CN113746492A - 一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于无线电通信技术领域，尤其涉及一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，包括壳体、设置壳体内部的处理模块、以及设置于壳体上且与处理单元连接的射频输入接口、射频输出接口和控制接口，其中射频输入接口连接外部天线以接收卫星空间的无线电信号；控制接口接入供电电源以及处理模块的控制信号；射频输出接口连接卫星处理机。通过处理模块设置的频率信道选通单元将外部天线接收的无线电信号的波段分成多段，以实现镜像频率抑制并避免目标外部天线接收的无线电信号谐波落入带内造成虚假响应，从而能够有目的的对某一频段内的无线电信号进行二次变频变换，使卫星处理机有针对性的运算处理卫星空间中的无线电信号。

Description

一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备

技术领域

本申请涉及无线电通信技术领域，具体而言，涉及一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备。

背景技术

影响卫星系统安全的关键因素包括电磁干扰环境和空间电波环境。电磁干扰环境是指引起卫星系统性能降低的各种电磁干扰信号，包括各种非故意干扰信号与人为故意干扰信号；空间电波环境是指影响卫星信号传播环境要素的总称。

随着微纳卫星技术的飞速发展，越来越多的微纳卫星更广泛地被应用于通信、导航、遥感和科学实验等领域，使得卫星空间电磁环境变得更加复杂，就必须提升卫星处理机接收卫星空间无线信号的处理能力。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，能够有目的的接收和处理卫星空间中的电波信号。

本申请实施例提供的一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，包括：壳体以及设置于所述壳体上的射频输入接口、射频输出接口和处理模块；其中，所述射频输入接口连接外部天线；所述射频输出接口连接卫星处理机；所述处理模块包括频率信道选通单元；所述外部天线接收卫星空间的无线电信号，并将所述无线电信号传输给所述处理模块进行放大、信道筛选、变频变换，以得到所述卫星处理机运算的中频信号。

在一些实施例中，所述壳体上设置多个所述射频输入接口，多个所述射频输入接口通过开关连接多个外部天线，以通过所述开关选择每个射频输入接口的目标外部天线，以接收卫星空间中0.8～6GHz频段的无线电信号。

在一些实施例中，所述频率信道选通单元通过开关滤波器组件将目标外部天线接收的无线电信号的波段分成多段，以实现镜像频率抑制并避免目标外部天线接收的无线电信号谐波落入带内造成虚假响应。

在一些实施例中，所述处理模块包括放大滤波单元，所述放大滤波单元采用两级低噪声放大器加滤波器的结构，对目标外部天线接收的无线电信号进行功率放大和带外杂波滤除。

在一些实施例中，所述处理模块包括变频单元，所述变频单元采用二次变频方式，将前端信号放大变频到第一中频并进行卡带滤波后，变频到第二中频放大输出。

在一些实施例中，所述变频单元采用两级本振源作为驱动，包括采用带集成VCO频综芯片的第一本振源和第二本振源，所述第一本振源产生X频段扫频信号，所述第二本振源产生X频段点频信号。

在一些实施例中，所述处理模块包括控制接口单元，所述控制接口单元接入供电电源、以及频率、衰减、频率信道选通的控制信号。

在一些实施例中，所述处理模块还包括手动增益控制单元，所述手动增益控制单元对经过所述开关滤波器组件的无线电信号以1dB为步进进行60dB范围内的增益。

在一些实施例中，所述供电电源设置过流保护电路和抗浪涌电路。

在一些实施例中，还提供一种射频接收方法，应用于上述任一所述的卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，包括以下步骤：

射频输入接口通过外部天线接收外部天线接收卫星空间的无线电信号；

处理模块将所述外部天线接收的无线电信号进行放大、信道筛选、变频变换，得到所述卫星处理机运算的中频信号；

卫星处理机运算所述处理模块处理后得到的中频信号。

本申请所述的一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，够通过外部天线接收卫星空间0.8-6GHz频段的无线电微弱信号，进行放大、信道筛选，频率变换后输出可供卫星处理机做进一步算法处理的中频信号。其中，通过频率信道选通单元将外部天线接收的无线电信号的波段分成多段，能够使卫星处理机有目的的接收和处理卫星空间中的无线电信号。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的射频接收通道设备的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的射频接收通道设备的功能框图；

