CN102624408B - 飞行器低噪声接收前端机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行器低噪声接收前端机，包括：接收天线、低噪声放大器模块、镜像抑制介质滤波器模块、双平衡混频器模块、低通滤波器模块、第一中频放大器模块、温度补偿衰减器模块、增益调整控制模块、LC低通滤波器模块、第二中频放大器模块、本振频率源模块。本发明解决了现有飞行器低噪声接收前端机增益和噪声系数性能的瓶颈问题，提高了数据接收的灵敏度和成功率，达到了应用效果。

Description

飞行器低噪声接收前端机
技术领域
本发明涉及飞行器接收前端机，尤其是一种飞行器低噪声接收前端机。
背景技术
飞行器低噪声接收前端机是接收机的重要组成部分，它用来接收并放大地面上发出的信号强度较弱的信号(如信号大小在-131dbm到-80dbm的信号)。飞行器低噪声接收前端机主要用于接收地面气象站所获得的各种气象、水文、资源分布、海洋浮标、森林火情等资料数据。
低噪声接收前端机所接收的信号的特殊性，要求它具有低噪声、高灵敏度、高增益的特点。一般来说，噪声系数越低、灵敏度越高，基底噪声对有用信号接收的影响就越为严重，因此低噪声接收前端机必须在实现低噪声、高灵敏度的同时满足一定的信噪比指标，才能将数据无误地解调出来，这就为低噪声接收前端机的信噪比指标提出了一定的要求。此外，通道的高增益也对低噪声接收前端机的稳定性提出了较高的要求。
现有技术中的低噪声接收前端机主要包括有接收天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波器、中频放大器、LC低通滤波器；其中的放大器(包括低噪声放大器、中频放大器)通常采用三极管实现，LC低通滤波器通常采用LC调谐电路实现。此类低噪声接收前端机在飞机等近地飞行器上能够得到很好的应用，但若用于太空环境下则有所不足。
诸如卫星等太空飞行器在绕地或绕月飞行时，在一定时间内会在地球的阴影下运动，这一时期也被称为地影期。飞行器在地影期内活动时具有温度变化幅度较大的特点。现有的低噪声接收前端机在地影期内运动时，其中的三极管放大器、LC调谐电路极易受温度剧烈变化的影响发生调谐频率飘移，产生自激现象，这使得相互级联连接的放大器不够稳定，导致噪声系数差且容易受到外部干扰而达不到要求，严重影响系统信号接收稳定性以及灵敏度，也无法满足卫星复杂多变的数据接收要求。
发明内容
为了解决现有技术接收增益和噪声系数性能等方面的缺点，而导致灵敏度和成功率较低，应用达不到要求等方面的不足，本发明的目的在于提供一种飞行器低噪声接收前端机。
为了实现上述目的，本发明提供了一种飞行器低噪声接收前端机，该接收前端机包括：
接收天线101，同低噪声放大器102连接，用于接收上行信号，并将所接收到的上行信号发送到所述低噪声放大器102；
低噪声放大器模块102，与所述接收天线101连接并且另一端与所述镜像抑制介质滤波器103连接，所述的低噪声放大器模块102对所述接收天线101送来的信号进行两级低噪声放大后，将放大后的信号送所述镜像抑制介质滤波器103；
镜像抑制介质滤波器模块103，同所述的低噪声放大器模块102和双平衡混频器模块104连接，用于对镜频信号和杂散信号进行抑制；
双平衡混频器模块104，分别与所述镜像抑制介质滤波器模块103、低通滤波器模块105、本振频率源模块111相连，用于将所述上行信号与本振频率源模块111提供的本振完成下变频，使得输出降到低中频，并提供RF/IF、LO/IF隔离度；
低通滤波器模块105，分别与双平衡混频器模块104与第一中频放大器模块106相连，实现对本振信号抑制，保证RF/IF隔离度；
