CN110365364A - 一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机，其射频通道的发射支路中设置了高低轨兼容输出模块，该模块中设置了功率放大器，且该功率放大器可接受外部指令实施上电或断电，当该卫星应答机用于高轨道时，功率放大器上电；当该卫星应答机用于低轨道时，功率放大器断电。通过上述方式，该卫星应答机可兼容高低轨卫星，实现通用化。

Description

一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机
技术领域
本发明属于航天测控通信设计领域，尤其涉及一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机。
背景技术
卫星应答机在航天测控中起了异常重要的纽带作用，接收地面上行遥控信号和测距信号，完成解调、解扩、测距、测速功能；完成调制、放大、转发下行遥测信号和下行测量信号。应答机产品通常包含中频处理机，二次电源、射频通道等。其中，射频通道主要完成将射频信号的接收与发射。
以往针对不同卫星型号任务的需求，根据应答机的工作频率，需定制不同的应答机射频通道，不但各项成本非常高，而且研制周期流程也很长。
发明内容
本发明的目的是提供一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机，采用通用化设计，可兼容高低轨卫星。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种卫星应答机的射频通道，包括：
接收支路用于接收处理对地射频信号，输出模拟中频信号给所述卫星应答机的数字处理模块；
发射支路用于接收处理所述数字处理模块发送的两路扩频基带数字信号，输出所述已调制的射频信号给外部天线；
本振支路用于接收处理所述数字处理模块发送的参考信号，输出所述接收支路、所述发射支路所需的本振信号；
其中，所述发射支路包括高低轨兼容输出模块，所述高低轨兼容输出模块包括功分器、功率放大器、合路器，所述功分器把所述已调制的射频信号分成两路信号，分别发送给所述合路器、所述功率放大器，通过所述功率放大器的信号最终进入所述合路器；
所述功率放大器接收外部指令，实施上电/断电；所述功率放大器上电状态下，所述卫星应答机用于高轨道卫星；所述功率放大器断电状态下，所述卫星应答机用于低轨道卫星。
根据本发明一实施例，所述发射支路还包括I路基带滤波器、Q路基带滤波器、发射调制模块、声表滤波器；
所述两路扩频基带数字信号分别为I路扩频基带数字信号、Q路扩频基带数字信号，所述I路基带滤波器为低通滤波器，对所述I路扩频基带数字信号进行滤波；所述Q路基带滤波器为低通滤波器，对所述Q路扩频基带数字信号进行滤波；
所述发射调制模块为集成模块，用于对正交I、Q路扩频基带数字信号进行多模式调制、上变频处理；
所述声表滤波器对所述发射调制模块发送的所述调制射频信号进行滤波。
根据本发明一实施例，所述发射调制模块包括I/Q两路混频输出数控衰减器；
所述I/Q两路混频输出数控衰减器通过调整衰减值来选择调制方式：当I路衰减值与Q路衰减值相等时，选择QPSK调制方式；当I路衰减值小于Q路衰减值6dB时，选择4:1UQPSK调制方式；当I路衰减值小于Q路衰减值超出34dB时，选择BPSK调制方式。
根据本发明一实施例，所述发射调制模块还包括射频放大器，所述射频放大器采用工作频段覆盖S波段的放大器。
根据本发明一实施例，所述接收支路包括接收变频模块、第一中频滤波器、中频AGC模块、第二中频滤波器；
所述接收变频模块用于对所述对地射频信号进行下变频，得到中频信号；所述第一中频滤波器采用声表滤波器对所述中频信号进行滤波；所述中频AGC模块与所述第一中频滤波器的出口相连，用于提高所述中频信号接收的动态范围；所述第二中频滤波器采用声表滤波器对所述中频信号作进一步的滤波。
根据本发明一实施例，所述接收变频模块采用MCM技术集成组装在一块多层互连基板上，封装成一个模块。
根据本发明一实施例，所述本振支路包括参考滤波器、本振模块、第一功率放大器、功分器；
所述参考滤波器采用低通滤波器，对所述数字处理模块发送的参考信号进行滤波；
所述本振模块为集成模块，对所述参考信号进行锁相倍频处理；
所述第一功率放大器用于提高经锁相倍频处理后的所述参考信号的功率；
所述功分器用于把经功率放大后的所述参考信号分成两路信号，分别发送给所述接收支路的接收变频模块、所述发射支路的发射调制模块，实现所述接收支路、所述发射支路共用一个本振信号。
根据本发明一实施例，所述本振模块包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、第二功率放大器；所述参考信号依次通过所述鉴相器、所述环路滤波器、所述压控振荡器、所述第二功率放大器，输出对所述参考信号锁相倍频后的射频信号。
根据本发明一实施例，所述本振模块中的各器件集成组装在一块多层互连基板上，封装成一个模块。
