CN111510197B - 星载双通道多频段可选上变频装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种星载双通道多频段可选上变频装置，包括开关选择模块、上变频模块、综合接口模块和电源模块：上变频模块，至少包括四路上变频通道，上变频通道输入端与开关选择模块的输出端对应连接；综合接口模块，用于接收遥控指令，将遥控指令转发给开关选择模块；开关选择模块，用于根据遥控指令将输入双路中频信号路由到四路上变频通道的任意双路；电源模块，为开关选择模块、上变频模块和综合接口模块提供工作电压。本发明采用开关选择模块和通用化的上变频模块设计，具备双通道同时上变频，四种频段自由可选的能力，弥补了一般卫星上变频装置频段单一的不足，可满足卫星广播分发、对地数传、动中通和星间中继等多类通信需求。

Description

星载双通道多频段可选上变频装置
技术领域
本发明涉及卫星数传通信技术，具体地，涉及一种星载双通道多频段可选上变频装置。
背景技术
上变频装置主要是对中频信号进行上变频处理，将中频调制信号频谱搬移到卫星通信的指定发射频段上，满足星地或星间链路频段要求。上变频装置是卫星数传发射通道中必不可少的设备。
在卫星通信中，根据卫星通信的实际需求和通信速率不同，所采用的通信发射频段也不同。对地广播分发通信具有宽波束和低码率的特点，常用S频段；对地数传通信具有定向波束和高码率的特点，常用X频段；动中通通信面向地面移动载体实时通信的需求，常用Ku频段；星间中继通信则执Ka中继标准规范，使用Ka频段。
目前的星载上变频装置只能实现单一频率上变频处理，接收中频调制信号与本振信号混频至单一的发射频段，实现单一的卫星通信任务，无法实现多通道多频段可选的通信任务。而随着卫星功能的不断增强和升级，卫星单一的通信能力已无法满足各类用户需求，因此，有必要提出一种多通道及多频段可选的星载上变频装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星载双通道多频段可选上变频装置。
根据本发明提供的星载双通道多频段可选上变频装置，包括开关选择模块、上变频模块、综合接口模块和电源模块：
所述上变频模块，至少包括四路上变频通道，所述上变频通道输入端与所述开关选择模块的输出端对应连接；
所述综合接口模块，用于接收遥控指令，将所述遥控指令转发给所述开关选择模块和所述上变频模块；
所述开关选择模块，用于根据遥控指令将输入双路中频信号路由到四路上变频通道的任意双路；
所述电源模块，用于为所述开关选择模块、所述上变频模块和所述综合接口模块提供工作电压。
优选地，所述开关选择模块包括开关A、开关B、第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器；
所述开关A、所述开关B均包括一个输入端和四个输出端；所述开关A的输入端用于中频信号A的输入，所述开关A的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第一输入端；所述开关B的输入端用于中频信号B的输入，所述开关B的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第二输入端；
所述第一合路器、所述第二合路器、所述第三合路器以及所述第四合路器的输出端分别连接一路上变频通道。
优选地，所述开关A和所述开关B采用单刀四掷开关。
优选地，四路上变频通道包括S频段上变频通道、X频段上变频通道、Ku频段上变频通道、Ka频段上变频通道。
所述S频段上变频通道的输入端与所述第一合路器输出端连接，所述X频段上变频通道的输入端与所述第二合路器输出端连接，所述Ku频段上变频通道的输入端与所述第三合路器输出端连接；所述Ka频段上变频通道的输入端与所述第四合路器输出端连接，通过遥控指令控制需工作的双路上变频通道加电。
优选地，所述S频段上变频通道包括顺次设置的S频段温补晶振、S频段锁相频率源、S频段混频器、S频段滤波放大电路以及S频段检波电路；
所述S频段温补晶振，用于产生S频段基准频率；
所述S频段锁相频率源，用于对所述S频段基准频率进行多次锁相倍频，产生S频段本振信号；
所述S频段混频器，用于接收所述S频段本振信号和所述中频信号混频输出S频段上变频信号；
所述S频段滤波放大电路，用于对所述S频段上变频信号进行滤波放大后输出S频段射频输出信号；
所述S频段检波电路，用于对S频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
优选地，所述X频段上变频通道包括X频段温补晶振、X频段锁相频率源、X频段混频器、X频段滤波放大电路以及X频段检波电路；
所述X频段温补晶振，用于产生X频段基准频率；
所述X频段锁相频率源，用于对所述X频段基准频率进行多次锁相倍频，产生X频段本振信号；
所述X频段混频器，用于接收所述X频段本振信号和所述中频信号混频输出X频段上变频信号；