第一中频放大器模块106，分别同低通滤波器模块105和温度补偿衰减器模块107连接，用于对中频信号进行放大，并补偿插入损耗；
温度补偿衰减器模块107，同所述的第一中频放大器模块106和增益调整控制模块108连接，用于对温度变化引起的增益变化进行温度补偿；
增益调整控制模块108，同所述的温度补偿衰减器模块107和LC低通滤波器模块109连接，用于对整个通道增益设置四档位循环控制；
LC低通滤波器模块109，同所述增益调整控制模块108和中频放大器模块110连接，用于对中频信号进行滤波和抑制杂散信号；
第二中频放大器模块110，用于获得足够的通道增益和补偿滤波器的插入损耗，对中频信号进行放大并送后级处理；
本振频率源模块111，用于提供本振。
上述技术方案中，所述的低噪声放大器模块102包括第一低噪声放大器201和第二低噪声放大器202；所述第一低噪声放大器201和第二低噪声放大器202直接相连，形成两级低噪声放大，且低噪声放大器中的基片采用了环氧基片。
上述技术方案中，所述的温度补偿衰减器模块107通过测量接收前端机的通道自身随温度变化的曲线，选择特性曲线相反趋势的温度补偿衰减器，与通道进行曲线拟合为近似线性，保证了整个通道增益的温度线性度。
上述技术方案中，所述的增益调整控制模块108包括2dB数控衰减器208、4dB数控衰减器209和增益调整控制遥测210来对接收前端机的通道所处于的状态进行指示，利用所述2dB数控衰减器208、4dB数控衰减器209，通过开关选择能够实现0dB、2dB、4dB、6dB四档增益衰减控制。
本发明的优点在于：
1、本发明的低噪声接收前端机采用了超低噪声设计，低噪声放大器的基片选用环氧基片，进行两级低噪声放大，实现系统的低噪声系数，保证系统的接收灵敏度，中频选取两级放大器，在提供足够的增益同时，实现了高增益、高灵敏度、低噪声的目标。
2、本发明的低噪声接收前端机采用了镜像抑制设计，采用集中统一滤波完成对镜像抑制和本振抑制，在提供足够的增益同时，实现对通道信号的镜像信号和本振信号隔离度。
3、本发明对中频通道进行了增益温度补偿设计，采用温度补偿衰减器对温度变化引起的增益变化进行温度补偿，保证了整个通道增益的温度线性度。
4、本发明对中频通道进行设置四档增益控制功能，根据不同的空间电磁环境可灵活选取不同的增益工作档位，在提供足够的增益同时，实现对通道增益的数字控制，并提供选通不同的增益档位输出遥测。
5、本发明飞行器低噪声接收前端机克服了三极管放大器LC调谐电路极易受温度影响调谐频率飘移而产生自激，使得级联放大器不够稳定，导致噪声系数差且容易受到外部干扰而达不到要求，系统信号接收稳定性灵敏度性能等方面的缺点。
附图说明
图1为本发明飞行器低噪声接收前端机的结构框图；
图2为本发明飞行器低噪声接收前端机的电路图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明的飞行器低噪声接收前端机的一个实施例，该接收前端机包括：
接收天线101：同低噪声放大器102连接，用于接收上行地面数据收集平台发送的报告信号(即上行信号)，并将所接收到的上行信号发送到低噪声放大器102。
低噪声放大器模块102：通过射频电缆与接收天线101连接并且另一端与镜像抑制介质滤波器103连接，所述的低噪声放大器模块102对接收天线101送来的信号进行两级低噪声放大后，将放大后的信号送镜像抑制介质滤波器103。
镜像抑制介质滤波器模块103：通过印制线同低噪声放大器模块102和双平衡混频器模块104连接，用于对镜频信号和杂散信号进行抑制。
双平衡混频器模块104：分别与镜像抑制介质滤波器模块103、低通滤波器模块105、本振频率源模块111相连，用于将上行信号与本振频率源模块111提供的本振完成下变频，使得输出降到低中频，并提供足够RF/IF、LO/IF隔离度。
