CN110581714B - 一种星用全双工vdes系统射频接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星用全双工VDES系统射频接收机，用于卫星甚高频数据交换系统中，该系统为全双工工作模式，接收机和发射机同时工作且共用收发天线，工作时发射信号会串扰至接收机。根据VDES系统中接收和发射信号频率特性，接收信号有两个频段，发射频段介于两段接收频段中间，发射频段与接收频段的频率间隔很小，且发射信号功率很大，为避免发射机对接收产生影响，需要在接收机前级中将发射信号进行抑制。本发明为超外差式下变频接收机，在接收机前级采用双工器将发射信号进行一定程度抑制，避免接收机内部放大器饱和或者接收机阻塞，接收信号下变频后在中频采用窄带滤波器的方式将发射信号进行完全抑制，避免射频频段窄带滤波器设计技术难点。

Description

一种星用全双工VDES系统射频接收机
技术领域
本发明涉及VHF频段接收机技术领域，特别涉及一种星用全双工VDES系统射频接收机。
背景技术
目前，国际海事业务主要使用VHF频段，根据国际电信联盟修改的《无线电规则》中相关规定，甚高频数据交换系统(VDES:VHF Data Exchange System)中卫星所使用的频率方案之一为上行信号156.775～157.325MHz和161.8～162.025MHz，下行信号频率范围为160.9825～161.4875MHz，其中两个上行频段均存在上行信号。
根据VDES后续发展建议要求，卫星设备与船舶的通信为全双工模式，即卫星上VDES系统中接收机和发射机同时工作，且共用一副收发天线。收发天线共用系统中一般使用环形器进行收发信号的隔离，VHF频段环形器各端口的隔离度典型值为25dB，考虑到发射信号功率一般不低于+30dBm，接收机最小信号电平为-110dBm，需要在接收机中将发射信号进行抑制，确保接收机正常工作。
由于VDES系统中上行频率与下行频率最小间隔为325kHz，若在接收机中仅使用滤波器将发射信号进行抑制，对滤波器矩形系数要求极高，需要使用多个滤波器，体积较大。另外，为保证接收机正常工作，需在接收机第一级放大器前将发射信号进行有效抑制，保证接收机不饱和、阻塞，且不能对接收机的噪声系数有较大影响。
本发明所设计的接收机，其内部环形器输出端连接双工器，该双工器内部等效为两路并联窄带带通滤波器，通过该双工器可以在两个接收频段内均将发射信号进行一定抑制，避免射频频段带阻滤波器设计技术难点，从而确保低噪声放大器不会饱和压缩，也不会带来的任何非线性，通过混频器将射频信号进行下变频，在中频频段使用窄带滤波器将发射信号进行完全抑制，可有效降低带通滤波器设计难度。
目前公开报道的同类型VDES系统大多为半双工模式，接收机和发射机不同时工作，发射机不会对接收机产生影响，因此也不需要在接收机中对发射信号进行抑制。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种星用全双工VDES系统射频接收机，针对VDES系统收发频率特性，设计出一种VHF频段接收机，该接收机可以将发射频段大功率信号进行有效抑制，确保接收机内部各器件均能工作在线性状态，保证接收机后级的解调性能。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种星用全双工VDES系统射频接收机，包括：
环形器，输入端连接收发天线和发射信号，输出端连接收发天线和双工器，用于将接收信号传输至接收通道的双工器，同时将发射信号传输至收发天线；
双工器，输入端连接所述环形器的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输入端，用于将输入宽带信号耦合输出两路窄带信号，同时将发射信号进行一定幅度抑制；
第一低噪声放大器，输入端连接所述双工器的第一输出端，输出端连接第一合路器的第一输入端，用于将所述双工器输出的第一窄带信号进行放大；
第二低噪声放大器，输入端连接所述双工器的第二输出端，输出端连接第一合路器的第二输入端，用于将所述双工器输出的第二窄带信号进行放大；
第一合路器，第一输入端和第二输入端分别连接所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出端，输出端连接第一放大器的输入端，用于将所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出进行合路；
第一放大器，输入端连接所述第一合路器的输出端，输出端连接第一带通滤波器的输入端，用于将所述第一合路器的输出信号进行放大；
第一带通滤波器，输入端连接所述第一放大器的输出端，输出端连接混频器的输入端，用于将接收机镜频噪声和干扰信号进行抑制；
混频器，输入端连接所述第一带通滤波器的输出端，并同时连接外部本振信号，输出端连接功分器的输入端，用于将接收信号进行下变频从而得到中频信号；
