CN112187182A - 一种星载x频段小型化高次倍频装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星载X频段小型化高次倍频装置,用于将输入频率为40MHz的信号高次倍频产生X频段信号,该装置包括梳频滤波电路以及阶跃倍频电路。梳频滤波电路包括梳状谱发生器、声表滤波器和放大器,该部分电路完成输入信号的20次倍频。阶跃倍频电路包括阶跃二极管、微带滤波器、放大器以及隔离器,该部分电路的倍频次数为11次。整个装置的倍频次数为220次,其输入的参考频率为40MHz,两部分倍频电路采用了上下叠层互联设计,梳频滤波部分的声表滤波器采用了嵌入壳体的安装方式,阶跃倍频电路中的滤波器采用了两极微带滤波器级联,实现了小型化的高次倍频。本发明可广泛应用于各类星载X频段测控数传分系统中。

Description

一种星载X频段小型化高次倍频装置
技术领域
本发明涉及星载高次倍频设计领域,特别涉及一种星载X频段小型化高次倍频装置。
背景技术
在卫星测控数传分系统中,发射机需要将遥测或数传信号发送至地面站,根据目前晶振设计和生产水平,其输出频率无法覆盖至S频段及以上,通常需要通过倍频的方式得到高频载波。
高次倍频产生高频载波的方式通常有间接式与直接式两种,间接式倍频通常就是利用锁相环来完成,其主要优点是输出频带宽,倍频次数选择面广,但其相位噪声受各方面影响较大,往往实际应用时相位噪声的恶化要远大于理论值。相较而言,直接式倍频通常就是利用三极管、肖特基管和阶跃恢复二极管来实现,其主要优点是相位噪声的恶化几乎等同于理论值,因此在宇航应用领域,需要载波具有较好的相位噪声,一般选择直接式倍频来完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种星载X频段小型化高次倍频装置的设计,以满足现有星载应用中倍频装置小型化以及倍频次数高的需求。
为实现上述目的,本发明提供了一种星载X频段小型化高次倍频装置,包括:梳频滤波电路、阶跃倍频电路,其中:
所述梳频滤波电路,用于将输入信号进行20次倍频,并将倍频后的信号发送给阶跃倍频电路;
所述阶跃倍频电路,用于将梳频滤波电路输入的信号进行11次倍频,最终获得220次倍频的信号。
较佳的,所述梳频滤波电路包括:依次连接的梳状谱发生器、第一声表滤波器、第一放大器、第二声表滤波器、第二放大器;其中:
所述梳状谱发生器:用于接收输入信号,并将输入信号进行20次倍频,获得第一级倍频信号;并将第一级倍频信号发送至第一声表滤波器;
所述第一声表滤波器,用于对梳状谱发生器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第一放大器;
第一放大器:用于对第一声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给第二声表滤波器;
第二声表滤波器,用于对第一放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第二放大器;
第二放大器:用于对第二声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给所述阶跃倍频电路。
较佳的,所述阶跃倍频电路包括:依次连接的阶跃二极管、4阶微带滤波器、第三放大器、3阶微带滤波器、隔离器;其中:
阶跃二极管:用于接收第二放大器发送的信号,并对该信号进行11次倍频;获得第二级倍频信号即X频段信号,并将第二级倍频信号发送至4阶微带滤波器;
所述4阶微带滤波器,用于对阶跃二极管发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第三放大器;
第三放大器:用于对所述4阶微带滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给3阶微带滤波器;
3阶微带滤波器,用于对第三放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给隔离器;
隔离器:用于对3阶微带滤波器发送的信号进行阻抗匹配,并抑制反向输入。
较佳的,所述输入信号的频率为40MHz,输入信号功率范围为0~5dBm。
较佳的,所述第一声表滤波器、第二声表滤波器均满足:带宽为10MHz,带宽内插损小于3.5dB,偏离中心频率40MHz的抑制度大于45dBc。
较佳的,所述第一放大器和第二放大器均满足:增益大于20dB。
较佳的,所述4阶微带滤波器满足:带宽为300MHz,带宽内插损小于4dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于50dBc。
较佳的,所述3阶微带滤波器满足:带宽为300MHz,带宽内插损小于3dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于45dBc。
较佳的,所述第三放大器满足:增益大于16dB。
较佳的,所述隔离器的端口驻波小于1.25。
较佳的,所述梳频滤波电路和阶跃倍频电路采用了上下叠层互联安装。
较佳的,所述装置在所述梳频滤波电路中设置有金属隔板,用于将第一声表滤波器和第二声表滤波器进行隔离。
本发明采用以上技术方案,与现有技术相比较,具有以下的优点和积极效果:
1)本发明满足目前星载倍频次数高,谐波抑制好的需求。
2)本发明采用的梳状谱发生器以及阶跃二极管级联的高次倍频方式,减少了直接倍频级数,将传统倍频装置体积减小了50%,满足目前星载小型化的需求。