本发明还提供了一种卫星应答机，包括上述任一实施例中的卫星应答机的射频通道。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道，由于在发射支路中设置了高低轨兼容输出模块，该模块中设置了功率放大器，且该功率放大器可接受外部指令实施上电或断电，当该卫星应答机用于高轨道时，功率放大器上电；当该卫星应答机用于低轨道时，功率放大器断电。通过上述方式，该卫星应答机可兼容高低轨卫星，实现通用化。
2)本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道，由于在发射支路中可接收数字处理模块发送的两路扩频基带数字信号，且设置了多模式调制方式可选的发射调制模块，实现了在扩频体制下的射频信号的接收、扩频信号的多种模式可选的调制信号发射。
3)本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道，由于接收支路、发射支路、本振支路均采用集成模块，使卫星应答机小型化、轻型化。
4)本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道，由于采用统一的硬件架构，通过更换具有不同滤波频点的滤波器和更改数字处理模块输出的参考信号的频率，即可达到通用化的设计目的。
5)本发明一实施例中的卫星应答机，其射频通道采用通用化的设计，不但可以有效缩短应答机的开发周期，而且可以降低应答机的开发成本。
附图说明
图1为本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道的结构框图；
图2为本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的接收支路的结构框图；
图3为本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的接收支路中的接收变频模块的结构框图；
图4为本发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的发射支路的结构框图；
图5为发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的发射支路中的发射调制模块的结构框图；
图6为发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的发射支路中的高低轨兼容输出模块的结构框图；
图7为发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的本振支路的结构框图；
图8为发明一实施例中的卫星应答机的射频通道中的本振支路中本振模块的结构框图；
图9为发明一实施例中的卫星应答机的射频通道的尺寸图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种射频通道及包含该射频通道的卫星应答机作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例一
如图1所示，本发明提供的卫星应答机的射频通道，包括：接收支路，用于接收处理对地射频信号，输出模拟中频信号给卫星应答机的数字处理模块；发射支路，用于接收处理数字处理模块发送的两路扩频基带数字信号，输出已调制的射频信号给外部天线；本振支路，用于接收处理数字处理模块发送的参考信号，输出接收支路、发射支路所需的本振信号。
其中，发射支路包括高低轨兼容输出模块，该高低轨兼容输出模块包括功分器、功率放大器、合路器，功分器把已调制的射频信号分成两路信号，分别发送给合路器、功率放大器，通过功率放大器的信号最终进入合路器。
该功率放大器接收外部指令，实施上电/断电。功率放大器上电状态下，卫星应答机用于高轨道卫星；功率放大器断电状态下，卫星应答机用于低轨道卫星。轨道对地高度在两千公里以下为低轨道，轨道对地高度在两千至两万公里以下为高轨道。
具体的，如图2所示，该卫星应答机的射频通道中的接收支路，从左到右依次包括第一射频滤波器、低噪声放大器、第二射频滤波器、接收变频模块、第一中频滤波器、中频AGC模块、固定衰减器(ATT)、功率放大器(AMP)以及第二中频滤波器。其中，第一射频滤波器采用介质滤波器用于对射频接收信号进行预选滤波；低噪声放大器采用混合集成平衡LNA用于对射频接收信号进行低噪声放大；第二射频滤波器采用声表滤波器用于实现对接收射频信号中镜像干扰信号的抑制；接收变频模块采用混合集成模块的方式实现对射频接收信号的下变频功能，并输出中频信号；第一中频滤波器、第二中频滤波器均采用声表滤波器对接收变频模块输出的中频信号中的本振信号、交调分量等干扰信号进行滤除；中频AGC模块为混合集成模块用于提高中频信号接收的动态范围。