功分器，输入端连接所述混频器的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第二带通滤波器和第三带通滤波器的输入端，用于将经过所述混频器处理后的中频信号功分两路分别连接至第二带通滤波器和第三带通滤波器；
第二带通滤波器，输入端连接所述功分器的第一输出端，输出端连接第二合路器的第一输入端，用于接收第一频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；
第三带通滤波器，输入端连接所述功分器的第二输出端，输出端连接第二合路器的第二输入端，用于接收第二频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；
第二合路器，第一输入端和第二输入端分别连接所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的输出端，用于将所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的输出进行合路。
进一步的，还包括第二放大器，所述第二放大器的输入端连接所述混频器的输出端，输出端连接所述功分器的输入端，用于将所述混频器输出的中频信号进行放大。
进一步的，还包括滤波器，所述滤波器的输入端连接所述第二放大器的输出端，输出端连接所述功分器的输入端，用于将经过所述第二放大器放大后的中频信号进行滤波处理。
进一步的，还包括第三放大器，所述第三放大器的输入端连接所述第二合路器的输出端，用于将所述第二合路器的中频信号进行放大输出。
优选的，所述环形器共有三个端口，端口隔离度25dB，端口驻波1.2，插损0.5dB。
优选的，所述双工器的第一输出端的端口频带范围为156.775～157.325MHz，所述双工器的第二输出端的端口频带范围为161.8MHz～162.025MHz，所述双工器的两个输出端端口链路插损小于1dB，其两个输出端对发射频率抑制度大于20dB。
优选的，所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的噪声系数小于2dB，增益20dB。
优选的，所述第一带通滤波器的带宽为7MHz，镜频抑制度大于30dB。
优选的，所述本振信号的本振频率为150MHz。
优选的，所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的通带频率分别为6.775MHz～7.325MHz和11.8MHz～12.025MHz，所述第二带通滤波器采用声表滤波器，所述第三带通滤波器采用晶体滤波器。
优选的，所述第二带通滤波器的带宽与第一频带接收信号的带宽相同，所述第三带通滤波器的带宽与第二频带接收信号的带宽相同。
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：
本发明一种星用全双工VDES系统射频接收机，采用的设计方法是在射频设计双工器，通过双工器将两个接收频段信号滤波提取出来，同时将发射信号进行一定抑制，确保发射干扰信号不会造成接收机内部元器件饱和失真、通道阻塞等情况，通过下变频将接收信号转换至中频，在频率较低的中频使用窄带滤波器将发射信号完全进行抑制，避免射频频段窄带滤波器设计所存在的技术难点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一种星用全双工VDES系统射频接收机框图；
图2是本发明一种星用全双工VDES系统射频接收机双工器内部等效框图。
【主要符号说明】
1-环形器；
2-双工器；
3-第一低噪声放大器；
4-第二低噪声放大器；
5-第一合路器；
6-第一放大器；
7-第一带通滤波器；
8-混频器；
9-第二放大器；
10-滤波器；
11-功分器；
12-第二带通滤波器；
13-第三带通滤波器；
14-第二合路器；
15-第三放大器。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例公开了一种星用全双工VDES系统射频接收机，包括：
环形器1，输入端连接收发天线和发射信号，输出端连接收发天线和双工器2，用于将接收信号传输至接收通道的双工器2，同时将发射信号传输至收发天线；本实施例中，接收信号和发射信号共用一副收发天线，所述甚高频数据交换系统中接收信号与发射信号频率范围为156MHz～162MHz，所述接收机中接收信号和发射信号同时存在，所述接收信号有两个频段。优选的，所述环形器1共有三个端口，端口隔离度25dB，端口驻波1.2，插损0.5dB。
