CN105245242A - 一种x频段星载锁相接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种X频段星载锁相接收机，射频前端部分包括射频接收端；用以选择第一带宽的一级窄带带通滤波器；二级窄带带通滤波器，其在第一带宽中选择相对较窄的第二带宽；一中频部分包括用以将射频信号和本振信号一相混频以实现下变频的第一混频器，混频后产生一中频信号；高通滤波器；三级带通滤波器，其用以选择第三带宽；二中频部分包括用以将一中频信号和本振信号二相混频以实现二次下变频的第二混频器，混频后产生二中频信号；用以选择二中频信号中包含接收信号频段的第四带宽的四级带通滤波器；以及锁相环。解决X频段锁相接收机选择性较小、容易受到其它探测器上行频率干扰的问题，此外可有效提高接收信号功率动态范围。

Description

一种X频段星载锁相接收机

技术领域

本发明属于卫星通信星载锁相接收技术，特别涉及的是X频段接收链路星载锁相接收机。

背景技术

地球轨道卫星中统一测控体制应答机一般工作在S频段，在月球、火星等深空探测系统中，根据空间数据系统咨询委员建议，上下行信号均使用X频段。随着航天技术的快速发展，卫星通信频段资源日趋紧张，如S频段测控上行频率范围为2025～2110MHz，带宽仅85MHz，X频段测控上行频率范围为7190MHz～7235MHz，带宽仅45MHz。众多卫星同时在轨运行工作，不可避免产生频段干扰的问题。因此，对卫星应答机中的接收机而言，选择性需要提高，避免其它卫星上行频率对自身产生干扰而发生误锁或错锁的情况。

在月球探测三期任务中，有多个探测器工作在X频段，上行频率最小相差6MHz，且考虑到不同探测器接收地面功率有一定的变化范围，需要X频段锁相接收机选择性(选择性表征电子设备和无线接收机在众多频率中选出有用频率并抑制不需频率的能力)在±6MHz处大于70dB，在±80MHz处大于90dB。相比已有的S频段锁相接收机要求±8MHz处大于60dB，在±80MHz处大于80dB而言，选择性指标更加苛刻。

此外，探测器发射至月球轨道过程中，与地面站的距离由几公里变化至几十万公里，接收到的功率变化范围接近90dB，需要锁相接收机在接收到不同功率大小的情况下均能正常工作，对锁相接收机动态范围要求较高。现有的锁相接收机均采用中频设计自动增益控制的方法以实现高动态范围，由于频率较高且动态范围较大，调试过程中容易出现接收链路自激的现象。

发明内容

本发明所要解决的目的是提供一种X频段星载锁相接收机，以解决现有技术中X频段锁相接收机选择性较小、容易受到其它探测器上行频率干扰的问题。此外，还可有效提高X频段锁相接收机接收功率动态范围。

为解决上述问题，本发明提出一种X频段星载锁相接收机，包括射频前端部分、一中频部分和二中频部分；

所述射频前端部分包括用以接收射频信号的射频接收端；用以选择所述射频信号中包含X频段的第一带宽的一级窄带带通滤波器；级联在所述一级窄带带通滤波器之后的二级窄带带通滤波器，其在所述第一带宽中选择相对较窄的包含X频段的第二带宽，输出选择后的射频信号；

所述一中频部分包括用以将所述二级窄带带通滤波器输出的射频信号和本振信号一相混频以实现下变频的第一混频器，混频后产生一中频信号；用以抑制所述一中频信号镜屏干扰的高通滤波器；级联在所述高通滤波器之后的三级带通滤波器，其用以选择一中频信号中包含接收信号频段的第三带宽，输出选择后的一中频信号；

所述二中频部分包括用以将所述三级带通滤波器输出的一中频信号和本振信号二相混频以实现二次下变频的第二混频器，混频后产生二中频信号；用以选择二中频信号中包含接收信号频段的第四带宽的四级带通滤波器；以及级联在所述四级带通滤波器之后的锁相环，其输出锁相的接收信号。

根据本发明的一个实施例，所述的一级窄带带通滤波器，其第一带宽大体为200MHz，偏离中心频率±500MHz处抑制大于60dB；所述的二级窄带带通滤波器，其第二带宽大体为60MHz，偏离中心频率±200MHz处抑制大于80dB。

