CN111431581A - 基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，设置在一星载双通道收发通信设备(同时具有对地测控与中继测控功能)上，主要功能是接收对地测控射频信号并进行下变频处理，输出中频信号，同时将下行信号进行UQPSK调制后，经功率放大输出射频信号；接收中继测控射频信号并进行下变频处理，输出中频信号，同时将返向信号进行BPSK调制后，经功率放大输出射频信号。该装置主要由低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC放大器、调制器、功率放大器以及射频滤波器等组成。本发明的射频收发功能采用抗辐照集成电路实现，具有一定的通用性，可广泛应用于具有类似功能的星载收发通信设备上。

Description

基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置
技术领域
本发明涉及一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置。
背景技术
星载收发通信设备(同时具有对地测控与中继测控功能)在航天测控中起 了异常重要的纽带作用，接收地面上行(中继前向)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、转发对地下行(中继反向) 遥测信号和下行测量信号。
射频收发星载装置是星载收发通信设备的重要组成部分，主要功能是接收 两路射频信号并进行下变频，输出中频信号，同时发射1将两路下行调制信号 进行UQPSK调制后进行功率放大输出发射信号，发射2将一路下行调制信号进 行BPSK调制后输出发射信号，并分别产生两路发射功率遥测信号，输出参考 时钟信号。
以往星载收发通信设备的射频收发装置普遍存在元器件元器件抗辐照能力 弱、设计方案不统一等诸多问题。
以往星载收发通信设备的射频收发装置大多数采用二次变频设计，在这些 设计中，尤其是模拟电路，都采用频率定制化设计、分立器件设计。二次变频 设计，接收与发射电路都需要两个频综电路、两个变频电路、更多的滤波电路、 更大的通道增益，因此需要大量的模拟元器件，由于器件的不一致性会产生大 量的调试量，甚至有些会由于调试与试验不易发现而出现产品的故障隐患。对 于频率定制化设计，电路中的晶振、倍频器、滤波器都是针对任务频率定制的， 均为非标器件，在模块研制时产品子样少，设计师队伍不稳定，不仅研制周期 长，还增加了研制的不确定因素，并且很多任务频点要到较晚时间才能确定，这又无疑拖长了产品的研制周期，弱化了产品的保障能力。对于分立器件设计， 大量的器件级匹配导致大量的调试量，很多器件都面临停产，批次不同器件特 性不同，这些都是产品状态的不确定因素。而这些和产品在快速增长的需求下 在科研生产、研制保障、质量控制等方面的能力需求是矛盾的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装 置。
为解决上述问题，本发明提供一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星 载装置，包括：
包括：包括依次连接的接收电路、中间电路和发射电路，其中，所述接收 电路包括：
依次连接的第一滤波器、第一低噪放模块、第三滤波器、第一下变频模块、 第五滤波器、第一AGC放大模块、第一放大器和第七滤波器，其中，所述第一 下变频模块与所述中间电路连接；
依次连接的第二滤波器、第二低噪放模块、第四滤波器、第二下变频模块、 第六滤波器、第二AGC放大模块、第二放大器和第八滤波器，其中，所述第二 下变频模块与所述中间电路连接。
进一步的，在上述装置中，所述中间电路包括：
依次连接的第十滤波器、第四放大器、第二本振模块和第二功分器，其中， 所述第二功分器与所述第二下变频模块连接；
依次连接的第九滤波器、第三放大器、第一本振模块和第一功分器，其中， 所述第一功分器与所述第一下变频模块连接。
进一步的，在上述装置中，所述发射电路包括：
依次连接的第六放大器、第二发射调制模块、第十二滤波器和第二功放器， 其中，所述第六放大器与所述第二功分器连接；
依次连接的第五放大器、第一发射调制模块、第十一滤波器和第一功放器， 其中，所述第五放大器与所述第一功分器连接；
与所述第一发射调制模块连接的第十三滤波器和第十五滤波器。
分别与所述第一发射调制模块连接的第十四滤波器。
