CN103401822A

CN103401822A - 一种星载x频段的数传带外抑制装置及其方法

Info

Publication number: CN103401822A
Application number: CN2013103159710A
Authority: CN
Inventors: 王文伟; 侯建文; 张玉花; 苗瑞琴
Original assignee: Shanghai Aerospace Measurement Control Communication Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace Measurement Control Communication Institute
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN103401822B

Abstract

本发明涉及一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法，所述星载X频段的数传带外抑制装置包括电平转换器、基带滤波器、BPSK调制器、X频段载波信号发生器、放大器以及隔离器。本发明通过将输入的低频基带数据进行电平转换，输出一双极性电平信号，再通过基带滤波器进行基带成形滤波后，将数据与X频段载波信号一起送入BPSK调制器进行调制，将数据调制到X频段。BPSK调制器输出频谱可满足带外抑制要求，调制数据依次经过放大器以及隔离器后输出至固放或天线。本发明可在不影响数传调制特性和数传通信误码率以及不增加体积、功耗和重量的情况下达到带外抑制要求，特别适用于探月工程等工作频率高、数传码速率低的工程中。

Description

一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法

技术领域

本发明涉及星载数传发射带外抑制技术，尤其涉及一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法。

背景技术

为了更好地促进国际合作，以及避免频谱干扰，空间数据咨询委员会（CCSDS）对卫星测控频段进行了划分，随着国际空间探测活动的日益频繁，X频段越来越多被使用，频谱相互干扰日益严重，因此对卫星下行频谱宽度均有相应要求。根据空间频谱协调组建议的21-2R2(SFCG21-2R2)模板，如图1所示，和测控数传分系统要求，空间科学服务空地链路有效频谱的容许频谱框架，在长距离探测中，由于通信距离遥远，数传码速率较低（小于5Mbps，大于2Mbps），在1.4倍码速率处要求带外抑制大于30dB。数传调制一般采用BPSK，根据BPSK调制频谱特性，数传调制输出频谱自身有一定宽度，最高码速率为R Mbps时，在R×1.4处抑制约13dB，为了减少对相邻频带的影响，需对数传输出频谱进行滤波。

目前有两种常用的滤波实现途径：输出直接滤波和中频滤波。前一种方法采用X频段腔体滤波器，根据要求其带宽应为2×R MHz，对中心频率±R×1.4MHz处抑制需大于30dB，由于带宽很窄，矩形系数和品质因数均要求极高，目前在工程上腔体滤波器无法满足要求。后一种方法利用声表滤波器矩形系数高的优点，在中频对数传调制输出频谱进行滤波，实现所要求的带外抑制后将调制信号混频至X频段，此方法避免了X频段腔体滤波器设计瓶颈，虽然可以实现数传带外抑制，但所用元器件多，因此其在X频段需使用腔体滤波器抑制本振和镜频，还需进行增益补偿，具有电路复杂、体积大、功耗大以及调试工作量大的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载X频段的数传带外抑制装置，利用本装置，可在不增加体积、功耗、重量的情况下，使装置输出频谱在偏离中心频率±1.4倍最高码速率处的抑制均大于30dB，且不影响数传调制特性和数传通信误码率。

本发明的另一目的在于提供一种星载X频段的数传带外抑制方法，通过本方法，可以使输出频谱在偏离中心频率±1.4倍最高码速率处的抑制均大于30dB，且不影响数传调制特性和数传通信误码率。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种星载X频段的数传带外抑制装置，通过其可使X频段数传输出信号的带外抑制提高至30dB以上，所述星载X频段的数传带外抑制装置至少包括电平转换器、基带滤波器、BPSK调制器、X频段载波信号发生器、放大器以及隔离器；其中，所述电平转换器、基带滤波器、BPSK调制器、放大器以及隔离器依次相连，且所述X频段载波信号发生器与所述BPSK调制器相连；并且：

所述电平转换器接收一基带数据，并将输入的所述基带数据转换为双极性电平信号，且所述双极性电平信号的正负电平的幅度相同；

所述基带滤波器为低通LC滤波器，且所述低通LC滤波器的阶数至少为5阶，所述基带滤波器对所述双极性电平信号进行成形滤波；

所述X频段载波信号发生器产生X频段载波信号；

所述BPSK调制器接收所述X频段载波信号，并对成形滤波后的所述双极性电平信号直接进行BPSK调制，使其调制到X频段内，形成X频段信号；

所述放大器将经BPSK调制后得到的X频段信号进行功率放大；

所述隔离器接收经功率放大后的所述X频段信号，进行端口匹配，并输出一X频段数传输出信号。

作为优选地，所述低通LC滤波器的阶数为5阶。

作为优选地，所述基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装。

作为优选地，所述基带数据的数传码速率为可变值，且低于一预设的最高数传码速率。

较佳地，所述X频段载波信号发生器通过将其参考频率利用锁相倍频或直接倍频的方式产生所述X频段载波信号。

为了实现上述第二目的，本发明提供了一种星载X频段的数传带外抑制方法，包括以下步骤：

S1: 预设基带数据的最高数传码速率，将低频的基带数据输入电平转换器中，转换为双极性电平信号，且正负电平的幅度相同，所述基带数据的数传码速率为可变值，且低于所述最高数传码速率；