该接收变频模块，如图3所示，从左到右、从上到下依次包括第一射频衰减器、射频放大器、第二射频衰减器、混频器、本振衰减器、本振放大器、中频滤波器、中频放大器。射频信号RF依次经过第一射频衰减器、射频放大器、第二射频衰减器后与本振信号LO在混频器中混频，输出中频信号IF。本模块采用MCM技术将第一射频衰减器、射频放大器、第二射频衰减器、混频器、本振衰减器、本振放大器、中频滤波器、中频放大器进行高度集成组装到同一块多层互连基板上，然后封装成一个模块。
如图4所示，该卫星应答机的射频通道中的发射支路从左到右、从上到下依次包括Q路基带滤波器、I路基带滤波器、发射调制模块、固定衰减器、发射滤波器、高低轨兼容输出模块。该I、Q路基带滤波器均采用LC低通滤波器，用于对卫星应答机中的数字处理模块发送的I、Q两路扩频基带数字信号进行滤波。而发射调制模块为混合集成模块，用于对I、Q正交两路扩频基带数字信号实现多模式可选方式调制、上变频滤波处理。发射滤波器采用声表滤波器对发射调制模块输出的已调制的射频信号进行滤波处理。高低轨兼容输出模块可使发出的射频信号的功率兼容高轨道卫星和低轨道卫星。
该发射调制模块，如图5所示，从右到左依次包括第一本振衰减器、本振放大器、第二本振衰减器、90°电桥、本振I/Q两路衰减器、I/Q混频器、I/Q两路混频输出数控衰减器、合路器、第一级射频衰减器、射频放大器、射频滤波器、第二级射频衰减器。其中，第一本振衰减器、本振放大器、第二本振衰减器、本振I/Q两路衰减器用于调试时设定I、Q正交两路本振信号的功率。而90°电桥是用于实现本振信号正交化；混频器用于实现I/Q两路扩频基带信号上变频；I/Q两路混频输出数控衰减器用于选择调制方式，通过调整数控衰减器的衰减值来选择调制方式：当Q路衰减值与I路衰减值相等时选择QPSK调制模式；当Q路衰减值大于I路衰减值6dB时选择4:1UQPSK；当Q路衰减值大于I路衰减值34dB时调制方式近似BPSK模式。合路器用于实现I/Q两路已调制射频信号的时域相加；第一级射频衰减器、射频放大器、第二级射频衰减器用于调整射频信号的功率，考虑到通用化设计的需求，射频放大器选用工作频段覆盖S波段的器件，射频滤波器具有覆盖整个S波段的滤波通带。
该高低轨兼容输出模块，如图6所示，包括功分器、功率放大器、合路器。功分器用于把射频发射信号的分成两路信号，其中一路信号直通至合路器的一端，另一路信号经功率放大器再至合路器的另一端。该功率放大器用于实现28dBm高功率射频信号的输出，并通过指令实现功放的通断电。合路器用于实现直通支路与功放支路的射频发射信号的合路。其中，在低轨道卫星应答机中功放电路断电，在高轨道卫星应答机中功放电路通电。
如图7所示，该卫星应答机的射频通道中的本振支路从左到右依次包括参考滤波器、固定衰减器、功率放大器、本振模块(PLS)、功分器。参考滤波器采用LC滤波器，用于对卫星应答机的数字处理模块发送的参考信号进行滤波处理；本振模块(PLS)为混合集成模块，用于对该参考信号进行锁相倍频；功率放大器采用国产器件，提高该参考信号的功率；功分器用于把该参考信号分为两路参考信号，分别发送给接收支路的接收变频模块、发射支路的发射调制模块，实现接收支路与发射支路共用本振参考信号。
该本振模块，如图8所示，包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器(VCO)以及功率放大器，参考信号依次通过鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、功率放大器，输出对参考信号锁相倍频后的射频信号。本发明采用MCM技术将鉴相器、环路滤波器、压控振荡器以及功率放大器进行高度集成组装到同一块多层互连基板上，然后封装成一个本振模块。
如图9所示，该卫星应答机的射频通道的外形尺寸以毫米为单位，其长度最小为137mm，最大为139mm；其宽度最小为78mm，最大为80mm；其高度最小为19.4mm，最大为19.6mm。按上述尺寸制作的射频通道体积小，装量轻，采用该射频通道，使得卫星应答机小型化、轻型化，满足星载设备对体积及重量的要求。
下面简要介绍一下本发明卫星应答机的射频通道的工作原理，具体如下：
应答机一般由数字处理模块、射频通道以及二次电源模块等组成。其中数字处理模块进行收发中频信号的处理运算，二次电源模块则将一次电源变换至应答机各模块所需的各种工作电源。
在对应答机的射频通道上电前，需要根据卫星型号要求，对高低轨兼容输出模块进行指令施配，选择该模块中的功放是否上电。
应答机的射频通道上电后，天线接收上行遥控信号和上行测距信号(对地)，经高频馈线传送到射频通道接收支路，经低噪放大，滤波和下变频处理，输出模拟中频信号到应答机的数字处理模块。
在应答机射频通道的本振支路中，接收来自应答机数字处理模块中的DAC输出的本振数字信号，经滤波、放大、本振模块及功分输出至接收变频模块和发射调制模块，共同作为接收下变频与发射上变频的本振信号。
在应答机射频通道的发射支路中，接收来自应答机数字处理模块的I/Q路扩频基带数字信号，经滤波、发射调制模块、射频滤波以及高低轨兼容输出模块将已调射频信号发射至天线。其中，发射调制模块支持多种PSK调制方式。