进一步的，在上述装置中，所述第一低噪放模块和第二低噪放模块采用HE222-7型低噪声放大器。
进一步的，在上述装置中，所述第一下变频模块和第二下变频模块分别采 用HE270-18型下变频器。
进一步的，在上述装置中，所述第一AGC放大模块和第二AGC放大模块 分别采用HE272-23型AGC放大模块。
与现有技术相比，本发明可以设置在一星载双通道收发通信设备(同时具 有对地测控与中继测控功能)上。本发明的主要功能是接收对地测控射频信号 并进行下变频处理，输出中频信号，同时将下行信号进行UQPSK调制后，经 功率放大输出射频信号；接收中继测控射频信号并进行下变频处理，输出中频 信号，同时将返向信号进行BPSK调制后，经功率放大输出射频信号。本发明 可以采用抗辐照集成电路实现，具有自主可控能力强，可靠性高、通用性，可 广泛应用于具有类似功能的星载收发通信设备上。本发明具有一定的通用性， 可广泛应用于具有类似功能的星载收发通信设备上。
附图说明
图1为本发明一实施例的频率流程图；
图2为本发明一实施例的接收电路原理图；
图3为本发明一实施例的HE270-18型下变频器电路原理图；
图4为本发明一实施例的HE272-23型AGC放大模块电路原理图；
图5为本发明一实施例的增益分配设计图；
图6为本发明一实施例的发射电路原理图。
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，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1～6所示，本发明提供一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载 装置，包括依次连接的接收电路、中间电路和发射电路，其中，所述接收电路 包括：
依次连接的第一滤波器F1、第一低噪放模块、第三滤波器F3、第一下变频 模块、第五滤波器F5、第一AGC放大模块、第一放大器和第七滤波器F7，其 中，所述第一下变频模块与所述中间电路连接；
依次连接的第二滤波器F2、第二低噪放模块、第四滤波器F4、第二下变频 模块、第六滤波器F6、第二AGC放大模块、第二放大器和第八滤波器F8，其 中，所述第二下变频模块与所述中间电路连接。
本发明包括低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC放大器、调制器、 功率放大器以及射频滤波器。
可选的，本发明可以设置在一星载双通道收发通信设备(同时具有对地测 控与中继测控功能)上。
本发明的主要功能是接收对地测控射频信号并进行下变频处理，输出中频 信号，同时将下行信号进行UQPSK调制后，经功率放大输出射频信号；接收 中继测控射频信号并进行下变频处理，输出中频信号，同时将返向信号进行 BPSK调制后，经功率放大输出射频信号。
本发明可以采用抗辐照集成电路实现，具有自主可控能力强，可靠性高、 通用性，可广泛应用于具有类似功能的星载收发通信设备上。
本发明具有一定的通用性，可广泛应用于具有类似功能的星载收发通信设 备上。
本发明的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置一实施例中，所述 中间电路包括：
依次连接的第十滤波器F10、第四放大器、第二本振模块和第二功分器，其 中，所述第二功分器与所述第二下变频模块连接；
依次连接的第九滤波器F9、第三放大器、第一本振模块和第一功分器，其 中，所述第一功分器与所述第一下变频模块连接。
本发明的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置一实施例中，所述 发射电路包括：
依次连接的第六放大器、第二发射调制模块、第十二滤波器F12和第二功 放器，其中，所述第六放大器与所述第二功分器连接；
依次连接的第五放大器、第一发射调制模块、第十一滤波器F11和第一功 放器，其中，所述第五放大器与所述第一功分器连接；
与所述第一发射调制模块连接的第十三滤波器F14和第十五滤波器F15。
分别与所述第一发射调制模块连接的第十四滤波器F13。
本发明的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置一实施例中，所述 第一低噪放模块和第二低噪放模块采用HE222-7型低噪声放大器。
本发明的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置一实施例中，所述 第一下变频模块和第二下变频模块分别采用HE270-18型下变频器。