图3～图10示出了本申请实施例提供的在变频过程中在不同输入频率、本振频率下，输出的中频频率和其交调杂散分布情况；

图11示出了本申请实施例提供的本振源的典型相位噪声水平；

图12示出了本申请实施例提供的供电电源的电路图。

图中：1、射频输入接口，2、射频输出接口，3、控制接口，4、八选一开关，5、开关滤波组件，6、第一本振源，7、第二本振源，8、第一混频器，9、第二混频器，10、第一熔断器，11、第二熔断器，12、MOS管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着航空航天技术的飞速发展，在轨卫星的数量与日俱增，使得卫星空间电磁环境变得更加复杂。为了使卫星有目的的接收附近空间的各种电波信号，如干扰信号、导航信号、空间反射信号，然后交由FPGA及上位机做运算处理，本申请提供一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备。

如说明书附图1所示，在一实施例中，本申请提供的一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，包括壳体、设置壳体内部的处理模块、以及设置于壳体上且与处理单元连接的射频输入接口1、射频输出接口2和控制接口3，其中射频输入接口1连接外部天线以接收卫星空间的无线电信号；控制接口3接入供电电源以及处理模块的控制信号；射频输出接口2连接卫星处理机。处理模块将外部天线接收的无线电信号经过放大、信道筛选、变频变换得到所述卫星处理机运算的中频信号。

具体的，壳体上设置多个射频输入接口1，每个射频输入接口1上分别安装外部天线，并通过开关控制选择每个射频输入接口的目标外部天线。在该实施例中，壳体上设置八个射频输入接口1，采用八选一开关4选择目标外部天线接收卫星空间的无线电信号。进一步的，在目标外部天线接收无线电信号后，采用两级低噪声放大器加滤波器的结构对目标外部天线接收的微弱无线电信号进行功率放大和带外杂波滤除。

其中，低噪声放大器噪声系数很低的放大器，能够提高输出信号的信噪比，滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。则通过两级两级低噪声放大器加滤波器的结构，能够有效对目标外部天线接收的微弱无线电信号进行功率放大并滤除带外杂波。另外，八选一开关4的控制真值表如表1所示：

表1

通过对八选一开关4的控制输入能够选择任一射频输入接口1安装的外部天线的通断。而在其他实施例中，壳体上设置的射频输入接口1数量以及采用的开关型号，可以根据实际需要具体设置，在此不做限制和固定。

其中，射频输入接口1上安装的外部天线接收卫星空间中0.8～6GHz频段的无线电信号。可见输入射频接收通道设备的信号范围较宽，为了实现镜像频率抑制与避免接收信号谐波落入带内造成虚假响应，即二阶特性，处理模块设置频率信道选通单元，频率信道选通单元通过开关滤波组件5将目标外部天线接收的无线电信号的波段分成多段。具体的，在该实施例中，按照不跨倍频程的原则，并且保证谐波抑制在40dBc以上，以及满足通道间带宽重合以兼容窄带宽需求，频率信道选通单元通过开关滤波组件5将0.8～6GHz分成七段，分别为：0.8～0.89GHz、0.89～1.4GHz、1.34～2GHz、1.94～3GHz、2.9～4.6GHz、3.8～5.5GHz、4.6～6GHz。

进一步的，处理模块在开关滤波组件5后还设置手动增益控制单元，通过手动增益控制单元对经过开关滤波器组件5的无线电信号以1dB为步进进行60dB范围内的增益，以提升信号接收的灵敏度。

在其他实施例中，将目标外部天线接收的无线电信号的波段分成几段，可以根据实际需要具体设置，在此不做限制和固定。

在通过开关滤波组件5选定目标频段信号后，通过处理模块设置的变频单元对该目标频段信号进行变频以转为卫星处理机运算的中频信号。在该实施例中，所述变频单元采用二次变频方式，先将选定的目标频段信号放大变频到第一中频并进行卡带滤波后，再第一中频变频到第二中频放大输出。