3)本发明具有电路简单,易实现的特点,并具有一定的通用性,可广泛应用于卫星通信、测控、导航、对抗等电子系统中。
4)该倍频装置的两部分倍频电路采用了上下叠层互联安装,并利用金属隔墙对微波场的抑制效果,解决了叠层互联安装后的两部分倍频信号干扰的问题,并将传统阶跃倍频电路中的腔体滤波器更换为4阶微带滤波器与3阶微带滤波器级联的形式,减小了高次倍频装置的体积。
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为本发明具体实施例一种星载X频段小型化高次倍频装置的原理框图;
图2为本发明具体实施例一种星载X频段小型化高次倍频装置的装配示意图。
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,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
需说明的是,附图均采用非常简化的形式,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1,本实施例公开了一种星载X频段小型化高次倍频装置,采用两级级联的直接倍频方式,包括:梳频滤波电路100、阶跃倍频电路200,其中:
所述梳频滤波电路,为第一级倍频电路,用于将输入信号进行20次倍频,并将倍频后的信号发送给阶跃倍频电路;本实施例中,输入信号为输入频率为40MHz的信号。这里仅为举例,本发明不对输入信号的频率做出限定。
所述阶跃倍频电路,为第二级倍频电路,用于将梳频滤波电路输入的信号进行11次倍频,最终获得220次倍频的信号,即X频段信号(对应图中RFout)。
根据IEEE521-2002标准,X频段是指频率在8-12GHz的无线电波波段,在电磁波谱中属于微波。而在某些场合中,X波段的频率范围则为7-11.2GHz。
“倍频”的意思是指:输入射频信号f0通过电路后得到fN的输出射频信号,其中fN=N×f0,其中N为正整数。
其中,所述梳频滤波电路包括:依次连接的梳状谱发生器、第一声表滤波器、第一放大器、第二声表滤波器、第二放大器;其中:
所述梳状谱发生器:用于接收输入信号,并将输入信号进行20次倍频,获得第一级倍频信号;并将第一级倍频信号发送至第一声表滤波器;
所述第一声表滤波器,用于对梳状谱发生器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第一放大器;
第一放大器:用于对第一声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给第二声表滤波器;
第二声表滤波器,用于对第一放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第二放大器;
第二放大器:用于对第二声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给所述阶跃倍频电路。RFout表示射频信号输出。
本实施例中,第一级倍频电路的输入信号频率为40MHz,输入信号功率范围为0~5dBm,输入信号经过所述梳状谱发生器后产生输入信号的第20次倍频信号的功率大于等于-17dBm。
所述梳状谱发生器输出端接入第一声表滤波器取出其中的第20次倍频信号。所述第一声表滤波器、第二声表滤波器为同款,均满足:带宽为10MHz,带宽内插损小于3.5dB,偏离中心频率40MHz的抑制度大于45dBc。
第一声表滤波器输出端设计有第一放大器,第一放大器的增益大于20dB,经过第一放大器后输出信号为0dBm左右。
第一放大器输出信号再输入第二声表滤波器及第二放大器,经两级放大器后输出信号为20dBm左右。所述第二放大器与第一放大器为同款,也满足:增益大于20dB。
其中,所述阶跃倍频电路包括:依次连接的阶跃二极管、4阶微带滤波器、第三放大器、3阶微带滤波器、隔离器;其中:
阶跃二极管:用于接收第二放大器发送的信号,并对该信号进行11次倍频;获得第二级倍频信号即X频段信号,并将第二级倍频信号发送至4阶微带滤波器;
所述4阶微带滤波器,用于对阶跃二极管发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第三放大器;
第三放大器:用于对所述4阶微带滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给3阶微带滤波器;
3阶微带滤波器,用于对第三放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给隔离器;
隔离器:用于对3阶微带滤波器发送的信号进行阻抗匹配,并抑制反向输入,并保证所述星载X频段小型化高次倍频装置的输出端口匹配。
本实施例中,第二级倍频电路的输入信号频率为800MHz,输入信号功率范围为20dBm左右,输入信号经过阶跃二极管后产生X频段信号;
所述阶跃二极管输出端设计有4阶微带滤波器,其带宽设计为300MHz,带宽内插损小于4dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于50dBc。
4阶微带滤波器输出端设计有第三放大器,第三放大器的增益大于16dB。
第三放大器输出端设计有3阶微带滤波器,其带宽设计为300MHz,带宽内插损小于3dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于45dBc。
3阶微带滤波器输出端设计有隔离器,隔离器端口驻波小于1.25。
