CN113630170A - 星载四通道Ka频段数传通道系统 - Google Patents

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郝广凯
李世建
杨津浦
华伊
陆格格
杨宇涛
钟鸣
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    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
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Abstract

本发明公开了一种星载四通道Ka频段数传通道系统，包括调制模块、行波管组件模块、双工器模块和波导开关模块；调制模块将输入高速AOS数据进行数字调制，将中频调制信号放大滤波后上变频至Ka频段后输出；行波管组件模块将输入的Ka频段调制信号进行放大后输出；双工器模块接收行波管组件模块输出的Ka射频信号进行滤波和合路；波导开关模块接收双工器模块输出的合路信号进行通道选择，根据指令将信号传输至主份或者备份通道进行传输。本发明利用Ka频段大宽带特性实现高速数据传输，实现海量载荷数据在卫星星地有限的可见时间内及时下传。

Description

星载四通道Ka频段数传通道系统
技术领域
本发明涉及卫星数传通信技术领域，特别涉及一种星载四通道Ka频段数传通道系统。
背景技术
卫星数传通道系统将卫星载荷数据、平台监控数据实现对地、对中继等数据传输功能。数传通道系统用于完成数传基带数据的接收、编码、调制、放大、滤波、通道选择等功能，是卫星数传分系统的重要组成部分。
由于低轨卫星星地可见时间较短，因此原有L、X频段数传系统最多支持不到1Gbps的数据传输，远远无法满足现阶段卫星载荷数据传输需求。因此需要设计更高速率和频段的数传通道系统，以实现在有限的星地可见时间内实现TB级(太字节)数据量的传输。
发明内容
针对目前卫星在有限星地可见时间内实现TB级(太字节)数据量传输存在的问题，本发明提出了一种星载四通道Ka频段数传通道系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种星载四通道Ka频段数传通道系统，包括：
调制模块，将输入高速AOS数据进行数字调制，将中频调制信号放大滤波后上变频至 Ka频段后输出；
行波管组件模块，将输入的Ka频段调制信号进行放大后输出；
双工器模块，接收行波管组件模块输出的Ka射频信号进行滤波和合路；
波导开关模块，接收双工器模块输出的合路信号进行通道选择，根据指令将信号传输至主份或者备份通道进行传输。
优选的，所述调制模块具备多信道编码、多制式数字调制功能，根据射频通道配置要求，对中频调制信号进行不同的上变频处理产生多频点Ka频段调制信号。
优选的，所述调制模块、行波管组件模块、双工器模块采用4频点设计，其中第一通道和第三通道合路传输，第二通道和第四通道合路传输。
优选的，所述行波管组件模块包括：
高压电源，将输入的母线电压转换为行波管工作所需的各级高压，完成卫星遥控、遥测接口匹配和控制；
行波管，利用输入的各级高压电源通过电子枪产生电子束对输入的Ka频段调制信号进行加速，通过高频慢波将能量转化为微波能量发出，实现对Ka频段调制信号的放大；
隔离器，主要保护所述行波管，防止信号反射对所述行波管的损伤；
高压电缆，将高压电源产生的各级高压传输给所述行波管。
优选的，所述双工器模块包括第一单通道带通滤波器、第二单通道带通滤波器和分歧矩形波导；所述第一单通道带通滤波器和所述第二单通道带通滤波器根据系统频点单独配置，分别对两个通道信号进行滤波；所述分歧矩形波导对两个通道信号进行合路，对后端传输通道进行复用。
优选的，所述波导开关模块包括两个单独的C型波导开关；两个所述C型波导开关将所述双工器模块输出的合路信号分别进行通道切换，分别将两路信号切换至相应主份或备份通道。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用Ka频段四通道设计，既在频带范围内实现了数传速率的成倍增长，又实现数传通道的可靠备份；本发明可支持QPSK、8PSK、16PSK等调制方式，单通道数传速率可到达2Gbps；四通道频点单独配置，灵活性强；满足卫星有限星地可见时间内TB级数据量传输要求。
附图说明
图1为本发明一种星载四通道Ka频段数传通道系统的原理示意图；
图2为本发明中行波管组件模块的原理示意图；
图3为本发明中双工器模块的原理示意图；
图4为本发明中波导开关模块的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种星载四通道Ka频段数传通道系统，包括：
调制模块，将输入高速AOS数据进行数字调制，将中频调制信号放大滤波后上变频至 Ka频段后输出；
行波管组件模块，将输入的Ka频段调制信号进行放大后输出；
双工器模块，接收行波管组件模块输出的Ka射频信号进行滤波和合路，保证输出信号带外抑制满足传输需求，同时保证邻近通道隔离度满足要求；
波导开关模块，接收双工器模块输出的合路信号进行通道选择，可根据指令将信号传输至主份或者备份通道进行传输。
在一个实施例中，调制模块具备多信道编码、多制式数字调制功能，可根据射频通道配置要求，对中频调制信号进行不同的上变频处理产生多频点Ka频段调制信号。
在一个实施例中，调制模块、行波管组件模块、双工器模块可根据频点进行单独配置，它们采用4频点设计，其中第一通道和第三通道合路传输，第二通道和第四通道合路传输，确保在有限的信号带宽内实现四频点数据传输。
