CN114355388B - 一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件及系统，包括第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件，两者均包括依次连接的前级放大组件、驱动放大组件、功率放大组件和输出组件，所述前级放大组件用于对相应频率的导航增强信号进行前级功率放大，所述驱动放大组件用于对所述前级放大组件输出的信号进行驱动放大，所述功率放大组件用于对所述驱动放大组件输出的信号进行温度补偿和后级功率放大，所述输出组件用于对所述功率放大组件输出的信号进行隔离得到相应频率的导航增强信号对应的功放信号输出至导航天线。通过设置双频发射组件，实现高效率的双频功率放大功能，减少了卫星能源的功耗。

Description

一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件及系统

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件及系统。

背景技术

随着北斗三号全球卫星导航系统的建成以及无人驾驶汽车等民用产业对高精定位的需求越来越迫切，利用低轨卫星实现全球高精定位的时机已经到来。传统卫星导航系统以中高轨卫星为主，信号功率低，易受遮挡，对民用信号的授权不支持，无法满足高精定位需求。低轨卫星由于传输路径短、空间损耗小、落地功率高，可以播发导航增强信号，为用户提供厘米级的高精定位服务。低轨卫星以其星座和信号的独特优势，逐步受到世界卫星导航领域的青睐，有望成为新一代卫星导航系统发展的一个方向。

低轨卫星导航增强系统主要有GNSS天线、导航增强处理机、功率放大组件和L频段发射天线组成。GNSS天线将接收的GPS/BDS导航信号输出给导航增强处理机，导航增强处理机处理地面上注的精密星历后形成导航增强信号，实现星上精密单点定位，经过功放功率放大后通过天线播发给地面终端用户。

目前国内低轨卫星导航增强系统处于起步阶段，且系统多为单频系统。双频系统相对于单频系统有着更好的定位精度和更短的收敛时间，是目前星基导航增强系统的发展趋势。同时，低轨卫星多为微小卫星，对体积、重量、功耗有较高的要求，由于低轨卫星下行发射功率一般需要大于10W，发射功率较大。

因此，需要提供一种具有双频功率放大功能并且可以提供高效率的功放的双频发射组件来解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件。解决了现有技术中低轨卫星下行发射功率需求较大，导致卫星功耗过大的问题。

本发明的技术效果通过如下实现的：

一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，用于对低轨卫星导航增强系统的双频导航增强信号进行功率放大，所述双频导航增强信号包括频率不同的第一导航增强信号和第二导航增强信号，包括第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件，所述第一导航增强信号处理组件用于对第一导航增强信号进行功率放大，所述第二导航增强信号处理组件用于对第二导航增强信号进行功率放大，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均包括依次连接的前级放大组件、驱动放大组件、功率放大组件和输出组件，所述前级放大组件用于对相应频率的导航增强信号进行前级功率放大，所述驱动放大组件用于对所述前级放大组件输出的信号进行驱动放大，所述功率放大组件用于对所述驱动放大组件输出的信号进行温度补偿和后级功率放大，所述输出组件用于对所述功率放大组件输出的信号进行隔离得到相应频率的导航增强信号对应的功放信号输出至导航天线。通过设置双频发射组件，完成对双频导航增强信号的功率放大，同时，在第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件分别对应的两路发射通道之间起到较好的屏蔽隔离效果，有效防止信号泄露造成干扰。

进一步地，所述前级放大组件包括串联的带通滤波器和前级放大器，所述带通滤波器用于对相应频率的导航增强信号进行带通滤波并将滤波后得到的信号输出至所述前级放大器，所述前级放大器用于对所述带通滤波器输出的信号进行第一级功率放大并将放大后得到的信号输出至所述驱动放大组件。通过设置带通滤波器，实现了对双频导航增强信号进行带通滤波，有效滤除带外噪声和近端杂散，保证输入的双频导航增强信号的信噪比和频谱纯度。

进一步地，所述驱动放大组件包括依次串联的数控衰减器、低通滤波器和驱动放大器，所述数控衰减器用于对所述前级放大组件输出的信号进行增益控制并将增益控制后得到的信号输出至低通滤波器，所述低通滤波器用于对所述数控衰减器输出的信号进行低通滤波并将滤波后得到的信号输出至驱动放大器，所述驱动放大器用于对所述低通滤波器输出的信号进行驱动放大并将放大后得到的信号输出至所述功率放大组件。通过设置驱动放大器，使得对双频导航增强信号进行驱动放大，以提供合适的功率给功率放大组件。