低通滤波器模块105：通过印制线分别与双平衡混频器模块104与第一中频放大器模块106相连，实现对本振信号抑制，保证RF/IF隔离度。
第一中频放大器模块106：通过印制线分别同低通滤波器模块105和温度补偿衰减器模块107连接，用于对中频信号进行放大，并补偿插入损耗。
温度补偿衰减器模块107：通过印制线同第一中频放大器模块106和增益调整控制模块108连接，用于对温度变化引起的增益变化进行温度补偿。
增益调整控制模块108：通过印制线同温度补偿衰减器模块107和LC低通滤波器模块109连接，用于对整个通道增益设置四档位循环控制。
LC低通滤波器模块109：通过印制线同增益调整控制模块108和中频放大器模块110连接，用于对中频信号进行滤波和抑制杂散信号。
第二中频放大器模块110：用于获得足够的通道增益和补偿滤波器的插入损耗，对中频信号进行放大并送后级处理。
本振频率源模块111：提供的本振完成下变频，使得输出降到低中频。
下面结合图2对接收前端机中的功能模块做进一步说明。
所述的低噪声放大器模块包括两个低噪声放大器：第一低噪声放大器201和第二低噪声放大器202。这两个低噪声放大器直接相连，形成两级低噪声放大，且低噪声放大器中的基片采用了环氧基片。环氧基片与两级低噪声放大的使用能够实现低噪声系数，保证系统的高接收灵敏度。
所述的第一中频放大器模块106和第二中频放大器模块110分别位于接收前端机通道的不同位置，第一中频放大器模块在中频信号经过低通滤波后，对中频信号做了放大并补偿了插入损耗，而第二中频放大器模块则再次对经过滤波后的中频信号做了补偿，并赋予了足够的通道增益，与两个低噪声放大器增益加在一起，实现了通道高增益的目标。
所述的镜像抑制介质滤波器103和低通滤波器105分别完成镜像抑制和本振抑制，在提供足够增益的同时，实现对通道信号的镜像信号和本振信号隔离度。
所述的温度补偿衰减器模块107对温度变化引起的增益变化进行温度补偿，通过测量通道自身随温度变化的曲线，选择特性曲线相反趋势的温度补偿衰减器，与通道进行曲线拟合为近似线性，保证了整个通道增益的温度线性度。
所述的增益调整控制模块108包括2dB数控衰减器208、4dB数控衰减器209和增益调整控制遥测210来对通道所处于的状态进行指示。利用2dB数控衰减器208、4dB数控衰减器209通过开关选择能够实现0dB、2dB、4dB、6dB四档增益衰减控制，这样就使得前端机能够根据不同的空间电磁环境灵活选取不同的增益工作档位。
下面进一步对本发明的工作过程进行描述：
接收天线及其网络101接收地面平台发送的报告信号，送入低噪声放大器102进行两级低噪声放大后，经过镜像抑制介质滤波器103对镜频信号和杂散信号进行抑制，送双平衡混频器104与本振频率源111对信号进行下变频处理至中频。中频信号经过低通滤波器105实现对本振信号抑制保证RF/IF隔离度，然后经过第一中频放大器106对中频信号进行放大，送入温度补偿衰减器107对温度变化引起的增益变化进行温度补偿。接着将信号送入增益调整控制模块108对整个通道增益设置四档位循环控制，使通道可工作在不同的状态下。然后把控制后的信号送入LC低通滤波器109进行滤波抑制杂散信号。为了获得足够的通道增益和补偿滤波器的插入损耗，中频信号再次通过第二中频放大器110进行放大送后级处理。
本发明的低噪声接收前端机采用了超低噪声设计，低噪声放大器的基片选用环氧基片，进行两级低噪声放大，实现系统的低噪声系数，保证系统的接收灵敏度，中频选取两级放大器，在提供足够的增益同时，实现了高增益、高灵敏度、低噪声的目标。