双工器2，输入端连接所述环形器1的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第一低噪声放大器3和第二低噪声放大器4的输入端，用于将输入宽带信号耦合输出两路窄带信号，同时将发射信号进行一定幅度抑制；本实施例中，双工器2等效框图如附图2所示，内部等效为两路并联的窄带滤波器，通过双工器2可以将VDES两个接收频段信号分别滤波提取出来，同时将发射信号进行一定幅度抑制。所述双工器2的第一输出端的端口频带范围为156.775～157.325MHz，所述双工器2的第二输出端的端口频带范围为161.8MHz～162.025MHz，所述双工器2的两个输出端端口链路插损小于1dB，其两个输出端对发射频率抑制度大于20dB。
第一低噪声放大器3，输入端连接所述双工器2的第一输出端，输出端连接第一合路器5的第一输入端，用于将所述双工器2输出的第一窄带信号进行放大；
第二低噪声放大器4，输入端连接所述双工器2的第二输出端，输出端连接第一合路器5的第二输入端，用于将所述双工器2输出的第二窄带信号进行放大；本实施例中，所述第一低噪声放大器3和第二低噪声放大器4，两个器件参数一样，噪声系数小于2dB，增益20dB。
第一合路器5，第一输入端和第二输入端分别连接所述第一低噪声放大器3和第二低噪声放大器4的输出端，输出端连接第一放大器6的输入端，用于将所述第一低噪声放大器3和第二低噪声放大器4的输出进行合路；
第一放大器6，输入端连接所述第一合路器5的输出端，输出端连接第一带通滤波器7的输入端，用于将所述第一合路器5的输出信号进行放大；
第一带通滤波器7，输入端连接所述第一放大器6的输出端，输出端连接混频器8的输入端，用于将接收机镜频噪声和干扰信号进行抑制；本实施例中，所述第一带通滤波器7的带宽为7MHz，镜频抑制度大于30dB。
混频器8，输入端连接所述第一带通滤波器7的输出端，并同时连接外部本振信号，输出端连接功分器11的输入端，用于将接收信号进行下变频从而得到中频信号；本实施例中，所述本振信号的本振频率为150MHz。
功分器11，输入端连接所述混频器8的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第二带通滤波器12和第三带通滤波器13的输入端，用于将经过所述混频器8处理后的中频信号功分两路分别连接至第二带通滤波器12和第三带通滤波器13；
第二带通滤波器12，输入端连接所述功分器11的第一输出端，输出端连接第二合路器14的第一输入端，用于接收第一频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；即，所述第二带通滤波器12的带宽与第一频带接收信号的带宽相同。本实施例中，所述第二带通滤波器12的通带频率(1dB)为6.775MHz～7.325MHz，所述第二带通滤波器12采用声表滤波器。
第三带通滤波器13，输入端连接所述功分器11的第二输出端，输出端连接第二合路器14的第二输入端，用于接收第二频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；即，所述第三带通滤波器13的带宽与第二频带接收信号的带宽相同。本实施例中，所述第三带通滤波器13的通带频率(1dB)为11.8MHz～12.025MHz，所述第三带通滤波器13采用晶体滤波器。
第二合路器14，第一输入端和第二输入端分别连接所述第二带通滤波器12和第三带通滤波器13的输出端，用于将所述第二带通滤波器12和第三带通滤波器13的输出进行合路。
进一步的，接收机还包括第二放大器9，所述第二放大器9的输入端连接所述混频器8的输出端，输出端连接所述功分器11的输入端，用于将所述混频器8输出的中频信号进行放大。
进一步的，接收机还包括滤波器10，所述滤波器10的输入端连接所述第二放大器9的输出端，输出端连接所述功分器11的输入端，用于将经过所述第二放大器9放大后的中频信号进行滤波处理。
进一步的，接收机还包括第三放大器15，所述第三放大器15的输入端连接所述第二合路器14的输出端，用于将所述第二合路器14的中频信号进行放大输出。
本发明采用超外差接收机结构，通过在射频前端设计双工器2，该双工器2可将发射干扰信号在两个接收频带内均进行一定幅度抑制，避免射频频段带阻滤波器设计技术难点，确保接收机内部放大器不饱和，通过一次下变频，将射频信号转换为中频信号，在中频使用滤波器将发射信号进行完全抑制，避免射频频段窄带滤波器设计所存在的技术难点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，包括：
环形器，输入端连接收发天线和发射信号，输出端连接收发天线和双工器，用于将接收信号传输至接收通道的双工器，同时将发射信号传输至收发天线；
双工器，输入端连接所述环形器的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输入端，用于将输入宽带信号耦合输出两路窄带信号，同时将发射信号进行一定幅度抑制；
