CN113872622B - 一种可变频点的星用测控发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变频点的星用测控发射机，包括第一滤波器、可变本振模块、混频器、第一放大器、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器和隔离器。本发明涉及的UHF频段星用测控发射机，可在UHF频段的可变工作频点上工作，输入的固定中频发射信号，与可变本振信号进行混频，在UHF频段上进行功率放大，实现了可变频点的大功率信号发射。

Description

一种可变频点的星用测控发射机

技术领域

本发明涉及星用测控通信发射机技术领域，特别涉及一种可变频点的星用测控发射机。

背景技术

在应用卫星、火星探测、嫦娥探月等航天工程中，航天器测控通信系统承担着航天器的遥测、遥控、跟踪、测距、测速等通信功能。测控通信任务，通常是指航天器与地面站，或者航天器与航天器之间完成遥控、遥测数据的接收发射。装备在航天器上的星载测控设备，由接收机与发射机组成，共同完成上述通信任务。

目前常规的星载测控通信设备，由于设计技术的限制，往往只能工作在一个工作频点上，使得一旦该工作频点出现干扰时，将严重影响航天器的通信任务。此外，随着航天器数量的增多，往往出现“一对多”即一个航天器对多个航天器或者“多对多”通信场景，现有星载测控通信设备上采用固定频点完成接收机和发射机的设计方式难以满足。

以火星、月球为代表的深空探测工程，对航天测控通信要求更趋智能化，多频点工作的星载测控发射机是本领域需要解决的重要问题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种可变频点的星用测控发射机，用于解决在应用卫星、深空探测中星载测控发射机无法在UHF频段上实现多组工作频点，带外抑制性能不佳，发射机工作效率低的技术问题。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种可变频点的星用测控发射机，包括第一滤波器、可变本振模块、混频器、第一放大器、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器和隔离器，其中：

所述第一滤波器，输入端接收中频发射信号，输出端连接所述混频器，用于将固定中频频率的中频发射信号进行杂波抑制；

所述可变本振模块，输入端连接外部输入的数字本振信号和数字时钟信号，输出端连接所述混频器，用于产生多组工作频点的本振信号；

所述混频器，第一输入端连接所述第一滤波器，第二输入端连接所述可变本振模块，输出端连接所述第一放大器，用于将固定频率的中频发射信号与可变本振信号混频从而产生可变频率的发射信号；

所述第一放大器，输入端连接所述混频器，输出端连接所述第二滤波器，用于将混频后的发射信号进行第一级放大；

所述第二滤波器，输入端连接所述第一放大器，输出端连接所述第二放大器，用于将第一级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号；

所述第二放大器，输入端连接所述第二滤波器，输出端连接所述第三滤波器，用于将滤波后的信号进行第二级信号放大；

所述第三滤波器，输入端连接所述第二放大器，输出端连接所述功率放大器，用于将第二级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号；

所述功率放大器，输入端连接所述第三滤波器，输出端连接所述耦合器，用于将信号进行第三级信号放大；

所述耦合器，输入端连接所述功率放大器，第一输出端连接所述检波器，用于耦合出一路信号，输出至所述检波器产生功率检波电压；第二输出端连接所述隔离器，用于耦合出另一路信号，产生发射信号并输出；

所述检波器，输入端连接所述耦合器，输出端连接所述运算放大器，用于将耦合出的一路信号，进行功率检波，输出检波电压；

所述运算放大器，输入端连接所述检波器，输出端输出功率遥测电压，用于将所述检波器输出的检波电压，进行放大处理，产生发射机的功率遥测电压，指示发射机工作状态；

所述隔离器，输入端连接所述耦合器，输出端输出发射信号，用于实现发射机与后级外部电路的良好射频匹配，保证发射机在空间环境下稳定工作。

进一步的，所述可变本振模块包括高速数模转换器、滤波器和倍频器，其中：

所述高速数模转换器，用于接收数字本振信号和数字时钟信号，工作时钟为160MHz，输出的模拟本振基准信号频率范围为45～52MHz，信号功率范围为-6～-10dBm；