本实施例的工作流程为：调制模块接收高速AOS数据(符合Advanced OrbitingSystem 高级在轨系统协议的数据)进行8PSK数字调制，将1.5GHz的8PSK调制信号放大滤波后上变频至Ka频段后输出；4台调制模块分别输出4个频点分别为f1-f4。调制信号f1-f4分别传输至4台行波管组件模块进行放大，产生65W的Ka频段射频信号f1-f4。信号分别传输至两个双工器模块进行滤波和合路。其中双工器1将通道f1、f3合路后输出，双工器2将通道f2、 f4合路后输出。合路信号分别连接至波导开关模块进行通道选择，可根据星上配置情况切换至主通道或备份通道传输。
如图2所示，行波管组件模块包括：
高压电源，将输入的母线电压转换为行波管工作所需的各级高压，完成卫星遥控、遥测接口匹配和控制；
行波管，利用输入的各级高压电源通过电子枪产生电子束对输入的Ka频段调制信号进行加速，通过高频慢波将能量转化为微波能量发出，实现对Ka频段调制信号的放大；
隔离器，主要保护行波管，防止信号反射对行波管的损伤；
高压电缆，将高压电源产生的各级高压传输给行波管。
本实施例中，高压电源将输入的+30V母线电压转换为行波管工作所需的各级高压，完成卫星遥控、遥测接口匹配和控制，实现低压开/关、高压开/关等控制；行波管利用输入的各级高压电源通过电子枪产生电子束对输入的Ka频段调制信号f1-f4进行加速，通过高频慢波系统将能量转化为微波能量发出，实现对Ka频段调制信号的放大；隔离器主要保护行波管，防止信号反射对行波管的损伤；高压电缆将高压电源产生的各级高压传输给行波管。行波管组件模块具有大宽带、高增益、高线性度的特点，可具有2GHz信号带宽，实现50～60dB信号增益，表征线性度指标达到的幅相转换可优于4°/dB，可满足QPSK、8PSK、16PSK调制信号的放大和传输需求。
如图3所示，双工器模块包括第一单通道带通滤波器、第二单通道带通滤波器和分歧矩形波导；第一单通道带通滤波器和第二单通道带通滤波器根据系统频点单独配置，分别对两个通道信号进行滤波；分歧矩形波导对两个通道信号进行合路，对后端传输通道进行复用。
本实施例中，第一双工器模块的第一单通道带通滤波器对应频点f1，第二单通道带通滤波器对应频点f3；第二双工器模块的第一单通道带通滤波器对应频点f2，第二单通道带通滤波器对应频点f4；带通滤波器实现各个通道信号的滤波，保证带外抑制满足系统要求，并实现两个通道的相互隔离，隔离度指标可以达到45dB。信号经分歧矩形波导可实现两个通道信号的合路，实现后端传输通道的复用，其中第一双工器模块将通道f1、f3合路后输出，第二双工器模块将通道f2、f4合路后输出。
如图4所示，波导开关模块包括两个单独的C型波导开关；两个C型波导开关将双工器模块输出的合路信号分别进行通道切换，分别将两路信号切换至相应主份或备份通道，实现通道的可靠传输。波导开关处于第一位置时可将信号切换至主份通道，处于第二位置时可将信号切换至备份通道。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于，包括：
调制模块，将输入高速AOS数据进行数字调制，将中频调制信号放大滤波后上变频至Ka频段后输出；
行波管组件模块，将输入的Ka频段调制信号进行放大后输出；
双工器模块，接收行波管组件模块输出的Ka射频信号进行滤波和合路；
波导开关模块，接收双工器模块输出的合路信号进行通道选择，根据指令将信号传输至主份或者备份通道进行传输。
2.根据权利要求1所述的一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于：所述调制模块具备多信道编码、多制式数字调制功能，根据射频通道配置要求，对中频调制信号进行不同的上变频处理产生多频点Ka频段调制信号。
3.根据权利要求2所述的一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于：所述调制模块、行波管组件模块、双工器模块采用4频点设计，其中第一通道和第三通道合路传输，第二通道和第四通道合路传输。
4.根据权利要求3所述的一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于，所述行波管组件模块包括：
高压电源，将输入的母线电压转换为行波管工作所需的各级高压，完成卫星遥控、遥测接口匹配和控制；
行波管，利用输入的各级高压电源通过电子枪产生电子束对输入的Ka频段调制信号进行加速，通过高频慢波将能量转化为微波能量发出，实现对Ka频段调制信号的放大；
隔离器，主要保护所述行波管，防止信号反射对所述行波管的损伤；
高压电缆，将高压电源产生的各级高压传输给所述行波管。
5.根据权利要求4所述的一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于：所述双工器模块包括第一单通道带通滤波器、第二单通道带通滤波器和分歧矩形波导；所述第一单通道带通滤波器和所述第二单通道带通滤波器根据系统频点单独配置，分别对两个通道信号进行滤波；所述分歧矩形波导对两个通道信号进行合路，对后端传输通道进行复用。
6.根据权利要求5所述的一种星载四通道Ka频段数传通道系统，其特征在于：所述波导开关模块包括两个单独的C型波导开关；两个所述C型波导开关将所述双工器模块输出的合路信号分别进行通道切换，分别将两路信号切换至相应主份或备份通道。
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