CN102013897A - 一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路 - Google Patents

一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路 Download PDF

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一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，属于电子通信技术领域。卫星信标信号或数据信号经第一混频器下变频得到第一中频信号；第一中频信号依次经带通滤波器、第一放大器、数控衰减器和温补衰减器，经第二混频器下变频得到第二中频信号；第二中频信号依次经低通滤波器和第二放大器后，通过耦合器的直通输出端输出一路信号用于后续处理，通过耦合端输出的另一路信号经晶体带通滤波器滤波后由对数检波器转换成直流电压信号。本发明在接收机中引入了检波器，将信标信号转换为便于测量的直流电压，便于在野外完成对星工作；当对星完成以后，还可以利用此电路来接收数据信号。本发明局具有良好的灵敏度和动态范围、各种杂波干扰较小、携带方便的特点。

Description

一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路
技术领域
本发明属于电子通信技术领域，涉及一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，主要用于卫星通信接收机完成对星和数据接收两大功能。
背景技术
在安装卫星通信设备时，技术人员首先需要对星。所谓对星，就是让通信设备的天线与卫星对准，以确保通信设备能够接收到最大的卫星信号功率。在对星时，无法用肉眼判断是否对准，往往需要电子设备进行辅助判断。在通常情况下，技术人员通过接收卫星的信标信号，在频谱仪或功率计上进行功率测量，通过转动天线，直到频谱仪或功率计上显示接收到的信标信号功率最大时，即可完成对星。但在某些时候，技术人员往往需要在野外架设卫星通信设备，如果携带笨重的频谱仪或功率计就会显得非常麻烦。
发明内容
本发明提供一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，主要用于卫星通信接收机完成对星和数据接收两大功能。本发明在接收机中引入了检波器，可将信标信号转换为直流输出，这样，技术人员只需要使用万用表就能够判断接收到的信标信号的功率大小，方便技术人员在野外快捷的完成对星工作；另外，当对星完成以后，还可以利用此电路来接收数据信号。
本发明的原理是首先接收4193MHz卫星信标信号，通过将信标信号进行对数检波输出直流电压，利用万用表观察电压幅度变化大小来找到最佳的对星位置；当对星完成后，通过改变本振信号，接收4685.5MHz～5467.5MHz数据信号，将数据信号同样经过两次变频后输出再进行数据处理。
本发明的详细技术方案为：
一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，如图1所示，包括一个信号接收链路和一个信号输出电路；其中所述信号接收链路包括两个混频器、两个放大器、一个带通滤波器、一个低通滤波器、一个数控衰减器和一个温补衰减器，所述信号输出电路包括一个耦合器、一个晶体带通滤波器和一个对数检波器。卫星信标信号或数据信号经第一混频器下变频得到第一中频信号；第一中频信号依次经过带通滤波器滤波、第一放大器放大、数控衰减器对接收链路进行增益调整和温补衰减器对增益进行温度补偿后，经第二混频器下变频得到第二中频信号；第二中频信号依次经低通滤波器滤波和第二放大器放大后得到接收链路的输出信号。接收链路的输出信号经信号输出电路中耦合器的直通输出端输出一路信号用于卫星通信接收机的后续电路进行处理；同时，接收链路的输出信号经信号输出电路中耦合器的耦合端输出另一路信号，经晶体带通滤波器滤波后由对数检波器转换成直流电压信号。
本发明采用两次变频结构，在接收信标信号时，如图2所示，频率为4193MHz的卫星信标信号和频率为5247.3MHz的第一本振信号经第一混频器下变频后，输出频率为1054.3MHz的第一中频信号；第一中频信号经过一个中心频率为1042.5MHz、带宽不低于36MHz的带通滤波器滤除杂波，然后经数控衰减器和温补衰减器控制接收链路的增益变化；经带通滤波、数控衰减和温补衰减后的第一中频信号与频率为1065MHz的第二本振信号通过第二混频器下变频得到频率为10.7MHz的第二中频信号；第二中频信号经一个截止频率为90MHz的低通滤波器滤波后通过第二放大器放大后输入到耦合器；耦合器耦合输出的一部分能量通过一个中心频率为10.7MHz、通带为15KHz的晶体带通滤波器滤波后经对数检波器转换成直流电压信号。使用万用表来检测该直流电压信号的大小，以此来找到最佳的对星位置。
当对星完成后，再利用本发明来接收卫星数据信号，如图3所示，通过改变两个混频器的本振信号来接收频率为4685.5MHz～5467.5MHz的卫星数据信号；第一本振信号频率变为3643MHz～4425MHz，通过第一混频器下变频得到频率为1042.5MHz的第一中频信号，然后同样将信号放大后通过数控衰减器和温补衰减器控制增益变化；第二本振信号频率变为1112.5MHz，通过第二混频器下变频得到频率为70MHz第二中频信号；第二中频信号经第二放大器放大后，通过耦合器的直通端输出。
本发明的优点在于：
1)有良好的灵敏度和动态范围。
为了提高检波的灵敏度和动态范围，就需减少其它无用信号进入到检波器，我们在对数检波器的射频输入端接了一个中心频率为10.7MHz，通带为15KHz的晶体带通滤波器。这样只需要将卫星信标信号下变频到晶体带通滤波器的通带内，就可利用晶体滤波器极窄的通带滤除无用的干扰噪声和杂波，减小带内噪声。选择晶体滤波器是因为与传统的LC谐振回路滤波器相比，在低频段，晶体滤波器在频率选择性、频率稳定性、过渡带陡度、插入损耗和体积等方面都优越得多。
2)各种杂波干扰较小。