所述滤波器，用于将模拟本振基准信号进行滤波，1dB带宽为1MHz；

所述倍频器，用于对模拟本振基准信号的倍频，产生可变本振信号，倍频数选6-12。

优选的，所述功率放大器采用前级功率管与后级功率管的一体化设计。

进一步的，根据输入的供电开关控制信号，具有工作电压开、工作电压关两种状态，分别输出大功率/小功率两种发射信号；

在工作电压开状态下，所述功率放大器输出大功率发射信号；

在工作电压关状态下，所述功率放大器输出小功率发射信号。

优选的，所述功率放大器，工作电压开状态下的输出功率大于43dBm，放大增益大于25dB，工作效率大于50％，工作电压关状态下的输出功率大于-20dBm。

优选的，所述第一滤波器，1dB带宽指标大于20MHz，偏离中心频点50MHz处抑制度大于40dBc，插入损耗小于5dB。

优选的，所述混频器的中频发射信号频率可选范围为50-65MHz。

优选的，所述第一放大器，放大增益大于20dB，噪声系数小于1dB。

优选的，所述第二滤波器选用LC型滤波器，所述第二滤波器的1dB带宽大于20MHz，插入损耗小于6dB，偏离中心频点50MHz处抑制度大于50dBc。

优选的，所述第二放大器，放大增益大于35dB。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明提供的一种可变频点的星用测控发射机，可在不增加体积、重量、功耗的情况下，同时无需更改硬件方案，实现430MHz～450MHz频率范围的任一工作频点上大功率发射。

2、本发明提供的一种可变频点的星用测控发射机，实现对中频发射信号进行第一级窄带滤波，实现更高的发射带外抑制能力，提高发射机信号输出质量。

3、本发明提供的一种可变频点的星用测控发射机，采用了前级功率管与后级功率管一体化设计方案，实现了具有大功率/小功率两种发射信号模式的星用发射机，工作效率高，可广泛应用于大功率发射，且对重量、功耗要求苛刻的火星、月球等深空探测工程中。

4、常规多频点星用测控发射机，往往需要多路本振电路，同时增加本振信号切换电路，工作模式复杂，同时带来了额外的体积、重量和功耗开销。本发明解决了宇航多频点星用测控发射机技术难题，达到小型化、多频点、高工作效率功率发射要求，特别适用于通信任务复杂，对重量功耗要求苛刻的如火星、月球等深空探测工程中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。附图中：

图1为本发明一种可变频点的星用测控发射机的结构框图；

图2为本发明一种可变频点的星用测控发射机的可变本振模块器内部等效框图。

【主要符号说明】

1-第一滤波器；

2-可变本振模块；

3-混频器；

4-第一放大器；

5-第二滤波器；

6-第二放大器；

7-第三滤波器；

8-功率放大器；

9-耦合器；

10-检波器；

11-运算放大器；

12-隔离器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和2所示，本实施例公开了一种可变频点的星用测控发射机，包括第一滤波器1、可变本振模块2、混频器3、第一放大器4、第二滤波器5、第二放大器6、第三滤波器7、功率放大器8、耦合器9、检波器10、运算放大器11和隔离器12，各组成单元的连接关系如附图1所示，各模块的功能如下：

所述第一滤波器1，输入端接收中频发射信号，输出端连接所述混频器3，用于将固定中频频率的中频发射信号进行杂波抑制。本实施例中，固定频率的中频发射信号频率可选范围为50-65MHz，在本技术方案中，实现可变频点的大功率发射信号，可变频点范围为UHF频段430MHz～450MHz，信号带宽为2MHz，发射功率大于43dBm。所选第一滤波器1的抑制度指标越好，越能提高发射机的带外抑制性能。优选的，所述第一滤波器1，1dB带宽指标大于20MHz，偏离中心频点50MHz处抑制度大于40dBc，插入损耗小于5dB。