所述X频段滤波放大电路，用于对所述X频段上变频信号进行滤波放大后输出X频段射频输出信号；
所述X频段检波电路，用于对X频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
优选地，所述Ku频段上变频通道包括Ku频段温补晶振、Ku频段锁相频率源、Ku频段混频器、Ku频段滤波放大电路以及Ku频段检波电路；
所述Ku频段温补晶振，用于产生Ku频段基准频率；
所述Ku频段锁相频率源，用于对所述Ku频段基准频率进行多次锁相倍频，产生Ku频段本振信号；
所述Ku频段混频器，用于接收所述Ku频段本振信号和所述中频信号混频输出Ku频段上变频信号；
所述Ku频段滤波放大电路，用于对所述Ku频段上变频信号进行滤波放大后输出Ku频段射频输出信号；
所述Ku频段检波电路，用于对Ku频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
优选地，所述Ku频段上变频通道包括Ka频段温补晶振、Ka频段锁相频率源、Ka频段混频器、Ka频段滤波放大电路以及Ka频段检波电路；
所述Ka频段温补晶振，用于产生Ka频段基准频率；
所述Ka频段锁相频率源，用于对所述Ka频段基准频率进行多次锁相倍频，产生Ka频段本振信号；
所述Ka频段混频器，用于接收所述Ka频段本振信号和所述中频信号混频输出Ka频段上变频信号；
所述Ka频段滤波放大电路，用于对所述Ka频段上变频信号进行滤波放大后输出Ka频段射频输出信号；
所述Ka频段检波电路，用于对Ka频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
优选地，所述S频段上变频通道的S频段锁相频率源对S频段基准频率进行50次锁相倍频；
所述X频段上变频通道的X频段锁相频率源对X频段基准频率进行70次锁相倍频
所述Ku频段上变频通道的Ku频段锁相频率源对Ku频段基准频率进行125次锁相倍频
所述Ka频段上变频通道的Ka频段锁相频率源对Ka频段基准频率进行250次锁相倍频。
优选地，所述综合接口模块，用于接收CAN总线的遥控指令，解析后通过内总线转发给所述开关选择模块和所述上变频模块，通过内总线接收所述开关选择模块、所述上变频模块和所述电源模块的遥测信息，打包后通过CAN总线发送给星务系统。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用开关选择模块和通用化的上变频模块设计，实现了一种星载双通道多频段可选上变频装置，具备双通道同时上变频，S频段、X频段、Ku频段和Ka频段四种频段自由可选的能力，弥补了一般卫星上变频装置频段单一的不足，可满足卫星广播分发、对地数传、动中通和星间中继等多类通信任务需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中星载双通道多频段可选上变频装置的原理示意图；
图2为本发明实施例中上变频通道的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中星载双通道多频段可选上变频装置的原理示意图，如图1所示，本发明提供的星载双通道多频段可选上变频装置，包括开关选择模块1、上变频模块2、综合接口模块3以及电源模块4。
所述上变频模块，至少包括四路上变频通道，所述上变频通道输入端与所述开关选择模块的输出端对应连接；
所述综合接口模块，用于接收遥控指令，将所述遥控指令转发给所述开关选择模块和所述上变频模块；
所述开关选择模块，用于根据遥控指令将输入双路中频信号路由到四路上变频通道的任意双路；
所述电源模块，用于为所述开关选择模块、所述上变频模块和所述综合接口模块提供工作电压。
当使用本发明提供的星载双通道多频段可选上变频装置时，具体工作流程为：所述开关选择模块1接收双路中频1.5GHz信号，通过开关选择和合路电路将双路中频信号路由至不同的上变频通道上。上变频模块2接收双路中频信号同时完成上变频后对外输出，上变频的频段有S频段、X频段、Ku频段和Ka频段共四种频段可选。
综合接口模块3通过CAN总线接口接收星务的遥控指令，解析后通过内总线转发给其它各模块，同时，接收其它各模块的遥测信息并打包通过CAN总线发送给星务。电源模块4完成一次电源变换，通过内总线为其它模块提供+5V、+12V、-12V三路工作电压。
如图1所示，所述开关选择模块1包括开关A、开关B、第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器；
所述开关A、所述开关B均包括一个输入端和四个输出端；所述开关A的输入端用于中频信号A的输入，所述开关A的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第一输入端；所述开关B的输入端用于中频信号B的输入，所述开关B的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第二输入端；所述第一合路器、所述第二合路器、所述第三合路器以及所述第四合路器的输出端分别连接一路上变频通道。
