CN109212564A - 一种s频段卫星导航信号发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种S频段卫星导航信号发射系统，包括一台S频段信号功分网络、n台S频段输出滤波器、n/2台T型输入、n/2台T型输出开关、n/2台S型输入、n/2台S型输出开关、1.5n台S频段功率放大器以及各单机之间连接的高频电缆；n为偶数；其中S频段信号功分网络将前端生成的S频段导航信号功分成n路信号，并通过每一路配置的S频段功率放大器将信号功率增强，再经过S频段输出滤波器滤除带外的杂波，实现S频段导航信号的播发；采用3：2的环备份方式，即每三台S频段功率放大器形成一个环备份，整个系统内包含n/2组环备份放大器。

Description

一种S频段卫星导航信号发射系统

所属技术领域

本发明涉及一种S频段卫星导航信号发射系统，属于卫星导航技术领域。

背景技术

卫星导航系统已逐渐成为各国重要的基础设施。目前，国际上提供服务的几大全球卫星导航系统，包括美国GPS系统、欧洲Galileo系统以及俄罗斯的GLONASS系统，播发的卫星导航信号均集中在L频段。由于L频段已经十分拥挤，因此，如何实现S频段下的导航信号播发成为了研究的热点。

我国提出在高轨IXXX试验卫星上装载S导航载荷，由于IXXX卫星轨道高度较高，使得卫星播发的S频段导航信号空间损耗更大，因此要求IXXX卫星提供更高的发射EIRP值。采用单台S频段放大器无法提供足够的发射功率，需要采用多馈源空间功率合成的方案来实现。

对于卫星导航系统而言，为了满足系统的可靠性及测距精度，如何实现含有冗余备份射频通道间的绝对相移一致性(即载波相位一致，且载波周期数相同)就成了急需解决的关键技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种S频段卫星导航信号发射系统设计方法，实现了我国S频段导航信号发射系统关键技术的突破。

本发明的技术解决方案是：一种S频段卫星导航信号发射系统，包括一台S频段信号功分网络、n台S频段输出滤波器、n/2台T型输入、n/2台T型输出开关、n/2台S型输入、n/2台S型输出开关、1.5n台S频段功率放大器以及各单机之间连接的高频电缆；n为偶数；其中S频段信号功分网络将前端生成的S频段导航信号功分成n路信号，并通过每一路配置的S频段功率放大器将信号功率增强，再经过S频段输出滤波器滤除带外的杂波，实现S频段导航信号的播发；采用3：2的环备份方式，即每三台S频段功率放大器形成一个环备份，整个系统内包含n/2组环备份放大器。

所述T型输入、输出开关采用双刀三置开关。

所述S型输入、输出开关采用单刀双置开关。

在所述每一组环备份放大器中，由一个T型输入开关连接第一个放大器和第二个放大器的输入端，由一个T型输出开关连接第一个放大器和第二个放大器的输出端；由一个S型输入开关连接第三个放大器的输入端和T型输入开关的一个输入端，由一个S型输出开关连接第三个放大器的输出端和T型输出开关的一个输出端；根据需求对开关状态进行设置，实现系统中S频段功率放大器3:2的环备份。

所述S频段功分网络各个输出端口具有相位一致性；所述S频段功率放大器具有相位一致性；所述S频段输出滤波器具有相位一致性。

所述S频段功率放大器输入端选择同一规格型号小功率电缆MCJ-205A，S频段功率放大器输出端选择同一规格型号大功率电缆MCJ-311A。

所述S频段功率放大器输入端电缆在不同配置下长度均相等，即信号功分网络到每台T型输入开关的电缆长度相等，信号功分网络到每台S型输入开关的电缆长度相等，每台T型输入开关到S频段功率放大器输入端口的电缆长度相等，T型输入开关和S型输入开关之间的电缆长度相等，每台S型输入开关到S频段功率放大器输入端口的电缆长度相等。