S2：将从所述电平转换器中输出的所述双极性电平信号输入基带滤波器中，对所述双极性电平信号进行成形滤波；其中所述基带滤波器为低通LC滤波器，且所述低通LC滤波器的阶数至少为5阶；

S3：通过X频段载波信号发生器产生X频段载波信号，将成形滤波后的所述双极性电平信号以及所述X频段载波信号输入所述BPSK调节器，从而在载波频率上对成形滤波后的所述双极性电平信号直接进行BPSK调制，形成X频段信号；

S4：将BPSK调制后得到的X频段信号通过放大器进行功率放大；

S5：将功率放大后的所述X频段信号通过隔离器对其中的端口驻波进行匹配，并输出一X频段数传输出信号。

作为优先地，所述低通LC滤波器的阶数为5阶。

作为优先地，所述基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法，可在不影响数传调制特性和数传通信误码率的情况下，使装置输出频谱在偏离中心频率±1.4倍最高码速率处的抑制均大于30dB。

2）本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法，可在不增加体积、功耗和重量的情况下，使输出频谱在偏离中心频率±1.4倍最高码速率处的抑制均大于30dB。

3）本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法，数传码速率可变，只要数传码速率低于最高码速率，无需改动硬件电路及参数，仍可以满足输出频谱抑制度的要求。

4）本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置及其方法，设计简单，通用性强，可广泛应用于各种数传发射机带外抑制当中，特别适用于探月工程等工作频率高、数传码速率低的工程中。

附图说明

图1为空间频谱协调组建议的21-2R2(SFCG21-2R2)模板；

图2为本发明一种星载X频段的数传带外抑制装置的结构框图；

图3为本发明一种星载X频段的数传带外抑制方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图和具体实施例来进一步说明本发明。

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

附图2为本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置的框图，作为本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制装置的一个较佳实施例，此装置至少包括：电平转换器1、基带滤波器2、BPSK调制器3、X频段载波信号发生器4、放大器5以及隔离器6；其中，所述电平转换器1、基带滤波器2、BPSK调制器3、放大器4以及隔离器5依次相连，且X频段载波信号发生器4与BPSK调制器3相连；并且：

电平转换器1，接收一基带数据，将输入的基带数据转换为双极性电平信号，且正负电平的幅度相同，其中基带数据的数传码速率为可变的，且低于预设的最高数传码速率R Mbps。

基带滤波器2，为5阶低通LC滤波器，用于对双极性电平信号进行基带成形滤波，滤除带外信号的同时使信号更加平滑；如附图2为5阶低通LC滤波器的电路原理图，其中的电感和电容均为标准0805封装。

X频段载波信号发生器4，发生一X频段的载波信号，其中X频段载波信号发生器发生的载波通过将参考频率利用锁相倍频或直接倍频的方式产生。

BPSK调制器3接收X频段载波信号，并对成形滤波后的双极性电平信号直接进行BPSK调制，使其调制到X频段内。

放大器5，用于将BPSK调制后得到的X频段信号进行功率放大；

隔离器6，接收经功率放大后的X频段信号，降低经功率放大后的所述X频段信号中的驻波，从而提高与后续设备的匹配性，并输出一X频段数传输出信号。

在本实施例中，装置的工作过程为将输入的低频基带数据进行电平转换，变换为BPSK调制所需的双极性正负电平信号，并将数据进行基带成形滤波后送入BPSK调制器。BPSK调制器将X频段的载波信号与基带成形滤波后的双极性电平信号进行混频后输出一X频段信号，其频谱可满足在偏离中心频率±1.4倍最高码速率处的抑制均大于30dB的要求，将BPSK调制后得到的X频段信号经过放大器、隔离器后输出至固放或天线。

其中，基带滤波器采用作为优选的5阶低通LC滤波器，可以滤除基带数据带外频谱，其带外抑制特性满足数传带外抑制指标要求，在R×1.4 MHz处抑制大于20dB，加上BPSK调制自身输出频谱±R×1.4MHz处带外衰减约13dB，可满足带外抑制大于30dB的要求。应理解，本发明没有对基带滤波器的具体阶数做限定，只限定其低通LC滤波器的阶数至少为5阶，5阶低通滤波器就可以达到抑制指标要求，阶数越多抑制效果越好，但高阶滤波器也需要较高的成本。

根据BPSK调制频谱特性，当基带数据码速率低于R Mbps时，数传输出频谱自身在±R×1.4MHz处带外抑制会有所提高，其经过基带滤波后可实现更高的带外抑制。所以只要基带数据低于最高码速率，通过本装置就可在不影响数传调制特性和数传通信误码率的情况下，满足带外抑制大于30dB的要求。且5阶低通LC滤波器中的电感和电容均为标准0805封装，与现有技术输出直接滤波比较，不增加体积、功耗以及重量。本装置结构简单，通用性强，可广泛应用于各种数传发射机带外抑制当中，特别适用于探月工程等工作频率高、数传码速率低的工程中。