因为对数检波器具有灵敏度高和带宽宽的特点，使得对数检波器的很容易受到各种杂波和噪声干扰。所以，在第二混频器后面用了截止频率为90MHz的低通滤波器，保证10.7MHz信标信号和70MHz±18MHz卫星数据信号通过的同时，滤除掉了第二本振信号(1065MHz或者1042.5MHz)，以及中频信号经过两级放大后产生的二次谐波及因此而抬升的各种噪声。
3)携带方便，利于室外测量。
在通常情况下，技术人员通过在频谱仪或功率计上观察接收到的卫星信标信号功率大小来完成对星工作，但在实际工作中，技术人员往往需要在野外架设卫星通信设备，如果携带笨重的频谱仪或功率计就会显得非常麻烦。本发明利用检波器直接信标信号转换为直流电压，这样，技术人员只需要使用万用表就能够判断接收到的信标信号的功率大小，方便技术人员在野外快捷的完成对星工作。
附图说明
图1是本发明提供的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路的结构示意图。
图2是本发明提供的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路接收卫星信标信号时的原理框图。
图3是本发明提供的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路接收卫星数据信号时的原理框图。
具体实施方式
本发明采用两次变频结构，在进行对星时，频率为4193MHz的信标信号通过两次下变频后输出10.7MHz的中频信号。对星完成后，通过改变两级本振信号，接收频率3643MHz～4425MHz的数据信号。本发明的电路结构示意图如图1所示。
本发明中：
两个混频器都采用硅基双极有源双平衡混频器，内部集成了本振放大器和中频放大器；工作频段为0.1～5GHz，中频输出为DC～1GHz，本振所需典型功率为-5dBm。单电源5V供电，表贴小封装，非常适合于系统小型化设计。在第一级下变频中第一混频器提供的变频增益为0dB，在第二级下变频中第二混频器提供的变频增益约为8dB。
第一混频器后接入一带通滤波器，目的是为了滤除混频后由于混频器LO/IF隔离度不好而泄露的高本振信号，同时还要滤除本振和射频信号的各种低阶组合频率分量。此滤波器中心频率f0为1042.5MHz，插损小于3dB，带宽大于36MHz，带外抑制大于50dBc@f0±70MHz。
第二混频器后接入一截止频率为90MHz低通滤波器，保证10.7MHz信标信号和70MHz±18MHz卫星数据信号通过的同时，滤除掉了第二本振信号(1065MHz或者1042.5MHz)，以及中频信号经过两级放大后产生的二次谐波及因此而抬升的各种噪声。
两个放大器中，第一放大器的增益为25dB，第二放大器的增益为45dB；其中第二放大器采用串联的两级放大结构，前一级放大增益为20dB，后一级放大增益为25dB。
在检波器之前接入一中心频率为10.7MHz，通带为15KHz的晶体带通滤波器，这种极窄通带可以滤除无用的干扰噪声和杂波，减小带内噪声，以达到进一步减少无用信号进入检波器的目的，从而提高检波的灵敏度和动态范围。
数控衰减器主要起到调节增益范围的作用，在长时间雨雪天气中天线接收信号非常弱，可以通过调节衰减器来改变信号接收链路的增益以保证足够的输出功率。在此选用增益变化范围在G＝-2～-33dB，拥有31dB的可变增益范围的Hittite公司生产的6位数控衰减器-HMC472LP4。该数控衰减器工作频率范围是DC～3.0GHz，在设置成无衰减状态时插损小于2dB，典型衰减准确度为±0.25dB。衰减控制位上的衰减值分别是0.5dB(LSB)、1dB、2dB、4dB、8dB和16dB，总的衰减量是31.5dB，所有的衰减控制位都适用于TTL/CMOS电平控制。当衰减控制位为高电平时，则该位无效，及无衰减；当该衰减控制位为低电平时，该位有效，即有衰减。通过6个衰减控制的电平组合来完成所需的衰减量。在信号接收链路中由于要求的衰减步进是1dB，精确度要求±0.2dB，所以，通过在其输入和输出口加一定衰减量的π型电阻衰减器可以改善驻波，同时，其性能同样受到控制电压的影响，在监控板上FPGA的控制电压是3V时，测试发现其步进的精确度较差，在将控制端的电压改成5V后，步进的精确度得到很大改善。
由于随着环境温度的升高，放大器的增益会下降。为了避免这种情况，本发明中加入了温补衰减器，在常温时衰减一定量的数值，根据型号的不同，衰减量也不同。随着环境温度的升高，其衰减量会按照一定的斜率而线性变小，从而可以对系统中放大器由于温度升高而造成增益下降进行补偿。这里选择了深圳市yantel公司生产的6N9系列的温补衰减器来补偿接收链路的增益。该衰减器在常温下(25℃)的DC～3GHz的衰减量是6dB，最大承载功率达2W，输入输出均为50欧姆匹配，工作温度范围-55℃～+150℃。
除了接收下变频模块提供的31dB的可变增益范围，放大器提供了大于47dB的增益，带通滤波器后面的放大器提供了25dB的放大增益，低通滤波器后的两级放大器分别提供了20dB和25dB的增益，这是为了满足整个电路中接收链路的增益(大于45dB)要求。
检波器，是一种检出波动信号中某种有用信息的装置。用于识别波、振荡或信号存在或变化的器件。检波器通常用来提取所携带的信息。利用检波器的这种功能，可以设计出一种接收检波电路。接收检波电路是通过检测接收的卫星信标信号功率的大小，来判断对准卫星的好坏程度。本发明选用的对数检波器是AD公司生产的业界首款射频功率对数检波器AD8318，通过AD8318实现对信标信号(4193MHz)下变频输出的中频信号的功率检波。AD8318是基于AD公司SiGe生产技术的单片检波器，相比传统的分立二极管检波器有更高的精确度和更宽的动态范围。
通过对本发明进行测试，将本振频率都调整到对星时的频率点，在没有输入信号的情况下，测得AD8318的输出电压是3.65V(理想为4.2V)；在输入-85dBm(受信号源最低电平的限制，-85dBm是可以输入的最小功率)的信标功率时，输出接收机检波输出电压是2.905V；在输入功率为-45dBm时，输出电压是1.125V。可见该接收机检波动态范围优于40dB，灵敏度优于-85dBm。在外场对星实验中，该对星功能得到很好的验证，收到良好的效果。