所述开关A和所述开关B采用单刀四掷开关，所述开关选择模块2通过开关A和开关B对双路中频信号进行通道选择，通过2位TTL电平指令实现1路中频信号可在任意4个通道中输出；每个合路器将来自开关A的1路信号和来自开关B的1路信号进行合路，保证双路中频信号可以同时进入不同的上变频通道中完成上变频处理。
所述上变频模块2包括S频段上变频通道、X频段上变频通道、Ku频段上变频通道以及Ka频段上变频通道，所述S频段上变频通道的输入端与所述第一合路器输出端连接，所述X频段上变频通道的输入端与所述第二合路器输出端连接，所述Ku频段上变频通道的输入端与所述第三合路器输出端连接；所述Ka频段上变频通道的输入端与所述第四合路器输出端连接，通过遥控指令控制需工作的双路上变频通道加电；具体为，通过遥控指令对经开关选择模块1选通的上变频通道加电，对未选通的上变频通道断电。
四种频段的上变频通道工作原理相同，如图2所示，每一上变频通道包括：晶振、锁相频率源、混频器、滤波放大电路和检波电路。
晶振基准频率通过锁相倍频的方式产生对应频段的本振信号，本振信号功率为15dBm±1dB，送入混频器与输入1.5GHz中频信号进行混频后输出；
所述滤波放大电路包括顺次连接的滤波器和放大器，所述滤波器采用MEMS滤波器实现；通过放大器对射频信号进行放大使输出功率满足后级发射需求。
所述检波电路通过肖特基二极管对平行耦合线耦合出的部分输出信号进行检波，检波出的直流信号经运算放大器放大至2V～4V电压后输出。
S频段上变频通道选用70MHz～80MHz范围的温补晶振，通过锁相频率源进行50次倍频，产生3.5GHz～4.0GHz的本振信号，选用S频段混频器实现输入1.5GHz中频信号与本振信号混频，产生S频段射频信号，经滤波放大后以4dBm±2dB的电平输出。
X频段上变频通道选用90MHz～100MHz范围的温补晶振，通过锁相频率源进行70次倍频产生6.3GHz～7.0GHz的本振信号，选用X频段混频器实现输入1.5GHz中频信号与本振信号混频，产生X频段射频信号，经滤波放大后以4dBm±2dB的电平输出。
Ku频段上变频通道选用85MHz～90MHz范围的温补晶振，通过锁相频率源进行125次倍频产生10.6GHz～11.3GHz的本振信号，选用Ku频段混频器实现输入1.5GHz中频信号与本振信号混频，产生Ku频段射频信号，经滤波放大后以4dBm±2dB的电平输出。
Ka频段上变频通道选用95MHz～100MHz范围的恒温晶振，通过锁相频率源进行250次倍频产生23.7GHz～25.0GHz的本振信号，选用Ka频段混频器实现输入1.5GHz中频信号与本振信号混频，产生Ka频段射频信号，经滤波放大后以4dBm±2dB的电平输出。同时，选用的恒温晶振保证了本振信号较优异的相位噪声指标，使Ka频段射频信号可满足Ka星间中继通信规范的要求。
本发明实施例中，通过开关选择模块和多个上变频通道实现了双路中频信号同时上变频至不同频段，S频段、X频段、Ku频段和Ka频段四种频段自由可选，可满足卫星广播分发、对地数传、动中通和星间中继等多类通信任务需求，弥补了一般的星载上变频装置频段单一的不足，通过一台装置即可完成多台一般的上变频装置才能实现的功能；本发明采用模块化设计，结构紧凑，适用于各型卫星数传与星间通信系统。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，包括开关选择模块、上变频模块、综合接口模块和电源模块：
所述上变频模块，至少包括四路上变频通道，所述上变频通道输入端与所述开关选择模块的输出端对应连接；
所述综合接口模块，用于接收遥控指令，将所述遥控指令转发给所述开关选择模块和所述上变频模块；
所述开关选择模块，用于根据遥控指令将输入双路中频信号路由到四路上变频通道的任意双路；
所述电源模块，用于为所述开关选择模块、所述上变频模块和所述综合接口模块提供工作电压；
所述开关选择模块包括开关A、开关B、第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器；
所述开关A、所述开关B均包括一个输入端和四个输出端；所述开关A的输入端用于中频信号A的输入，所述开关A的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第一输入端；所述开关B的输入端用于中频信号B的输入，所述开关B的四个输出端分别连接所述第一合路器、第二合路器、第三合路器以及第四合路器的第二输入端；
所述第一合路器、所述第二合路器、所述第三合路器以及所述第四合路器的输出端分别连接一路上变频通道；
所述开关A和所述开关B采用单刀四掷开关；