每条通道信号功分网络到输入开关的电缆长度与输入开关到S频段功率放大器的电缆长度相加为相同的值。

所述S频段功率放大器输出端电缆在不同配置下长度均相等，即输出滤波器到每台T型输出开关的电缆长度相等，输出滤波器到每台S型输出开关的电缆长度相等，每台T型输出开关到S频段功率放大器输出端口的电缆长度相等，T型输出开关和S型输出开关之间的电缆长度相等，每台S型输出开关到S频段功率放大器输出端口的电缆长度相等，每台输出滤波器到系统输出端口的电缆长度相等。

每条通道S频段功率放大器到输出开关的电缆长度与输出开关到输出滤波器和输出滤波器到系统输出端口的电缆长度相加为相同的值。

本发明的优点在于：采用了信号功分网络、功率放大器、输出滤波器构成S导航信号的发射通道，通过S开关和T开关的配置，实现各路射频通道的多种配置。为了满足各通道间绝对相移一致性的要求，对各台单机进行相位一致性的约束，对单机间的高频电缆进行设计和长度匹配，以满足不同配置下各个通道的相位要求。

多通道的配置，增强了S频段导航信号的发射功率，从而解决了高轨卫星EIRP不足的问题。系统内S型开关和T型开关的搭配，实现了通道内的冗余备份，极大的增加了系统的可靠性。通过对各单机的相位约束以及高频电缆的长度设计，使得S频段导航发射信号满足测距精度的指标要求。

通过本专利的系统设计，实现了S频段导航信号发射系统关键技术的突破，成功完成了我国高轨卫星S频段导航信号的首次播发，解决了国际上L频段的拥挤问题对我国卫星事业发展造成的困扰。本专利设计方法巧妙，能扩展到其他频段不同通道数量的系统，适用于卫星导航、通信等有效载荷的设计，具有广阔的市场前景和应用价值。

附图说明

图1为S频段导航信号发射系统设计框图。

具体实施方式

(1)如图1所示，系统内配置1.5n台S频段放大器，对S频段功率放大器采用n/2组3:2的备份方式，其中第二S频段功率放大器对第一S频段功率放大器和第三S频段功率放大器备份，第五S频段功率放大器对第四S频段功率放大器和第六S频段功率放大器备份，第1.5n-1台S频段功率放大器对第1.5n-2台S频段功率放大器和第1.5n台S频段功率放大器备份，各台S频段功率放大器之间的备份通过输入、输出的T开关或S开关实现。通过以上备份方式，可以实现多种射频通道配置。

(2)对系统中的单机进行如下设计：

1)要求S频段功分网络各个输出端口具有相位一致性；

2)1.5n台S频段放大器具有相位一致性；

3)n台S频段输出滤波器具有相位一致性。

(3)对单机间高频电缆进行选型和如下设计：

1)各台S频段功率放大器输入端选择同一规格型号小功率电缆MCJ-205A，各台S频段功率放大器输出端选择同一规格型号大功率电缆MCJ-311A；

2)设计高频电缆长度，使S频段功率放大器输入端各个通道多种配置下电缆长度相等，S频段功率放大器输出端各个通道在多种配置下电缆长度相等；

3)如附图1所示，选择输入切换开关与S频段功率放大器之间的电缆b1～bn、b1,2、b3,4、b n-1,n以及输入T开关及S开关之间的电缆c1,2、c3,4、c n-1,n作为配相电缆，必要时通过调整相应电缆长度进行信号相位调整。

电缆长度详细设计如下所示：

c1,2＝c3,4＝…＝c n-1,n＝C…………………………………………………(1)

a1＝a3＝…＝a n-1＝A…………………………………………………………(2)

a2＝a4＝…＝a n＝A-C………………………………………………………(3)

b1＝b1,2＝b3＝b3,4＝…＝b n-1＝b n-1,n＝B…………………………………(4)

b2＝b4＝…＝b n＝B+C………………………………………………………(5)

g1,2＝g3,4＝…＝g n-1,n＝G…………………………………………………(6)

d1＝d1,2＝d3＝d3,4＝…＝d n-1＝d n-1,n＝D………………………………(7)

d2＝d4＝…＝d n＝D+G………………………………………………………(8)

f1＝f3＝…＝f n-1＝F…………………………………………………………(9)

f2＝f4＝…＝f n＝F-G………………………………………………………(10)

h1＝h2＝h3＝h4＝…＝h n-1＝h n＝H………………………………………(11)