第一低噪声放大器，输入端连接所述双工器的第一输出端，输出端连接第一合路器的第一输入端，用于将所述双工器输出的第一窄带信号进行放大；
第二低噪声放大器，输入端连接所述双工器的第二输出端，输出端连接第一合路器的第二输入端，用于将所述双工器输出的第二窄带信号进行放大；
第一合路器，第一输入端和第二输入端分别连接所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出端，输出端连接第一放大器的输入端，用于将所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出进行合路；
第一放大器，输入端连接所述第一合路器的输出端，输出端连接第一带通滤波器的输入端，用于将所述第一合路器的输出信号进行放大；
第一带通滤波器，输入端连接所述第一放大器的输出端，输出端连接混频器的输入端，用于将接收机镜频噪声和干扰信号进行抑制；
混频器，输入端连接所述第一带通滤波器的输出端，并同时连接外部本振信号，输出端连接功分器的输入端，用于将接收信号进行下变频从而得到中频信号；
功分器，输入端连接所述混频器的输出端，第一输出端和第二输出端分别连接第二带通滤波器和第三带通滤波器的输入端，用于将经过所述混频器处理后的中频信号功分两路分别连接至第二带通滤波器和第三带通滤波器；
第二带通滤波器，输入端连接所述功分器的第一输出端，输出端连接第二合路器的第一输入端，用于接收第一频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；
第三带通滤波器，输入端连接所述功分器的第二输出端，输出端连接第二合路器的第二输入端，用于接收第二频带接收信号并滤除通带外信号，滤波器带宽与接收信号带宽相同；
第二合路器，第一输入端和第二输入端分别连接所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的输出端，用于将所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的输出进行合路。
2.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，还包括第二放大器，所述第二放大器的输入端连接所述混频器的输出端，输出端连接所述功分器的输入端，用于将所述混频器输出的中频信号进行放大。
3.根据权利要求2所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，还包括滤波器，所述滤波器的输入端连接所述第二放大器的输出端，输出端连接所述功分器的输入端，用于将经过所述第二放大器放大后的中频信号进行滤波处理。
4.根据权利要求3所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，还包括第三放大器，所述第三放大器的输入端连接所述第二合路器的输出端，用于将所述第二合路器的中频信号进行放大输出。
5.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述环形器共有三个端口，端口隔离度25dB，端口驻波1.2，插损0.5dB。
6.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述双工器的第一输出端的端口频带范围为156.775～157.325MHz，所述双工器的第二输出端的端口频带范围为161.8MHz～162.025MHz，所述双工器的两个输出端端口链路插损小于1dB，其两个输出端对发射频率抑制度大于20dB。
7.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的噪声系数小于2dB，增益20dB。
8.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述第一带通滤波器的带宽为7MHz，镜频抑制度大于30dB。
9.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述本振信号的本振频率为150MHz。
10.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述第二带通滤波器和第三带通滤波器的通带频率分别为6.775MHz～7.325MHz和11.8MHz～12.025MHz，所述第二带通滤波器采用声表滤波器，所述第三带通滤波器采用晶体滤波器。
11.根据权利要求1所述的一种星用全双工VDES系统射频接收机，其特征在于，所述第二带通滤波器的带宽与第一频带接收信号的带宽相同，所述第三带通滤波器的带宽与第二频带接收信号的带宽相同。
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