所述可变本振模块2，输入端连接外部输入的数字本振信号和数字时钟信号，输出端连接所述混频器3，用于产生多组工作频点的本振信号。本实施例中，可变本振模块2内部框图如附图2所示，所述可变本振模块2包括高速数模转换器、滤波器和倍频器。表征多组工作频点的数字本振信号，与数字时钟信号一同输入高速数模转换器，产生模拟本振基准信号。模拟本振基准信号经过滤波器对杂散信号进行抑制和滤除，输入至倍频器，最终产生可变本振信号输出至混频器3。具体的，所述高速数模转换器，用于接收数字本振信号和数字时钟信号，工作时钟为160MHz，输出的模拟本振基准信号频率范围为45～52MHz，信号功率范围为-6～-10dBm；所述滤波器，用于将模拟本振基准信号进行滤波，1dB带宽为1MHz；所述倍频器，用于对模拟本振基准信号的倍频，产生可变本振信号，倍频数可选6-12。本实施例中，倍频数为10，可变本振信号为频率范围在450～520MHz的某一个频点信号。

所述混频器3，第一输入端连接所述第一滤波器1，第二输入端连接所述可变本振模块2，输出端连接所述第一放大器4，用于将固定频率的中频发射信号与频率范围为450～520MHz的可变本振信号混频从而产生可变频率的发射信号。优选的，所述混频器3的中频发射信号频率可选范围为50-65MHz。

所述第一放大器4，输入端连接所述混频器3，输出端连接所述第二滤波器5，用于将混频后的发射信号进行第一级放大。在本实施例的中，所述混频器3输出的发射信号功率为-20dBm，共需进行三级功率放大，最终实现发射机的信号功率放大至43dBm。所述第一放大器4，放大增益大于20dB，噪声系数小于1dB。

所述第二滤波器5，输入端连接所述第一放大器4，输出端连接所述第二放大器6，用于将第一级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号。本实施例中，所述第二滤波器5选用LC型滤波器，所述第二滤波器5的1dB带宽大于20MHz，插入损耗小于6dB，偏离中心频点50MHz处抑制度大于50dBc。

所述第二放大器6，输入端连接所述第二滤波器5，输出端连接所述第三滤波器7，用于将滤波后的信号进行第二级信号放大。本实施例中，所述第二放大器6，放大增益大于35dB。

所述第三滤波器7，输入端连接所述第二放大器6，输出端连接所述功率放大器8，用于将第二级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号。本实施例中，所述第三滤波器7和第二滤波器5的器件选型相同，参数相同。

所述功率放大器8，输入端连接所述第三滤波器7，输出端连接所述耦合器9，用于将信号进行第三级信号放大。本实施例中，所述功率放大器8通过混合集成电路工艺，采用了前级功率管与后级功率管的一体化集成设计，具有大功率/小功率两种发射信号模式以及工作效率高的特点；所述功率放大器8，根据输入的供电开关控制信号，具有工作电压开、工作电压关两种状态；在工作电压开状态下，功率放大器8输出大功率发射信号；在工作电压关状态下，功率放大器8产生小功率发射信号。本实施例中，所述功率放大器8，工作电压开状态下的大功率发射信号功率大于43dBm，放大增益大于25dB，工作效率大于50％；工作电压关状态下的小功率发射信号功率大于-20dBm。

所述耦合器9，输入端连接所述功率放大器8，第一输出端连接所述检波器10，用于耦合出一路信号，输出至所述检波器10产生功率检波电压；第二输出端连接所述隔离器12，用于耦合出另一路信号，产生发射信号并输出。

所述检波器10，输入端连接所述耦合器9，输出端连接所述运算放大器11，用于将耦合出的一路信号，进行功率检波，输出检波电压。

所述运算放大器11，输入端连接所述检波器10，输出端输出功率遥测电压，用于将所述检波器10输出的检波电压，进行放大处理，产生发射机的功率遥测电压，指示发射机工作状态。