根据本发明的一个实施例，所述一级窄带带通滤波器为三阶腔体滤波器，所述二级窄带带通滤波器为五阶腔体滤波器。

根据本发明的一个实施例，所述射频前端部分还包括低噪声放大器，所述一级窄带带通滤波器、低噪声放大器、二级窄带带通滤波器依次级联。

根据本发明的一个实施例，所述一中频部分的高通滤波器，其截止频率大体在120MHz，在100MHz处抑制大于30dB；所述的三级带通滤波器，其第三带宽大体为2MHz，偏离中心频率±10MHz处抑制大于60dB。

根据本发明的一个实施例，所述一中频部分的高通滤波器为七阶的LC滤波器，所述三级带通滤波器为五阶的LC滤波器。

根据本发明的一个实施例，所述的四级带通滤波器为晶体滤波器，其第四带宽大体为60KHz，偏离中心频率±150KHz处抑制大于60dB。

根据本发明的一个实施例，所述二中频部分还包括第一自动增益控制放大器和第二自动增益控制放大器，所述第一自动增益控制放大器、四级带通滤波器、第二自动增益控制放大器依次级联，所述第一自动增益控制放大器和第二自动增益控制放大器的增益控制范围均大于45dB。

根据本发明的一个实施例，所述锁相环的输出端连接第一倍频器，所述第一倍频器输出所述本振信号一至所述第一混频器；所述锁相环的输出端还连接第二倍频器，所述第二倍频器输出所述本振信号二至所述第二混频器。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：对信号进行二次下变频，通过内部多级级联滤波器选择带宽，实现X频段接收机高选择性，特别适合地球轨道、月球探测等频段资源紧张、对接收频率选择性要求较高的应用场合。

此外，通过在二次下变频基础上的二中频部分设置两级独立的自动增益控制放大器，可实现大于90dB的动态范围，由于两级自动增益控制放大器互不影响，可保证接收机的稳定可靠工作。

附图说明

图1为本发明一个实施例的X频段星载锁相接收机的结构框图；

图2为本发明另一个实施例的X频段星载锁相接收机的结构框图。

图中标号说明：

N1-一级窄带带通滤波器，N2-低噪声放大器，N3-二级窄带带通滤波器，N4-第一混频器，N5-高频滤波器，N6-放大器，N7-三级带通滤波器，N8-第二混频器，N9-第一自动增益控制放大器，N10-四级带通滤波器，N11-第二自动增益控制放大器，N12-第一倍频器，N13-第二倍频器，N14-锁相环

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本发明实施例的X频段星载锁相接收机包括依次连接的射频前端部分、一中频部分和二中频部分。锁相接收机共有两次下变频，锁相的接收信号在二中频部分输出。

其中，射频前端部分包括射频接收端，一级窄带带通滤波器N1和二级窄带带通滤波器N3。射频接收端是相对于本发明实施例的锁相接收机来说的射频输入端，可以理解为锁相接收机和外部的连接接口，用来接收锁相接收机处理的射频信号。

具体的，一级窄带带通滤波器N1和二级窄带带通滤波器N3级联。一级窄带带通滤波器N1接收射频输入端接收的射频信号，选择该射频信号中包含X频段的第一带宽；二级窄带带通滤波器N3接着进行进一步选择带宽滤波，在第一带宽中选择相对较窄的包含X频段的第二带宽，输出选择后的射频信号，第二带宽落在第一带宽内。

一中频部分对射频信号进行第一次下变频，包括第一混频器N4、高通滤波器N5和三级带通滤波器N7。第一次下变频将射频信号的载频下降一定程度，但并不下降到锁相接收机之后的设备可以处理的频率(接收信号)，可以理解为中间频率部分。

在一中频部分中，第一混频器N4一方面接收二级窄带带通滤波器N3输出的射频信号，另一方面接收本振信号一，将射频信号和本振信号一相混频合成，以实现射频信号的下变频，混频后产生一中频信号。高通滤波器N5有效抑制一中频信号的镜屏干扰，只保留一中频信号的高频部分，该高频部分是包含了有效信号的部分。三级带通滤波器N7级联在高频滤波器N5之后，进一步选择一中频信号中包含接收信号频段的第三带宽，三级带通滤波器N7输出选择后的一中频信号。由于信号已经下变频，第三带宽和第一带宽或第二带宽之间没有重叠部分，三级带通滤波器N7是对一中频信号的带宽选择。

