CN112217536B - 一种卫星地面站的射频前端及其自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星地面站的射频前端及其自检方法，所述系统包括：L接收前端，包括L接收前端信号输入端口、第一耦合器、第一滤波器、第一放大器、第二滤波器、第二耦合器和L接收前端信号输出端口；Ka接收前端，包括Ka接收前端信号输入端口、第三耦合器、第三滤波器、第二放大器、下变频混频器、第四滤波器、第四耦合器和Ka接收前端信号输出端口，时钟模块，包括时钟输入端口、功分器、第一PLL锁相环；自检模块，包括第二PLL锁相环、倍频滤波模块、单刀双掷开关SW、第一倍频器、第一功率检测模块、第一比较器、第二功率检测模块、第二比较器、第三功率检测模块和第三比较器。本发明能够对卫星地面站的射频前端自检，保证卫星地面站的正常工作。

Description

一种卫星地面站的射频前端及其自检方法

技术领域

本发明涉及卫星地面站，特别是涉及一种卫星地面站的射频前端及其自检方法。

背景技术

传统的卫星地面站有多种类型，其中小型卫星地面站一般只承担观测和中继等功能。一种最典型的小型卫星地面站就是卫星通信关口站(Gateway Station)，其功能是将卫星通信系统的卫星信号与地面通信网络相连接，例如将卫星电话接入地面有线电话网络，或者将卫星宽带数据接入地面光纤网络，它完成卫星通信系统信令协议的解释、转换和与地面网络的信息交换。射频前端是卫星地面站的重要组成部分，对射频前端的自检对于保证卫星地面站的工作具有着重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种卫星地面站的射频前端及其自检方法，能够实现对卫星地面站的射频前端进行自检，从而保证卫星地面站的正常工作。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种卫星地面站的射频前端，包括L接收前端、L发射前端、Ka接收前端、时钟模块和自检模块；

所述L接收前端包括依次连接的L接收前端信号输入端口、第一耦合器、第一滤波器、第一放大器、第二滤波器、第二耦合器和L接收前端信号输出端口；所述Ka接收前端包括Ka接收前端信号输入端口、第三耦合器、第三滤波器、第二放大器、下变频混频器、第四滤波器、第四耦合器和Ka接收前端信号输出端口，所述下变频混频器的第一个输入端依次通过第二放大器、第三滤波器和第三耦合器连接到Ka接收前端信号输入端口，下变频混频器的输出端依次通过第四滤波器、第四耦合器连接到Ka接收前端信号输出端口；所述L发射前端包括依次连接的L发射前端信号输入端口、第三放大器、第五滤波器、第五耦合器和L发射前端信号输出端口；

所述时钟模块包括参考时钟输入端口、功分器、第一PLL锁相环；所述自检模块包括第二PLL锁相环、倍频滤波模块、单刀双掷开关SW、第一倍频器、第一功率检测模块、第一比较器、第二功率检测模块、第二比较器、第三功率检测模块和第三比较器；

所述功分器的输入端与时钟输入端口连接，功分器的输出端分别与第一PLL锁相环和第二PLL锁相环连接，所述第一PLL锁相环的输出端与下变频混频器的第二个输入端连接；所述第二PLL锁相环的输出端与倍频滤波模块连接，所述倍频滤波模块的输出端通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接，由所述切换开关SW切换，选择将倍频滤波模块与第一耦合器或第一倍频器连通；所述第一倍频器的输出端与第三耦合器连接；

所述第一功率检测模块的输入端与第五耦合器连接，第一功率检测模块的输出端与第一比较器连接，由第一比较器输出L发射前端的检测结果；所述第二功率检测模块的输入端与第二耦合器连接，第二功率检测模块的输出端与第二比较器连接，由第二比较器输出L接收前端的检测结果；所述第三功率检测模块的输入端与第四耦合器连接，第三功率检测模块的输出端与第三比较器连接，由第三比较器输出Ka接收前端的检测结果。

其中，所述倍频滤波模块包括第二倍频器和第六滤波器，所述第二倍频器的输入端作为倍频滤波模块的输入端，与所述第二PLL锁相环的输出端连接；第二倍频器的输出端与第六滤波器连接，第六滤波器的输出端作为倍频滤波模块的输出端，通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接。

所述切换开关SW为单刀双掷开关。所述射频前端还包括显示设备，所述显示设备的输入端分别与第一比较器、第二比较器和第三比较器的输出端连接，用于显示射频前端的自检结果。所述显示设备包括但不限于示波器。