其中，a1～a n、b1～b n、b1,2、b3,4、b n-1,n、c1,2、c3,4、c n-1,n、d1～dn、d1,2、d3,4、d n-1,n、f1～fn、g1,2、g3,4、g n-1,n、h1～h n代表单机间的连接电缆(为方便统计电缆长度及说明连接关系)，A、B、C、D、F、G、H分别代表电缆长度。

由式(1)～(5)可得各个通道在不同配置下从S功分网络输出至S频段功率放大器输入电缆总长度均为A+B，由式(6)～(11)可知各个通道在不同配置下从S频段功率放大器输出端电缆总长度均为D+F+H，即各通道在不同配置下输入端、输出端以及整个通道电缆总长度均相等。

在对不同配置下各个通道绝对相移进行全面测试以后，通过调整配相电缆b1～bn、b1,2、b3,4、b n-1,n以及c1,2、c3,4、c n-1,n的长度，使得在不同配置下各个通道的绝对相移一致性满足要求。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：包括一台S频段信号功分网络、n台S频段输出滤波器、n/2台T型输入、n/2台T型输出开关、n/2台S型输入、n/2台S型输出开关、1.5n台S频段功率放大器以及各单机之间连接的高频电缆；n为偶数；其中S频段信号功分网络将前端生成的S频段导航信号功分成n路信号，并通过每一路配置的S频段功率放大器将信号功率增强，再经过S频段输出滤波器滤除带外的杂波，实现S频段导航信号的播发；采用3：2的环备份方式，即每三台S频段功率放大器形成一个环备份，整个系统内包含n/2组环备份放大器。

2.根据权利要求1所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述T型输入、输出开关采用双刀三置开关。

3.根据权利要求1所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述S型输入、输出开关采用单刀双置开关。

4.根据权利要求1所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：在所述每一组环备份放大器中，由一个T型输入开关连接第一个放大器和第二个放大器的输入端，由一个T型输出开关连接第一个放大器和第二个放大器的输出端；由一个S型输入开关连接第三个放大器的输入端和T型输入开关的一个输入端，由一个S型输出开关连接第三个放大器的输出端和T型输出开关的一个输出端；根据需求对开关状态进行设置，实现系统中S频段功率放大器3:2的环备份。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述S频段功分网络各个输出端口具有相位一致性；所述S频段功率放大器具有相位一致性；所述S频段输出滤波器具有相位一致性。

6.根据权利要求5任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述S频段功率放大器输入端选择同一规格型号小功率电缆MCJ-205A，S频段功率放大器输出端选择同一规格型号大功率电缆MCJ-311A。

7.根据权利要求5任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述S频段功率放大器输入端电缆在不同配置下长度均相等，即信号功分网络到每台T型输入开关的电缆长度相等，信号功分网络到每台S型输入开关的电缆长度相等，每台T型输入开关到S频段功率放大器输入端口的电缆长度相等，T型输入开关和S型输入开关之间的电缆长度相等，每台S型输入开关到S频段功率放大器输入端口的电缆长度相等。

8.根据权利要求7任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：每条通道信号功分网络到输入开关的电缆长度与输入开关到S频段功率放大器的电缆长度相加为相同的值。

9.根据权利要求5任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：所述S频段功率放大器输出端电缆在不同配置下长度均相等，即输出滤波器到每台T型输出开关的电缆长度相等，输出滤波器到每台S型输出开关的电缆长度相等，每台T型输出开关到S频段功率放大器输出端口的电缆长度相等，T型输出开关和S型输出开关之间的电缆长度相等，每台S型输出开关到S频段功率放大器输出端口的电缆长度相等，每台输出滤波器到系统输出端口的电缆长度相等。

10.根据权利要求9任一所述的一种S频段卫星导航信号发射系统，其特征在于：每条通道S频段功率放大器到输出开关的电缆长度与输出开关到输出滤波器和输出滤波器到系统输出端口的电缆长度相加为相同的值。