9及第二DC/DC变换器11的功能是对经过输入滤波的+28v电压进行电压变换，故围绕在电源输入滤波电路8的周围，其中第一DC/DC变换器9布置在电源输入滤波电路8的右侧，第二DC/DC变换器11布置在电源输入滤波电路8的上方，+10v输出滤波电路10在第一DC/DC变换器9的正上方，对第一DC/DC变换器9输出的+10v电压进行输出滤波，±5v输出滤波电路12在第二DC/DC变换器11的正上方，对第二DC/DC变换器11输出的±5v电压进行输出滤波。上述下表面安装的模块之间均采用电线连接的方式。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，其特征在于：主框架由第一机箱顶部盖板(1)、第二机箱顶部盖板(2)、机壳壳体(5)、机箱底部盖板(6)组成，机壳壳体(5)为长方体结构，其上下表面均留有凹陷的屏蔽槽，机壳壳体(5)的上表面外侧按照逆时针顺序依次布置频率源(15)，第一隔离器(16)、微波调制器(181)、激励放大器(182)、带通滤波器(19)、固态功率放大器(21)、第二隔离器(22)，编码电路(14)位于机壳壳体(5)上表面中央的一个屏蔽槽内并紧挨微波调制器(181)且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板(1)，频率源(15)和第一隔离器(16)放置在同一屏蔽槽内且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板(1)，微波调制器(181)和激励放大器(182)放置在同一个屏蔽槽内且屏蔽盖为第一机箱顶部盖板(1)，功率放大器(21)和第二隔离器(22)放置在同一个屏蔽槽内且屏蔽盖为第二机箱顶部盖板(2)，输出滤波器(24)位于固态功率放大器(21)上方并固定在第二机箱顶部盖板(2)的上方；38芯电连接器(7)安装在机壳壳体(5)上与上表面和下表面垂直的侧壁上；机壳壳体(5)的下表面放置电源电路，电源电路中的电源控制电路(13)位于机壳壳体(5)下表面的一侧，机壳壳体(5)下表面的中间从下到上依次布置电源输入滤波电路(8)、第二DC/DC变换器(11)、±5v输出滤波电路(12)，机壳壳体(5)下表面的另一侧从下到上依次布置第一DC/DC变换器(9)和+10v输出滤波电路(10)，电源输入滤波电路(8)、第一DC/DC变换器(9)、+10v输出滤波电路(10)、第二DC/DC变换器(11)、±5v输出滤波电路(12)及电源控制电路(13)分别放置在单独的屏蔽槽内且屏蔽盖为机箱底部盖板(6)，所述功率放大器(21)的底板与机箱底部盖板(6)在同一平面上；SMA射频连接器(25)与输出滤波器(24)的输出端相连；输入的基带数字信号经编码电路(14)整形和DQPSK编码后送至微波调制器(181)的数据输入端，频率源(15)产生的射频载波信号经第一隔离器(16)隔离后直接送往微波调制器(181)的射频输入端，在微波调制器(181)的内部，经整形差分编码后的基带数字信号对射频载波信号直接进行数字相位调制，被调制的微波信号送入激励放大器(182)及带通滤波器(19)，二者分别对调制后的微波信号进行放大和滤波，然后将信号送入固态功率放大器(21)进行功率放大，而后经第二隔离器(22)送至输出滤波器(24)进一步滤除带外频谱。

2.根据权利要求1所述的一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，其特征在于：所述机壳壳体(5)的四个边角处还分别设置有安装凸耳(3)，安装凸耳(3)上留有用于将数传发射机固定在卫星上的安装孔(4)。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，其特征在于：所述的第一隔离器(16)的输出端与微波调制器(181)的射频输入端之间、带通滤波器(19)的输出端与固态功率放大器(21)的输入端之间、第二隔离器(22)的输出端与输出滤波器(24)的输入端之间均采用半钢电缆连接。

4.根据权利要求3所述的一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，其特征在于：所述的连接第二隔离器(22)的输出端与输出滤波器(24)的输入端的半钢电缆通过卡子固定在第一机箱顶部盖板(1)上。

5.根据权利要求1或2所述的一种采用微波直接调制技术的星载数传发射机，其特征在于：所述的激励放大器(182)的输出端和带通滤波器(19)的输入端之间通过射频连接器直接连接。

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