附图3为本发明一种星载X频段的数传带外抑制方法的流程图，以下详细描述本发明提供的一种星载X频段的数传带外抑制方法。

S1: 预设基带数据的最高数传码速率R Mbps，将一低频的基带数据输入电平转换器中，转换为双极性电平信号，且正负电平的幅度相同，其中基带数据的数传码速率为可变值，且低于预设的最高数传码速率R Mbps。

S2：将从电平转换器中输出的信号输入基带滤波器中，对双极性电平信号进行基带成形滤波，滤除带外信号的同时使信号更加平滑；其中基带滤波器为阶数5阶的低通LC滤波器，基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装。

S3：通过X频段载波信号发生器产生所述X频段载波信号，将成形滤波后的双极性电平信号以及X频段载波信号输入BPSK调节器，并对成形滤波后的双极性电平信号直接进行BPSK调制，使其调制到X频段内。其中X频段载波信号发生器发生的载波可通过将X频段载波信号发生器的参考频率锁相倍频或直接倍频的方式产生。

S4：将BPSK调制后的X频段信号通过放大器进行功率放大。

S5：将功率放大后的信号通过隔离器来降低数X频段传输出信号的驻波，从而提高与后续设备的匹配性。隔离器接收经功率放大后的X频段信号，降低经功率放大后的X频段信号中的驻波，并输出一X频段数传输出信号。

在S1中设定了最高码速率R Mbps，只要基带数据低于最高码速率R Mbps，通过本方法就可在不影响数传调制特性和数传通信误码率的情况下，满足带外抑制大于30dB的要求。

在S2中基带滤波器采用作为优选的5阶低通LC滤波器，作用是滤除基带数据带外频谱且使信号波形变得更加平滑，其带外抑制特性满足数传带外抑制指标要求，在R×1.4 MHz处抑制大于20dB，且在S3中BPSK调制自身输出频谱±R×1.4MHz处带外衰减约13dB，因此可满足带外抑制大于30dB的要求。根据BPSK调制频谱特性，当基带数据码速率低于R Mbps时，数传输出频谱自身在±R×1.4MHz处带外抑制会有所提高，其经过基带滤波后可实现更高的带外抑制。基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装，与现有技术输出直接滤波比较，不增加体积、功耗以及重量。

应理解，本发明并没有对基带滤波器的具体阶数做限定，只限定其低通LC滤波器的阶数至少为5阶，5阶低通滤波器就可以达到抑制指标要求，阶数越多抑制效果越好，但高阶滤波器也需要较高的成本。

在S4和S5中，对X频段信号进行功率放大，再通过隔离器降低了经功率放大后的X频段信号中的驻波，可以提高与固放、天线等后续设备的匹配性。

因此，本方法具有设计简单，易于实现、调试量小的特点，并具有很强的实用性和通用性，可广泛应用于各种数传发射机带外抑制当中，特别适用于探月工程等工作频率高、数传码速率低的工程中。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims

1.一种星载X频段的数传带外抑制装置，其特征在于，所述星载X频段的数传带外抑制装置至少包括电平转换器、基带滤波器、BPSK调制器、X频段载波信号发生器、放大器以及隔离器；其中，所述电平转换器、基带滤波器、BPSK调制器、放大器以及隔离器依次相连，且所述X频段载波信号发生器与所述BPSK调制器相连；并且：

所述X频段载波信号发生器产生X频段载波信号；

所述放大器将经BPSK调制后得到的X频段信号进行功率放大；

2. 如权利要求1所述的一种星载X频段的数传带外抑制装置，其特征在于，所述低通LC滤波器的阶数为5阶。

3. 如权利要求1或2所述的一种星载X频段的数传带外抑制装置，其特征在于，所述基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装。

4. 如权利要求1所述的一种星载X频段的数传带外抑制装置，其特征在于，所述基带数据的数传码速率为可变值，且低于一预设的最高数传码速率。

5. 如权利要求1所述的一种星载X频段的数传带外抑制装置，其特征在于，所述X频段载波信号发生器通过将其参考频率利用锁相倍频或直接倍频的方式产生所述X频段载波信号。

6. 一种星载X频段的数传带外抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4：将BPSK调制后得到的X频段信号通过放大器进行功率放大；

7.如权利要求6所述的一种星载X频段的数传带外抑制方法，其特征在于，所述低通LC滤波器的阶数为5阶。

8. 如权利要求6或7所述的一种星载X频段的数传带外抑制方法，其特征在于，所述基带滤波器中的电感和电容均为标准0805封装。

9. 如权利要求6所述的一种星载X频段的数传带外抑制方法，其特征在于，所述X频段载波信号发生器通过将其参考频率利用锁相倍频或直接倍频的方式产生所述X频段载波信号。