二中频部分对射频信号进行第二次下变频，包括第二混频器N8、四级带通滤波器N10和锁相环N14。第二次下变频将射频信号的载频进一步下降一定程度，下降到锁相接收机之后的设备可以处理的频率，也就是所需的不带载频的接收信号的频率。

在二中频部分中，第二混频器N8一方面接收三级带通滤波器N7输出的一中频信号，另一方面接收本振信号二，将一中频信号和本振信号二相混频合成，以实现射频信号的二次下变频，混频后产生二中频信号。四级带通滤波器N10进一步选择二中频信号中包含接收信号频段的第四带宽，由于再次的下变频，第四带宽和第一带宽、第二带宽或第三带宽之间没有重叠部分，四级带通滤波器N10是对二中频信号的带宽选择，该带宽可以差不多是接收信号所占的频带部分。锁相环N14级联在四级带通滤波器N10之后，输出锁相的接收信号。

本发明实施例的锁相接收机实现了二次变频，在此基础上，在射频前端部分、一中频部分和二中频部分设置多级级联的滤波器，实现锁相接收机的高选择性。

本发明实施例的锁相接收机电性能指标与常规的锁相接收机一致，作为各组成部分的滤波器、混频器、锁相环、倍频器、放大器等，都可以从现有的这些类的部件中获得，但是，可以选择的仅仅是独立的部件本身，本发明实现的是锁相接收机的整体系统，以及进一步的，实现的是对以上各部件的参数、性能、规格的选择，从而可以确定合适的部件以提升锁相接收机的性能。

进一步的，较为具体的，滤波器、混频器、锁相环、倍频器、放大器等各部件的参数、性能、规格的选择在下面进行详细的描述。

选择一级窄带带通滤波器N1，其第一带宽大体为200MHz，偏离中心频率±500MHz处抑制大于60dB，第一带宽的中心频率在X频段范围内，当然使得第一带宽整体包含X频段范围，第一带宽相对第二带宽是较为宽的频带，可能包含了多个不需要的频率。在一个实施例中，一级窄带带通滤波器N1例如可以为三阶腔体滤波器，插损小于0.5dB，对锁相接收机噪声系数影响较小。

选择二级窄带带通滤波器N3，其第二带宽大体为60MHz，偏离中心频率±200MHz处抑制大于80dB，第二带宽窄了很多，更精确的选择了所需的带宽，第二带宽的中心频率同样在X频段范围内，在不产生频偏的情况下，第一带宽和第二带宽的中心频率可以是相同的。在一个实施例中，二级窄带带通滤波器N3为五阶腔体滤波器，插损小于3dB。

在一个实施例中，射频前端部分还包括低噪声放大器N2，噪声系数优选小于2dB，一级窄带带通滤波器N1、低噪声放大器N2、二级窄带带通滤波器N3依次级联。

选择高通滤波器N5，其截止频率大体在120MHz，在100MHz处抑制大于30dB，在一个实施例中，高通滤波器N5例如可以为七阶的LC滤波器(无源滤波器，传统的谐波补偿装置)，可有效抑制一中频信号的镜屏干扰。

选择三级带通滤波器N7，其第三带宽大体为2MHz，偏离中心频率±10MHz处抑制大于60dB，第三带宽的中心频率根据第一次下变频后的频率确定，第一次下变频的频率根据情况可配置，由于是中频，第三带宽相对第四带宽而言还是较宽的。在一个实施例中，三级带通滤波器N7例如可以为五阶的LC滤波器，插损小于2dB。

在图1中，在高通滤波器N5和三级带通滤波器N7之间还连接一放大器N6，作用是将一中频信号进行放大。

选择四级带通滤波器N10，其第四带宽大体为60KHz，偏离中心频率±150KHz处抑制大于60dB，第四带宽的中心频率已经落在基频上了，第四带宽的范围也可以选择在接收信号范围内，选择准确的信号频率范围。在一个实施例中，四级带通滤波器N10例如可以为晶体滤波器，插损小于5dB。

根据以上滤波器的参数、性能、规格，可以定制或者选择相应滤波器，值得说明的是，以上示出的滤波器是本发明的具体实施方式，并不限制于这些参数、性能、规格的滤波器，本发明通过在二变频下的多级级联滤波器实现了锁相接收机的更高选择性，可以适应不同探测器接收地面功率有一定的变化范围的情况。

继续参看图1，锁相环N14的输出端连接第一倍频器N12，第一倍频器N12输出所述本振信号一至第一混频器N4；锁相环N14的输出端还连接第二倍频器N13，第二倍频器N13输出所述本振信号二至第二混频器N8。