一种卫星地面站的射频前端自检方法，包括L发射前端自检步骤S1、L接收前端自检步骤S2和Ka接收前端自检步骤S3：

所述L发射前端自检步骤S1包括：

从L发射前端信号输入端口输入测试信号，经第三放大器、第五滤波器传输到第五耦合器，并通过第五耦合器将信号耦合到第一功率检测模块，由第一功率检测模块通过第一比较器对检测结果进行输出；

所述L接收前端自检步骤S2包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一耦合器连通，功分器从时钟输入端口接收外部输入的时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理。

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一耦合器，通过第一耦合器将信号耦合到L接收前端；

耦合到L接收前端的信号依次通过第一滤波器、第一放大器、第二滤波器传输到第二耦合器；

第二耦合器将第二滤波器输出的信号耦合到第二功率检测模块，由第二功率检测模块通过第二比较器对检测结果进行输出；

所述Ka接收前端自检步骤S3包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一倍频器连通，功分器从时钟输入端口接收外部时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理；

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一倍频器，第一倍频器对信号再次进行倍频处理后，传输给第三耦合器，由第三耦合器将第一倍频器输出的信号耦合到Ka接收前端；

耦合到Ka接收前端的信号依次通过第二放大器、第三滤波器传输到下变频混频器的第一个输入端，功分器输出的第二路信号经第一PLL锁相环后传输给下变频混频器的第二个输入端；

下变频混频器输出的信号通过第四滤波器传输到第四耦合器，由第四耦合器将信号耦合到第三功率检测模块通过第三比较对检测结果进行输出。

所述自检方法还包括自检结果显示步骤：

将第一比较器、第二比较器和第三比较器输出的信号传输给显示设备，由显示设备对自检结果进行显示。

本发明的有益效果是：本发明能够实现对卫星地面站的射频前端进行自检，从而保证卫星地面站的正常工作。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种卫星地面站的射频前端，包括L接收前端、L发射前端、Ka接收前端、时钟模块和自检模块；

所述L接收前端包括依次连接的L接收前端信号输入端口、第一耦合器、第一滤波器、第一放大器、第二滤波器、第二耦合器和L接收前端信号输出端口；所述Ka接收前端包括Ka接收前端信号输入端口、第三耦合器、第三滤波器、第二放大器、下变频混频器、第四滤波器、第四耦合器和Ka接收前端信号输出端口，所述下变频混频器的第一个输入端依次通过第二放大器、第三滤波器和第三耦合器连接到Ka接收前端信号输入端口，下变频混频器的输出端依次通过第四滤波器、第四耦合器连接到Ka接收前端信号输出端口；所述L发射前端包括依次连接的L发射前端信号输入端口、第三放大器、第五滤波器、第五耦合器和L发射前端信号输出端口；

所述时钟模块包括参考时钟输入端口、功分器、第一PLL锁相环；所述自检模块包括第二PLL锁相环、倍频滤波模块、单刀双掷开关SW、第一倍频器、第一功率检测模块、第一比较器、第二功率检测模块、第二比较器、第三功率检测模块和第三比较器；

所述功分器的输入端与时钟输入端口连接，功分器的输出端分别与第一PLL锁相环和第二PLL锁相环连接，所述第一PLL锁相环的输出端与下变频混频器的第二个输入端连接；所述第二PLL锁相环的输出端与倍频滤波模块连接，所述倍频滤波模块的输出端通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接，由所述切换开关SW切换，选择将倍频滤波模块与第一耦合器或第一倍频器连通；所述第一倍频器的输出端与第三耦合器连接；

所述第一功率检测模块的输入端与第五耦合器连接，第一功率检测模块的输出端与第一比较器连接，由第一比较器输出L发射前端的检测结果；所述第二功率检测模块的输入端与第二耦合器连接，第二功率检测模块的输出端与第二比较器连接，由第二比较器输出L接收前端的检测结果；所述第三功率检测模块的输入端与第四耦合器连接，第三功率检测模块的输出端与第三比较器连接，由第三比较器输出Ka接收前端的检测结果。

其中，所述倍频滤波模块包括第二倍频器和第六滤波器，所述第二倍频器的输入端作为倍频滤波模块的输入端，与所述第二PLL锁相环的输出端连接；第二倍频器的输出端与第六滤波器连接，第六滤波器的输出端作为倍频滤波模块的输出端，通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接。

所述切换开关SW为单刀双掷开关。所述射频前端还包括显示设备，所述显示设备的输入端分别与第一比较器、第二比较器和第三比较器的输出端连接，用于显示射频前端的自检结果。所述显示设备包括但不限于示波器。