实施例二
本发明还提供了一种卫星应答机，包括上述实施例一中描述的射频通道。该卫星应答机采用上述射频通道，无需根据卫星型号，定制不同的应答机，可兼容高、低轨卫星，工作频段覆盖S波段；其通用化的设计，不但可以有效缩短应答机的开发周期，而且可以降低应答机的开发成本。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种卫星应答机的射频通道，其特征在于，包括：
接收支路，用于接收处理对地射频信号，输出模拟中频信号给所述应答机的数字处理模块；
发射支路，用于接收处理所述数字处理模块发送的两路扩频基带数字信号，输出已调制的射频信号给外部天线；
本振支路，用于接收处理所述数字处理模块发送的参考信号，输出所述接收支路、所述发射支路所需的本振信号；
其中，所述发射支路包括高低轨兼容输出模块，所述高低轨兼容输出模块包括功分器、功率放大器、合路器，所述功分器把所述已调制的射频信号分成两路信号，分别发送给所述合路器、所述功率放大器，通过所述功率放大器的信号最终进入所述合路器；
所述功率放大器接收外部指令，实施上电/断电；所述功率放大器上电状态下，所述卫星应答机用于高轨道卫星；所述功率放大器断电状态下，所述卫星应答机用于低轨道卫星。
2.如权利要求1所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述发射支路还包括I路基带滤波器、Q路基带滤波器、发射调制模块、声表滤波器；
所述两路扩频基带数字信号分别为I路扩频基带数字信号、Q路扩频基带数字信号，所述I路基带滤波器为低通滤波器，对所述I路扩频基带数字信号进行滤波；所述Q路基带滤波器为低通滤波器，对所述Q路扩频基带数字信号进行滤波；
所述发射调制模块为集成模块，用于对正交I、Q路扩频基带数字信号进行多模式调制、上变频处理；
所述声表滤波器对所述发射调制模块发送的所述调制射频信号进行滤波。
3.如权利要求2所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述发射调制模块包括I/Q两路混频输出数控衰减器；
所述I/Q两路混频输出数控衰减器通过调整衰减值来选择调制方式：当I路衰减值与Q路衰减值相等时，选择QPSK调制方式；当I路衰减值小于Q路衰减值6dB时，选择4:1UQPSK调制方式；当I路衰减值小于Q路衰减值超出6dB时，选择BPSK调制方式。
4.如权利要求3所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述发射调制模块还包括射频放大器，所述射频放大器采用工作频段覆盖S波段的放大器。
5.如权利要求1所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述接收支路包括接收变频模块、第一中频滤波器、中频AGC模块、第二中频滤波器；
所述接收变频模块用于对所述对地射频信号进行下变频，得到中频信号；所述第一中频滤波器采用声表滤波器对所述中频信号进行滤波；所述中频AGC模块与所述第一中频滤波器的出口相连，用于提高所述中频信号接收的动态范围；所述第二中频滤波器采用声表滤波器对所述中频信号作进一步的滤波。
6.如权利要求5所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述接收变频模块采用MCM技术集成组装在一块多层互连基板上，封装成一个模块。
7.如权利要求1所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述本振支路包括参考滤波器、本振模块、第一功率放大器、功分器；
所述参考滤波器采用低通滤波器，对所述数字处理模块发送的参考信号进行滤波；
所述本振模块为集成模块，对所述参考信号进行锁相倍频处理；
所述第一功率放大器用于提高经锁相倍频处理后的所述参考信号的功率；
所述功分器用于把经功率放大后的所述参考信号分成两路信号，分别发送给所述接收支路中的接收变频模块、所述发射支路的发射调制模块。
8.如权利要求7所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述本振模块包括鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、第二功率放大器；所述参考信号依次通过所述鉴相器、所述环路滤波器、所述压控振荡器、所述第二功率放大器，输出对所述参考信号锁相倍频后的射频信号。
9.如权利要求8所述的卫星应答机的射频通道，其特征在于，所述本振模块中的各器件集成组装在一块多层互连基板上，封装成一个模块。
10.一种卫星应答机，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任意一项所述的卫星应答机的射频通道。
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