进一步的，参看图2，二中频部分还包括第一自动增益控制放大器N9和第二自动增益控制放大器N11，第一自动增益控制放大器N9、四级带通滤波器N10、第二自动增益控制放大器N11依次级联，第一自动增益控制放大器N9和第二自动增益控制放大器N11的增益控制范围均大于45dB。

二中频部分设置两级自动增益控制放大器N9和N11，均设计在锁相环前，确保进入锁相环N14的输入信号幅度稳定。两级自动增益控制放大器N9和N11相互独立工作，分别设置在四级带通滤波器N10前后，两级自动增益控制放大器完全相同，增益控制范围大于45dB，两级级联使用共同实现大于90dB的动态范围，实现锁相接收机的高动态范围，并且由于两级自动增益放大器互不影响，可保证接收机的稳定可靠工作。

示例性的，锁相接收机共有两次下变频，射频前端部分的射频信号中心频率为749f0，本振信号一的中心频率为736f0，经混频后，一中频信号的中心频率为13f0，本振信号二的中心频率为12f0，经混频后，二中频信号的中心频率为f0，f0也就是参考频率，也可以说是基频，整个环路在二中频部分通过锁相环实现接收信号的频率的锁定与跟踪，锁相环N14也可以称为锁相环路。

可选的，使用运算放大器(图中未示出)将所述两级自动增益控制放大器的功率遥测电压进行合成后输出，可得到锁相接收机的接收功率遥测电压。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种X频段星载锁相接收机，其特征在于，包括射频前端部分、一中频部分和二中频部分；

所述射频前端部分包括用以接收射频信号的射频接收端；用以选择所述射频信号中包含X频段的第一带宽的一级窄带带通滤波器；级联在所述一级窄带带通滤波器之后的二级窄带带通滤波器，其在所述第一带宽中选择相对较窄的包含X频段的第二带宽，输出选择后的射频信号；

所述一中频部分包括用以将所述二级窄带带通滤波器输出的射频信号和本振信号一相混频以实现下变频的第一混频器，混频后产生一中频信号；用以抑制所述一中频信号镜屏干扰的高通滤波器；级联在所述高通滤波器之后的三级带通滤波器，其用以选择一中频信号中包含接收信号频段的第三带宽，输出选择后的一中频信号；

所述二中频部分包括用以将所述三级带通滤波器输出的一中频信号和本振信号二相混频以实现二次下变频的第二混频器，混频后产生二中频信号；用以选择二中频信号中包含接收信号频段的第四带宽的四级带通滤波器；以及级联在所述四级带通滤波器之后的锁相环，其输出锁相的接收信号。

2.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述的一级窄带带通滤波器，其第一带宽大体为200MHz，偏离中心频率±500MHz处抑制大于60dB；所述的二级窄带带通滤波器，其第二带宽大体为60MHz，偏离中心频率±200MHz处抑制大于80dB。

3.如权利要求2所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述一级窄带带通滤波器为三阶腔体滤波器，所述二级窄带带通滤波器为五阶腔体滤波器。

4.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述射频前端部分还包括低噪声放大器，所述一级窄带带通滤波器、低噪声放大器、二级窄带带通滤波器依次级联。

5.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述一中频部分的高通滤波器，其截止频率大体在120MHz，在100MHz处抑制大于30dB；所述的三级带通滤波器，其第三带宽大体为2MHz，偏离中心频率±10MHz处抑制大于60dB。

6.如权利要求5所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述一中频部分的高通滤波器为七阶的LC滤波器，所述三级带通滤波器为五阶的LC滤波器。

7.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述的四级带通滤波器为晶体滤波器，其第四带宽大体为60KHz，偏离中心频率±150KHz处抑制大于60dB。

8.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述二中频部分还包括第一自动增益控制放大器和第二自动增益控制放大器，所述第一自动增益控制放大器、四级带通滤波器、第二自动增益控制放大器依次级联，所述第一自动增益控制放大器和第二自动增益控制放大器的增益控制范围均大于45dB。

9.如权利要求1所述的X频段星载锁相接收机，其特征在于，所述锁相环的输出端连接第一倍频器，所述第一倍频器输出所述本振信号一至所述第一混频器；所述锁相环的输出端还连接第二倍频器，所述第二倍频器输出所述本振信号二至所述第二混频器。