所述开关选择模块通过开关A和开关B对双路中频信号进行通道选择，通过两位TTL电平指令实现一路中频信号可在任意四个通道中输出；每个合路器将来自开关A的一路信号和来自开关B的一路信号进行合路。
2.根据权利要求1所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，四路上变频通道包括S频段上变频通道、X频段上变频通道、Ku频段上变频通道、Ka频段上变频通道；
所述S频段上变频通道的输入端与所述第一合路器输出端连接，所述X频段上变频通道的输入端与所述第二合路器输出端连接，所述Ku频段上变频通道的输入端与所述第三合路器输出端连接；所述Ka频段上变频通道的输入端与所述第四合路器输出端连接，通过遥控指令控制需工作的双路上变频通道加电。
3.根据权利要求2所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述S频段上变频通道包括顺次设置的S频段温补晶振、S频段锁相频率源、S频段混频器、S频段滤波放大电路以及S频段检波电路；
所述S频段温补晶振，用于产生S频段基准频率；
所述S频段锁相频率源，用于对所述S频段基准频率进行多次锁相倍频，产生S频段本振信号；
所述S频段混频器，用于接收所述S频段本振信号和所述中频信号混频输出S频段上变频信号；
所述S频段滤波放大电路，用于对所述S频段上变频信号进行滤波放大后输出S频段射频输出信号；
所述S频段检波电路，用于对S频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
4.根据权利要求2所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述X频段上变频通道包括X频段温补晶振、X频段锁相频率源、X频段混频器、X频段滤波放大电路以及X频段检波电路；
所述X频段温补晶振，用于产生X频段基准频率；
所述X频段锁相频率源，用于对所述X频段基准频率进行多次锁相倍频，产生X频段本振信号；
所述X频段混频器，用于接收所述X频段本振信号和所述中频信号混频输出X频段上变频信号；
所述X频段滤波放大电路，用于对所述X频段上变频信号进行滤波放大后输出X频段射频输出信号；
所述X频段检波电路，用于对X频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
5.根据权利要求2所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述Ku频段上变频通道包括Ku频段温补晶振、Ku频段锁相频率源、Ku频段混频器、Ku频段滤波放大电路以及Ku频段检波电路；
所述Ku频段温补晶振，用于产生Ku频段基准频率；
所述Ku频段锁相频率源，用于对所述Ku频段基准频率进行多次锁相倍频，产生Ku频段本振信号；
所述Ku频段混频器，用于接收所述Ku频段本振信号和所述中频信号混频输出Ku频段上变频信号；
所述Ku频段滤波放大电路，用于对所述Ku频段上变频信号进行滤波放大后输出Ku频段射频输出信号；
所述Ku频段检波电路，用于对Ku频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
6.根据权利要求2所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述Ku频段上变频通道包括Ka频段温补晶振、Ka频段锁相频率源、Ka频段混频器、Ka频段滤波放大电路以及Ka频段检波电路；
所述Ka频段温补晶振，用于产生Ka频段基准频率；
所述Ka频段锁相频率源，用于对所述Ka频段基准频率进行多次锁相倍频，产生Ka频段本振信号；
所述Ka频段混频器，用于接收所述Ka频段本振信号和所述中频信号混频输出Ka频段上变频信号；
所述Ka频段滤波放大电路，用于对所述Ka频段上变频信号进行滤波放大后输出Ka频段射频输出信号；
所述Ka频段检波电路，用于对Ka频段射频输出信号进行耦合检波后输出功率遥测电压。
7.根据权利要求2所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述S频段上变频通道的S频段锁相频率源对S频段基准频率进行50次锁相倍频；
所述X频段上变频通道的X频段锁相频率源对X频段基准频率进行70次锁相倍频
所述Ku频段上变频通道的Ku频段锁相频率源对Ku频段基准频率进行125次锁相倍频
所述Ka频段上变频通道的Ka频段锁相频率源对Ka频段基准频率进行250次锁相倍频。
8.根据权利要求1所述的星载双通道多频段可选上变频装置，其特征在于，所述综合接口模块，用于接收CAN总线的遥控指令，解析后通过内总线转发给所述开关选择模块和所述上变频模块，通过内总线接收所述开关选择模块、所述上变频模块和所述电源模块的遥测信息，打包后通过CAN总线发送给星务系统。
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