Claims (10)

1.一种用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，包括一个信号接收链路和一个信号输出电路；其中所述信号接收链路包括两个混频器、两个放大器、一个带通滤波器、一个低通滤波器、一个数控衰减器和一个温补衰减器，所述信号输出电路包括一个耦合器、一个晶体带通滤波器和一个对数检波器；
卫星信标信号或数据信号经第一混频器下变频得到第一中频信号；第一中频信号依次经过带通滤波器滤波、第一放大器放大、数控衰减器对接收链路进行增益调整和温补衰减器对增益进行温度补偿后，经第二混频器下变频得到第二中频信号；第二中频信号依次经低通滤波器滤波和第二放大器放大后得到接收链路的输出信号；
接收链路的输出信号经信号输出电路中耦合器的直通输出端输出一路信号用于卫星通信接收机的后续电路进行处理；同时，接收链路的输出信号经信号输出电路中耦合器的耦合端输出另一路信号，经晶体带通滤波器滤波后由对数检波器转换成直流电压信号。
2.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述两个混频器为硅基双极有源双平衡混频器，内部集成了本振放大器和中频放大器；工作频段为0.1～5GHz，中频输出为DC～1GHz，本振所需典型功率为-5dBm。
3.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述带通滤波器中心频率f0为1042.5MHz，插损小于3dB，带宽大于36MHz，带外抑制大于50dBc@f0±70MHz。
4.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述低通滤波器为截止频率为90MHz的低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述两个放大器中，第一放大器的增益为25dB，第二放大器的增益为45dB；其中第二放大器采用串联的两级放大结构，前一级放大增益为20dB，后一级放大增益为25dB。
6.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述晶体带通滤波器中心频率为10.7MHz，通带为15KHz。
7.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述数控衰减器为Hittite公司生产的6位数控衰减器-HMC472LP4；所述温补衰减器为深圳市yantel公司生产的6N9系列的温补衰减器。
8.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，所述对数检波器是AD公司生产的射频功率对数检波器AD8318。
9.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，当整个接收电路用于对星时，卫星信标信号的频率为4193MHz，第一本振信号的频率为5247.3MHz，第一中频信号频率为1054.3MHz，第二本振信号的频率为1065MHz。
10.根据权利要求1所述的用于卫星通信接收机的对星及数据接收电路，其特征在于，当整个接收电路用于接收卫星数据信号时，卫星数据信号的频率为4685.5MHz～5467.5MHz，第一本振信号的频率为3643MHz～4425MHz，第一中频信号频率为1042.5MHz，第二本振信号的频率为1112.5MHz，第二中频信号频率为70MHz。
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