本发明的低噪声接收前端机采用了镜像抑制设计，采用集中统一滤波完成对镜像抑制和本振抑制，在提供足够的增益同时，实现对通道信号的镜像信号和本振信号隔离度。
本发明对中频通道进行了增益温度补偿设计，采用温度补偿衰减器对温度变化引起的增益变化进行温度补偿，保证了整个通道增益的温度线性度。
本发明对中频通道进行设置四档增益控制功能，根据不同的空间电磁环境可灵活选取不同的增益工作档位，在提供足够的增益同时，实现对通道增益的数字控制，并提供选通不同的增益档位输出遥测。
本发明飞行器低噪声接收前端机克服了三极管放大器LC调谐电路极易受温度影响调谐频率飘移而产生自激，使得级联放大器不够稳定，导致噪声系数差且容易受到外部干扰而达不到要求，系统信号接收稳定性灵敏度性能等方面的缺点。

Claims (1)

1.一种飞行器低噪声接收前端机，其特征在于，该接收前端机包括：
接收天线(101)，同低噪声放大器(102)连接，用于接收上行信号，并将所接收到的上行信号发送到所述低噪声放大器(102)；
低噪声放大器模块(102)，与所述接收天线(101)连接并且另一端与镜像抑制介质滤波器(103)连接，所述的低噪声放大器模块(102)对所述接收天线(101)送来的信号进行两级低噪声放大后，将放大后的信号送至所述镜像抑制介质滤波器(103)；所述的低噪声放大器模块(102)包括第一低噪声放大器(201)和第二低噪声放大器(202)；所述第一低噪声放大器(201)和第二低噪声放大器(202)直接相连，形成两级低噪声放大，且低噪声放大器中的基片采用了环氧基片；
镜像抑制介质滤波器模块(103)，同所述的低噪声放大器模块(102)和双平衡混频器模块(104)连接，用于对镜频信号和杂散信号进行抑制；
双平衡混频器模块(104)，分别与所述镜像抑制介质滤波器模块(103)、低通滤波器模块(105)、本振频率源模块(111)相连，用于将所述上行信号与本振频率源模块(111)提供的本振完成下变频，使得输出降到低中频，并提供RF/IF、LO/IF隔离度；
低通滤波器模块(105)，分别与双平衡混频器模块(104)与第一中频放大器模块(106)相连，实现对本振信号抑制，保证RF/IF隔离度；
第一中频放大器模块(106)，分别同低通滤波器模块(105)和温度补偿衰减器模块(107)连接，用于对中频信号进行放大，并补偿插入损耗；
温度补偿衰减器模块(107)，同所述的第一中频放大器模块(106)和增益调整控制模块(108)连接，用于对温度变化引起的增益变化进行温度补偿；所述的温度补偿衰减器模块(107)通过测量接收前端机的通道自身随温度变化的曲线，选择特性曲线相反趋势的温度补偿衰减器，与通道进行曲线拟合为近似线性，保证了整个通道增益的温度线性度；
增益调整控制模块(108)，同所述的温度补偿衰减器模块(107)和LC低通滤波器模块(109)连接，用于对整个通道增益设置四档位循环控制；所述的增益调整控制模块(108)包括2dB数控衰减器(208)、4dB数控衰减器(209)和增益调整控制遥测(210)来对接收前端机的通道所处于的状态进行指示，利用所述2dB数控衰减器(208)、4dB数控衰减器(209)，通过开关选择能够实现0dB、2dB、4dB、6dB四档增益衰减控制；
LC低通滤波器模块(109)，同所述增益调整控制模块(108)和第二中频放大器模块(110)连接，用于对中频信号进行滤波和抑制杂散信号；
第二中频放大器模块(110)，用于获得足够的通道增益和补偿滤波器的插入损耗，对中频信号进行放大并送后级处理；
本振频率源模块(111)，用于提供本振。
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