本发明的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置一实施例中，所述 第一AGC放大模块和第二AGC放大模块分别采用HE272-23型AGC放大模块。
具体的，本发明的射频收发星载装置采用射频SIP集成化设计技术，将对 地射频模块和中继射频模块统一设计，共用同一部套，提高了模块化、集成化 设计的效果，达到减重设计的目的。
1)频率流程设计
图1为本发明射频收发星载装置的频率流程图。所述射频收发星载装置采 用一次变频方案，相对以往采用的二次变频方案，频率设计统一考虑了射频接 收处理、中频处理和射频发射处理，进行了合理、优化设计，综合考虑了单机 EMC、采样频率、射频滤波特性、本振频率等方面，使得装置的抗辐照性能得 到显著提高。
射频接收支路采用超外差变频设计，由低噪声放大器、滤波器、S波段下 变频器、中频滤波器和中频AGC放大器等标准的集成电路模块组成。
射频发射支路由发射调整模块、滤波器和功放模块等标准的集成电路模块 组成。
2路本振参考信号由外部输入，锁相频率合成器对本振参考信号进行倍频， 产生接收支路和发射支路的本振频率。
2)接收部分设计
图2为本发明接收电路原理图。接收电路采用一次变频高本振频率，与发 射部分共用本振设计。整个接收电路是由双工器、LNA、滤波器、下变频模块 和中频AGC放大模块、中频SAW滤波器、中频放大器等组成。
a)LNA模块
LNA模块采用HE222-7型低噪声放大器，并且采用平衡式LNA设计，其 主要有以下优点：
(1)输入匹配好，驻波低，无需外加隔离器等匹配电路，易于级连；
(2)工作稳定性好(设计为无条件稳定)；
(3)低噪声、高增益，抗烧毁能力及输出功率能力都可提高3dB。
HE222-7型低噪声放大器可实现的指标为：
(1)工作频率范围fRF：20xxMHz±15MHz；
(2)净增益：≥28dB；
(3)噪声系数：≤1.0dB；
(4)工作电压：+5V；(工作电压范围：输入不大于+7V)
(5)工作电流：≤80mA；
(6)工作温度：-55℃～+125℃。
b)接收变频模块
接收变频模块采用HE270-18型下变频器，其主要实现RF放大、LO放大、 下变频、中频低通滤波、中频放大、增益温补等功能，电路采用MCM工艺进 行集成，制作成一个我们需要功能的电路模块。电路原理图如图3所示。
HE270-18型下变频器可实现的指标为：
(1)工作频率范围fRF：20xxMHz±15MHz；
(2)中频频率范围fIF：17x.xMHz±15MHz；
(3)本振输入功率范围PLO：≥2dBm；
(4)变频增益：≥20dB；
(5)输出1dB压缩点：≥0dBm(TA＝25℃)；
(6)工作电压：+5V；(工作电压范围：输入不大于+7V)
(7)工作电流：≤130mA；
(8)工作温度：-55℃～+125℃。
c)中频AGC模块
HE272-23型中频AGC放大模块电路原理图如图4所示，HE272-23型AGC 放大模块实现的指标：
(1)工作频率范围fRF：17x.xMHz±15MHz；
(2)功率增益Gp：≥65dB(常温典型值68dB)；
(3)增益平坦度ΔGp：≤0.5dB；
(4)驻波：≤1.5；
(5)动态范围：≥70dB；
(6)遥测电压输出：0～5V(阻抗≤2KΩ)
(7)输出1dB压缩点：≥10dBm(TA＝25℃)；
(8)工作电压：+5V；(工作电压范围：输入不大于+7V)
(9)工作电流：≤120mA；
(10)工作温度：-55℃～+125℃。
d)增益分配
产品接收部分的中频输出3dB带宽按8MHz计算，接收机输入噪底为 -105dBm，中继链路噪声在1.5dB左右，对地链路噪声为2.5dB左右，在输出 -5dBm中频信号时，增益设计大于97.5dB即可，考虑高低温变化，增益分配设 计如图5所示，中继接收部分增益为107.6dB，对地接收部分增益为106.6dB， 可根据需要在调试过程中进行调整。
信号最大输入为-52dBm，把AGC增益控制都放在中频部分，而一般混频 器的输入P-1为10dBm，输出P-1为0～2dBm左右，则前面低噪声放大器和下 变频电路的增益总的增益不大于50，因此分配低噪声放大器增益28，下变频模 块增益20，AGC增益68，再加上链路上的滤波器插损，这样保证总增益大于 98dB。
3)发射部分设计