所述隔离器12，输入端连接所述耦合器9，输出端输出发射信号，用于实现发射机与后级外部电路的良好射频匹配，保证发射机在空间环境下稳定工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，包括第一滤波器、可变本振模块、混频器、第一放大器、第二滤波器、第二放大器、第三滤波器、功率放大器、耦合器、检波器、运算放大器和隔离器，其中：

所述第一滤波器，输入端接收中频发射信号，输出端连接所述混频器，用于将固定中频频率的中频发射信号进行杂波抑制；

所述可变本振模块，输入端连接外部输入的数字本振信号和数字时钟信号，输出端连接所述混频器，用于产生多组工作频点的本振信号；

所述混频器，第一输入端连接所述第一滤波器，第二输入端连接所述可变本振模块，输出端连接所述第一放大器，用于将固定频率的中频发射信号与可变本振信号混频从而产生可变频率的发射信号；

所述第一放大器，输入端连接所述混频器，输出端连接所述第二滤波器，用于将混频后的发射信号进行第一级放大；

所述第二滤波器，输入端连接所述第一放大器，输出端连接所述第二放大器，用于将第一级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号；

所述第二放大器，输入端连接所述第二滤波器，输出端连接所述第三滤波器，用于将滤波后的信号进行第二级信号放大；

所述第三滤波器，输入端连接所述第二放大器，输出端连接所述功率放大器，用于将第二级放大后的信号进行滤波从而抑制杂波信号；

所述功率放大器，输入端连接所述第三滤波器，输出端连接所述耦合器，用于将信号进行第三级信号放大；

所述耦合器，输入端连接所述功率放大器，第一输出端连接所述检波器，用于耦合出一路信号，输出至所述检波器产生功率检波电压；第二输出端连接所述隔离器，用于耦合出另一路信号，产生发射信号并输出；

所述检波器，输入端连接所述耦合器，输出端连接所述运算放大器，用于将耦合出的一路信号，进行功率检波，输出检波电压；

所述运算放大器，输入端连接所述检波器，输出端输出功率遥测电压，用于将所述检波器输出的检波电压，进行放大处理，产生发射机的功率遥测电压，指示发射机工作状态；

所述隔离器，输入端连接所述耦合器，输出端输出发射信号，用于实现发射机与后级外部电路的良好射频匹配，保证发射机在空间环境下稳定工作。

2.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述可变本振模块包括高速数模转换器、滤波器和倍频器，其中：

所述高速数模转换器，用于接收数字本振信号和数字时钟信号，工作时钟为160MHz，输出的模拟本振基准信号频率范围为45～52MHz，信号功率范围为-6～-10dBm；

所述滤波器，用于将模拟本振基准信号进行滤波，1dB带宽为1MHz；

所述倍频器，用于对模拟本振基准信号的倍频，产生可变本振信号，倍频数选6-12。

3.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述功率放大器采用前级功率管与后级功率管的一体化设计。

4.根据权利要求3所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，根据输入的供电开关控制信号，具有工作电压开、工作电压关两种状态，分别输出大功率/小功率两种发射信号；

在工作电压开状态下，所述功率放大器输出大功率发射信号；

在工作电压关状态下，所述功率放大器输出小功率发射信号。

5.根据权利要求4所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述功率放大器，工作电压开状态下的输出功率大于43dBm，放大增益大于25dB，工作效率大于50％，工作电压关状态下的输出功率大于-20dBm。

6.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述第一滤波器，1dB带宽指标大于20MHz，偏离中心频点50MHz处抑制度大于40dBc，插入损耗小于5dB。

7.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述混频器的中频发射信号频率可选范围为50-65MHz。

8.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述第一放大器，放大增益大于20dB，噪声系数小于1dB。

9.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述第二滤波器选用LC型滤波器，所述第二滤波器的1dB带宽大于20MHz，插入损耗小于6dB，偏离中心频点50MHz处抑制度大于50dBc。

10.根据权利要求1所述的一种可变频点的星用测控发射机，其特征在于，所述第二放大器，放大增益大于35dB。

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