由于是二次变频方式，所以变频单元需要两级本振源作为驱动，具体的包括第一本振源6和第二本振源7，其中第一本振源6产生X频段扫频信号，第二本振源7产生X频段点频信号。优选的，第一本振源6和第二本振源7均采用超宽带集成VCO的频综芯片作为本振源的核心器件，该器件具有超宽带10MHz～15GHz、超低相位噪声、低杂散的优点，对简化电路设计、降低设计成本都有非常大的优势。另外，本振控制接口为SPI三线串口形式，控制接口定义为CLK、EN、DATA和GND，频率切换通过系统发送串口指令进入单片机进行运算后发送给本振扫频源，实现频点切换。

具体的，通过以下方式进行二次变频：先将通过开关滤波组件5选定的目标频段信号作为输入信号输入到第一混频器8，与第一本振源6产生的生X频段扫频信号进行混频，得到第一中频；再将第一中频作为输入信号输入到第二混频器9，与第二本振源7产生的X频段点频信号进行混频，得到第二中频，从而得到卫星处理机运算的中频信号。

另外，在目标频段信号与第一本振源6产生的X频段扫频信号通过第一混频器变频8得到第一中频的过程中，第一次混频距离第一中频最近的带外杂散为8GHz(2RF-LO)和9.6GHz(1LO)，需要通过后级设置的腔体滤波器将其滤除干净；在第一中频与第二本振源7产生的X频段点频信号通过第二混频器9变频得到第二中频的过程中，第二次混频距离输出的第二中频最近的带外杂散为0.27GHz(3RF-3LO)和0.36GHz(4RF-4LO)，通过后级的LC滤波器可以将其滤除干净。

则在二次变频过程中，对带内外抑制分析如下：第一中频的带通滤波器的带外抑制大于40dB，两级级联后，抑制大于80dB；第二中频输出低通滤波器对带外杂波270MHz和360MHz的抑制大于30dB，再加上本身混频抑制50dB，可以达到80dB的抑制；根据谐杂波预算，可以看出，带内的杂散主要靠两个混频器自身的射频-中频及本振-中频隔离度，通过厂家提供的混频器性能指标，可算出对带内杂波的抑制可以达到50dB。

其中，在目标频段信号为4.6～6GHz，第一本振源6的本振频率为13.4～14.8GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图3所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为0.89～1.4GHz，第一本振源6的本振频率为10.14～10.8GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图4所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为1.34～2GHz，第一本振源6的本振频率为13.4～14.8GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图5所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为1.94～3GHz，第一本振源6的本振频率为8.8±0.05GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图6所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为2.9～4.6GHz，第一本振源6的本振频率为11.7～13.4GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图7所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为3.8～5.5GHz，第一本振源6的本振频率为12.6～14.3GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图8所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在目标频段信号为4.6～6GHz，第一本振源的本振频率为13.4～14.8GHz，第一中频为8.8±0.05GHz，输出的第一中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图9所示，其中目标频段信号即为第一次变频的输入信号；

在第二次变频输入频率8.8±0.05GHz，第二本振源7的本振频率为8.66GHz，输出的第二中频为0.14±0.05GHz，输出的第二中频频率和其交调杂散分布情况如说明书附图10所示，其中第二次变频的输入频率即为第一次变频得到第一中频的频率。

另外，如说明书附图11所示，为本振源的典型相位噪声水平。

则结合说明书附图2，该射频接收通道设备的链路预算如表2所示：

其中壳体上设置的控制接口，用以接入供电电源以及处理模块需求的控制信号。具体的，所述供电电源的一次电源输入为12V，主要包括过流保护电路和抗浪涌电路。所述过流保护电路用于在射频通道内部电路工作异常电流过大或短路时切断射频通道的供电，以保护整个一次电源不受射频通道短路的影响。为了保护一次电源不受射频通道上电时的浪涌电流的影响，射频通道供电电路中采用了以MOS管为核心的浪涌抑制电路，浪涌抑制电路用于延长电路上电时的电压爬坡时间，降低上电瞬间的浪涌电流峰值，防止一次电源受到影响工作不正常或损坏，同时防止浪涌电流过大在上电过程中损坏熔断器。