图6为本发明发射电路原理图。发射电路主要包括调制模块、声表滤波器、 功率放大器。整个电路接收两路数字处理模块发送的扩频基带数字信号 (3.069MHz)，第一路发射进行UQPSK调制、上变频、滤波处理后功率放大 经双工输出；第二路发射进行BPSK调制、滤波处理后功率放大经耦合器输 出。
发射调制模块输出功率7dBm，加上滤波器插损3dB，因此在射频通道加入 衰减器调节通道增益，则可以保证输出信号到功放输入功率。
带内相位不平衡度优于±3°。
所述射频收发星载装置完全采用中国电子科技集团第十三研究所研制的微 波集成电路，实现了元器件100％国产化的设计，并且装置中所有微波集成电 路均具有良好的抗辐照性能，可以满足星载收发通信设备的在轨运行环境需 求。
本发明采用一次变频、通用模块化设计，可以满足不同型号任务需求，推 进星载收发通信设备型谱化进程。
本发明针对现有星载收发通信设备射频收发装置抗辐照能力弱、设计方案 不统一等现状，提出一套基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置设计方 案，采用通用模块化设计，可以满足不同型号任务需求，推进星载收发通信设 备型谱化进程。
所述射频收发星载装置采用射频SIP集成化设计技术，将对地射频模块和 中继射频模块统一设计，共用同一部套，提高了模块化、集成化设计的效果， 达到减重设计的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例 的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为 了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描 述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于 技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来 使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同 技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，包括：包括依次连接的接收电路、中间电路和发射电路，其中，所述接收电路包括：
依次连接的第一滤波器、第一低噪放模块、第三滤波器、第一下变频模块、第五滤波器、第一AGC放大模块、第一放大器和第七滤波器，其中，所述第一下变频模块与所述中间电路连接；
依次连接的第二滤波器、第二低噪放模块、第四滤波器、第二下变频模块、第六滤波器、第二AGC放大模块、第二放大器和第八滤波器，其中，所述第二下变频模块与所述中间电路连接。
2.如权利要求1所述的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，所述中间电路包括：
依次连接的第十滤波器、第四放大器、第二本振模块和第二功分器，其中，所述第二功分器与所述第二下变频模块连接；
依次连接的第九滤波器、第三放大器、第一本振模块和第一功分器，其中，所述第一功分器与所述第一下变频模块连接。
3.如权利要求2所述的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，所述发射电路包括：
依次连接的第六放大器、第二发射调制模块、第十二滤波器和第二功放器，其中，所述第六放大器与所述第二功分器连接；
依次连接的第五放大器、第一发射调制模块、第十一滤波器和第一功放器，其中，所述第五放大器与所述第一功分器连接；
与所述第一发射调制模块连接的第十三滤波器和第十五滤波器。
分别与所述第一发射调制模块连接的第十四滤波器。
4.如权利要求1所述的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，所述第一低噪放模块和第二低噪放模块采用HE222-7型低噪声放大器。
5.如权利要求1所述的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，所述第一下变频模块和第二下变频模块分别采用HE270-18型下变频器。
6.如权利要求1所述的基于抗辐照微波集成电路的射频收发星载装置，其特征在于，所述第一AGC放大模块和第二AGC放大模块分别采用HE272-23型AGC放大模块。
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