在射频前端实际工作过程中，L接收前端负责接收L波段信号；L发射前端负责发射L波段信号；Ka接收前端负责接收Ka波段信号；在自检过程中，由时钟模块和自检模块产生信号，在L接收前端和L发射前端中传输，并通过功率检测来完成接收自检；并通过输入测试信号在L发射前端中传输，利用功率检测的方式完成发射自检，具体地：

一种卫星地面站的射频前端自检方法，包括L发射前端自检步骤S1、L接收前端自检步骤S2和Ka接收前端自检步骤S3：

所述L发射前端自检步骤S1包括：

从L发射前端信号输入端口输入测试信号，经第三放大器、第五滤波器传输到第五耦合器，并通过第五耦合器将信号耦合到第一功率检测模块，由第一功率检测模块通过第一比较器对检测结果进行输出；

所述L接收前端自检步骤S2包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一耦合器连通，功分器从时钟输入端口接收外部输入的时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理；功分器输出的第二路信号传输给第一PLL锁相环，产生本振信号，该路信号在L接收前端自检过程中不需要进行利用；

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一耦合器，通过第一耦合器将信号耦合到L接收前端；

耦合到L接收前端的信号依次通过第一滤波器、第一放大器、第二滤波器传输到第二耦合器；

第二耦合器将第二滤波器输出的信号耦合到第二功率检测模块，由第二功率检测模块通过第二比较器对检测结果进行输出；

所述Ka接收前端自检步骤S3包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一倍频器连通，功分器从时钟输入端口接收外部时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理；

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一倍频器，第一倍频器对信号再次进行倍频处理后，传输给第三耦合器，由第三耦合器将第一倍频器输出的信号耦合到Ka接收前端；

耦合到Ka接收前端的信号依次通过第二放大器、第三滤波器传输到下变频混频器的第一个输入端，功分器输出的第二路信号经第一PLL锁相环后传输给下变频混频器的第二个输入端；

下变频混频器输出的信号通过第四滤波器传输到第四耦合器，由第四耦合器将信号耦合到第三功率检测模块通过第三比较对检测结果进行输出。

所述自检方法还包括自检结果显示步骤：

将第一比较器、第二比较器和第三比较器输出的信号传输给显示设备，由显示设备对自检结果进行显示。

在本申请的实施例中，所述第一比较器的同相输入端连接第一功率检测模块的输出，第一比较器的反相输入端连接有第一基准信号源，在本申请的实施例中，第一功率检测模块检测到的信号以电压的形式输出，第一基准信号源采用基准电压源；当第一功率检测模块输出的信号大于第一基准信号源的信号时，第一比较器的同相输入大于反相输入，第一比较器输出高电平，反之，当第一功率检测模块输出的信号小于第一基准信号源的信号时，第一比较器输出低电平；所述第二比较器的同相输入端连接第二功率检测模块的输出，第二比较器的反相输入端连接有第二基准信号源，在本申请的实施例中，第二功率检测模块检测到的信号以电压的形式输出，第二基准信号源采用基准电压源；当第二功率检测模块输出的信号大于第二基准信号源的信号时，第二比较器的同相输入大于反相输入，第二比较器输出高电平，反之，第二比较器输出低电平；所述第三比较器的同相输入端连接第三功率检测模块的输出，第三比较器的反相输入端连接有第三基准信号源，在本申请的实施例中，第三功率检测模块检测到的信号以电压的形式输出，第三基准信号源采用基准电压源；当第三功率检测模块输出的信号大于第三基准信号源的信号时，第三比较器的同相输入大于反相输入，第三比较器输出高电平，反之，第三比较器输出低电平；也就是说，该实施例中检测到的信号都已高低电平的形式进行输出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种卫星地面站的射频前端，其特征在于：包括L接收前端、L发射前端、Ka接收前端、时钟模块和自检模块；

所述L接收前端包括依次连接的L接收前端信号输入端口、第一耦合器、第一滤波器、第一放大器、第二滤波器、第二耦合器和L接收前端信号输出端口；所述Ka接收前端包括Ka接收前端信号输入端口、第三耦合器、第三滤波器、第二放大器、下变频混频器、第四滤波器、第四耦合器和Ka接收前端信号输出端口，所述下变频混频器的第一个输入端依次通过第二放大器、第三滤波器和第三耦合器连接到Ka接收前端信号输入端口，下变频混频器的输出端依次通过第四滤波器、第四耦合器连接到Ka接收前端信号输出端口；所述L发射前端包括依次连接的L发射前端信号输入端口、第三放大器、第五滤波器、第五耦合器和L发射前端信号输出端口；