具体的，如说明书附图12所示，过流保护电路采用了两路独立的熔断器，包括第一熔断器10和第二熔断器11，所述第一熔断器10串联限流电阻R104，所述第二熔断器11不串联限流电阻，则通过设置两路熔断器能够起到备份的作用；抗浪涌电路采用型号为IRF7316MOS管12，MOS管12的栅极接地，MOS管12的源极与通过熔断器的一次电源连接，MOS管12的漏极作为输出端。

则本申请提供的一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，通过处理模块设置的频率信道选通单元将外部天线接收的无线电信号的波段分成多段，以实现镜像频率抑制并避免目标外部天线接收的无线电信号谐波落入带内造成虚假响应，从而能够有目的的对某一频段内的无线电信号进行二次变频变换，使卫星处理机有针对性的运算处理卫星空间中的无线电信号。

基于本发明的同一构思，还提供一种射频接收方法，应用于上述卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，包括以下步骤：

射频输入接口通过外部天线接收外部天线接收卫星空间的无线电信号；

处理模块将所述外部天线接收的无线电信号进行放大、信道筛选、变频变换，得到所述卫星处理机运算的中频信号；

卫星处理机运算所述处理模块处理后得到的中频信号。

通过该方法可以有目的的接收和处理卫星空间中的无线电信号，提升卫星处理机接收卫星空间无线信号的处理能力。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，包括：壳体以及设置于所述壳体上的射频输入接口、射频输出接口和处理模块；其中，所述射频输入接口连接外部天线；所述射频输出接口连接卫星处理机；所述处理模块包括频率信道选通单元；所述外部天线接收卫星空间的无线电信号，并将所述无线电信号传输给所述处理模块进行放大、信道筛选、变频变换，以得到所述卫星处理机运算的中频信号。

2.根据权利要求1所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述壳体上设置多个所述射频输入接口，多个所述射频输入接口通过开关连接多个外部天线，以通过所述开关选择每个射频输入接口的目标外部天线，以接收卫星空间0.8～6GHz频段的无线电信号。

3.根据权利要求2所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述频率信道选通单元通过开关滤波器组件将目标外部天线接收的无线电信号的波段分成多段，以实现镜像频率抑制并避免目标外部天线接收的无线电信号谐波落入带内造成虚假响应。

4.根据权利要求3所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述处理模块包括放大滤波单元，所述放大滤波单元采用两级低噪声放大器加滤波器的结构，对目标外部天线接收的无线电信号进行功率放大和带外杂波滤除。

5.根据权利要求4所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述处理模块包括变频单元，所述变频单元采用二次变频方式，将前端信号放大变频到第一中频并进行卡带滤波后，变频到第二中频放大输出。

6.根据权利要求5所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述变频单元采用两级本振源作为驱动，包括采用带集成VCO频综芯片的第一本振源和第二本振源，所述第一本振源产生X频段扫频信号，所述第二本振源产生X频段点频信号。

7.根据权利要求6所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述处理模块包括控制接口单元，所述控制接口单元接入供电电源、以及频率、衰减、频率信道选通的控制信号。

8.根据权利要求7所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述处理模块还包括手动增益控制单元，所述手动增益控制单元对经过所述开关滤波器组件的无线电信号以1dB为步进进行增益。

9.根据权利要求8所述一种应用于卫星电磁环境监测的射频接收通道设备，其特征在于，所述供电电源设置过流保护电路和抗浪涌电路。

10.一种射频接收方法，其特征在于，应用于上述任一所述的射频接收通道设备，包括以下步骤：

射频输入接口通过外部天线接收外部天线接收卫星空间的无线电信号；

处理模块将所述外部天线接收的无线电信号进行放大、信道筛选、变频变换，得到卫星处理机运算的中频信号；

卫星处理机运算所述处理模块处理后得到的中频信号。

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