如图2,两级倍频电路采用了上下叠层设计,相较于传统的倍频装置体积减小了50%,满足目前星载小型化的需求。
梳频滤波部分的声表滤波器采用了嵌入壳体的安装方式,阶跃倍频电路中的滤波器采用了两极微带滤波器级联,实现了小型化的高次倍频。
梳频滤波电路中的两级声表滤波器:第一声表滤波器、第二声表滤波器,需在其输入输出端完全隔离的情况下,才可达到最优的谐波抑制效果。
所述装置在所述梳频滤波电路中设置有金属隔板,用于将第一声表滤波器和第二声表滤波器进行隔离。这款声表滤波器为金属双列直插封装形式,在安装时采用了反向安装,利用板间隔墙(金属隔板)将滤波器的输入输出引脚完全隔离开,以获取最优的谐波抑制效果。
阶跃倍频电路中的滤波器采用了4阶微带滤波器与3阶微带滤波器级联的方式,完成了对谐波的抑制,同时减小了整个装置的体积。
本发明设计的一种星载X频段小型化高次倍频装置,用于星载测控应答机中,其倍频次数为220次,分解为两级,第一级采用20次倍频,第二级采用11次倍频。该装置本体尺寸为55mm×50mm×16mm,总重量为80g。
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 (12)

1.一种星载X频段小型化高次倍频装置,其特征在于,包括:梳频滤波电路、阶跃倍频电路,其中:
所述梳频滤波电路,用于将输入信号进行20次倍频,并将倍频后的信号发送给阶跃倍频电路;
所述阶跃倍频电路,用于将梳频滤波电路输入的信号进行11次倍频,最终获得220次倍频的信号。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述梳频滤波电路包括:依次连接的梳状谱发生器、第一声表滤波器、第一放大器、第二声表滤波器、第二放大器;其中:
所述梳状谱发生器:用于接收输入信号,并将输入信号进行20次倍频,获得第一级倍频信号;并将第一级倍频信号发送至第一声表滤波器;
所述第一声表滤波器,用于对梳状谱发生器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第一放大器;
第一放大器:用于对第一声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给第二声表滤波器;
第二声表滤波器,用于对第一放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第二放大器;
第二放大器:用于对第二声表滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给所述阶跃倍频电路。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述阶跃倍频电路包括:依次连接的阶跃二极管、4阶微带滤波器、第三放大器、3阶微带滤波器、隔离器;其中:
阶跃二极管:用于接收第二放大器发送的信号,并对该信号进行11次倍频;获得第二级倍频信号即X频段信号,并将第二级倍频信号发送至4阶微带滤波器;
所述4阶微带滤波器,用于对阶跃二极管发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给第三放大器;
第三放大器:用于对所述4阶微带滤波器发送的信号进行信号放大的处理;并将放大后的信号发送给3阶微带滤波器;
3阶微带滤波器,用于对第三放大器发送的信号进行抑制谐杂波的处理;并将处理后的信号发送给隔离器;
隔离器:用于对3阶微带滤波器发送的信号进行阻抗匹配,并抑制反向输入。
4.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述输入信号的频率为40MHz,输入信号功率范围为0~5dBm。
5.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述第一声表滤波器、第二声表滤波器均满足:带宽为10MHz,带宽内插损小于3.5dB,偏离中心频率40MHz的抑制度大于45dBc。
6.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述第一放大器和第二放大器均满足:增益大于20dB。
7.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述4阶微带滤波器满足:带宽为300MHz,带宽内插损小于4dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于50dBc。
8.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述3阶微带滤波器满足:带宽为300MHz,带宽内插损小于3dB,偏离中心频率800MHz的抑制度大于45dBc。
9.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述第三放大器满足:增益大于16dB。
10.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述隔离器的端口驻波小于1.25。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述梳频滤波电路和阶跃倍频电路采用了上下叠层互联安装。
12.如权利要求2所述的装置,其特征在于,所述装置在所述梳频滤波电路中设置有金属隔板,用于将第一声表滤波器和第二声表滤波器进行隔离。
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