所述时钟模块包括参考时钟输入端口、功分器、第一PLL锁相环；所述自检模块包括第二PLL锁相环、倍频滤波模块、单刀双掷开关SW、第一倍频器、第一功率检测模块、第一比较器、第二功率检测模块、第二比较器、第三功率检测模块和第三比较器；

所述功分器的输入端与时钟输入端口连接，功分器的输出端分别与第一PLL锁相环和第二PLL锁相环连接，所述第一PLL锁相环的输出端与下变频混频器的第二个输入端连接；所述第二PLL锁相环的输出端与倍频滤波模块连接，所述倍频滤波模块的输出端通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接，由所述切换开关SW切换，选择将倍频滤波模块与第一耦合器或第一倍频器连通；所述第一倍频器的输出端与第三耦合器连接；

所述第一功率检测模块的输入端与第五耦合器连接，第一功率检测模块的输出端与第一比较器连接，由第一比较器输出L发射前端的检测结果；所述第二功率检测模块的输入端与第二耦合器连接，第二功率检测模块的输出端与第二比较器连接，由第二比较器输出L接收前端的检测结果；所述第三功率检测模块的输入端与第四耦合器连接，第三功率检测模块的输出端与第三比较器连接，由第三比较器输出Ka接收前端的检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种卫星地面站的射频前端，其特征在于：所述倍频滤波模块包括第二倍频器和第六滤波器，所述第二倍频器的输入端作为倍频滤波模块的输入端，与所述第二PLL锁相环的输出端连接；第二倍频器的输出端与第六滤波器连接，第六滤波器的输出端作为倍频滤波模块的输出端，通过切换开关与第一耦合器和第一倍频器连接。

3.根据权利要求1所述的一种卫星地面站的射频前端，其特征在于：所述切换开关SW为单刀双掷开关。

4.根据权利要求1所述的一种卫星地面站的射频前端，其特征在于：所述射频前端还包括显示设备，所述显示设备的输入端分别与第一比较器、第二比较器和第三比较器的输出端连接，用于显示射频前端的自检结果。

5.根据权利要求4所述的一种卫星地面站的射频前端，其特征在于：所述显示设备包括但不限于示波器。

6.一种卫星地面站的射频前端自检方法，采用权利要求1~5中任意一项所述的射频前端，其特征在于：包括L发射前端自检步骤S1、L接收前端自检步骤S2和Ka接收前端自检步骤S3：

所述L发射前端自检步骤S1包括：

从L发射前端信号输入端口输入测试信号，经第三放大器、第五滤波器传输到第五耦合器，并通过第五耦合器将信号耦合到第一功率检测模块，由第一功率检测模块通过第一比较器对检测结果进行输出；

所述L接收前端自检步骤S2包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一耦合器连通，功分器从时钟输入端口接收外部输入的时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理；

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一耦合器，通过第一耦合器将信号耦合到L接收前端；

耦合到L接收前端的信号依次通过第一滤波器、第一放大器、第二滤波器传输到第二耦合器；

第二耦合器将第二滤波器输出的信号耦合到第二功率检测模块，由第二功率检测模块通过第二比较器对检测结果进行输出；

所述Ka接收前端自检步骤S3包括：

通过切换开关SW切换，将倍频滤波模块与第一倍频器连通，功分器从时钟输入端口接收外部时钟参考信号，经功分器分为两路，功分器输出的第一路信号经过第二PLL锁相环送入倍频滤波模块中进行倍频滤波处理；

将倍频滤波处理得到的信号通过切换开关SW传输到第一倍频器，第一倍频器对信号再次进行倍频处理后，传输给第三耦合器，由第三耦合器将第一倍频器输出的信号耦合到Ka接收前端；

耦合到Ka接收前端的信号依次通过第二放大器、第三滤波器传输到下变频混频器的第一个输入端，功分器输出的第二路信号经第一PLL锁相环后传输给下变频混频器的第二个输入端；

下变频混频器输出的信号通过第四滤波器传输到第四耦合器，由第四耦合器将信号耦合到第三功率检测模块通过第三比较对检测结果进行输出。

7.根据权利要求6所述的一种卫星地面站的射频前端自检方法，其特征在于：所述自检方法还包括自检结果显示步骤：

将第一比较器、第二比较器和第三比较器输出的信号传输给显示设备，由显示设备对自检结果进行显示。