进一步地，所述功率放大组件包括串联的温补衰减器和功率放大器，所述温补衰减器用于对所述驱动放大组件输出的信号进行温度补偿并将温度补偿后得到的信号输出至所述功率放大器，所述功率放大器用于对所述温补衰减器输出的信号进行功率放大并将放大后的信号输出至所述输出组件。

具体地，功率放大器为氮化镓功率放大器。通过采用氮化镓功率放大器，实现了高效率的功率放大功能，减少了功耗和热耗，减轻了卫星能源的负担，解决了现有技术中低轨卫星下行发射功率需求较大，导致卫星功耗过大的问题。

进一步地，所述输出组件包括耦合器、隔离器和腔体滤波器，所述耦合器用于对所述功率放大组件输出的信号进行耦合输出并将主路的信号输出至所述隔离器，所述隔离器用于对所述耦合器和所述腔体滤波器之间进行隔离，所述腔体滤波器用于对所述隔离器输出的信号进行滤波并将滤波后的信号输出至导航天线。

进一步地，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括检波器，所述检波器用于接收相应频率的导航增强信号对应的所述耦合器的辅路输出。通过设置检波器，使得对通过耦合器对功率放大组件输出的信号进行耦合后输出的信号进行检波。

进一步地，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括电源转换处理电路，所述电源转换处理电路用于对相应频率的导航增强信号对应的输入电源分别进行EMI滤波后输出至所述前级放大组件的前级放大器中，进行浪涌抑制后输出至所述驱动放大组件的数控衰减器中，进行DC/DC变换后输出至所述驱动放大组件的驱动放大器中，进行LDO线性稳压后输出至所述功率放大组件的功率放大器中。

进一步地，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括栅极电压补偿电路，所述栅极电压补偿电路一端与相应频率的导航增强信号对应的所述电源转换处理电路电连接，另一端与所述功率放大组件的功率放大器电连接，所述电源转换处理电路用于对相应频率的导航增强信号对应的输入电源进行LDO线性稳压后输出至所述栅极电压补偿电路，所述栅极电压补偿电路用于对所述功率放大组件的功率放大器的栅极电压进行温度补偿。通过设置栅极电压补偿电路，使得可以对功率放大器的栅极电压进行温度补偿，从而根据温度变化反向自动的调整栅极电压，减小功放输出功率在大工作温度范围内的波动范围。

进一步地，所述第一导航增强信号处理组件的电源转换处理电路和所述第二导航增强信号处理组件的电源转换处理电路为同一个。

另外，还提供一种低轨卫星导航增强系统，包括接收天线、导航增强处理机、发射天线和上述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，所述接收天线用于接收导航信号输出至所述导航增强处理机，所述导航增强处理机用于对导航信号进行处理得到双频导航增强信号并通过所述发射天线将双频导航增强信号发射至地面终端。

如上所述，本发明具有如下有益效果：

1)通过设置双频发射组件，完成对双频导航增强信号的功率放大，同时，在第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件分别对应的两路发射通道之间起到较好的屏蔽隔离效果，有效防止信号泄露造成干扰。

2)通过采用氮化镓功率放大器，实现了高效率的功率放大功能，减少了功耗和热耗，减轻了卫星能源的负担，解决了现有技术中低轨卫星下行发射功率需求较大，导致卫星功耗过大的问题。

3)通过设置栅极电压补偿电路，使得可以对功率放大器的栅极电压进行温度补偿，从而根据温度变化反向自动的调整栅极电压，减小功放输出功率在大工作温度范围内的波动范围。

4)通过设置带通滤波器，实现了对双频导航增强信号进行带通滤波，有效滤除带外噪声和近端杂散，保证输入的双频导航增强信号的信噪比和频谱纯度。

5)通过设置驱动放大器，使得对双频导航增强信号进行驱动放大，以提供合适的功率给功率放大组件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。

图1为本说明书实施例提供的一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件的结构示意图；

图2为本说明书实施例提供的另一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件的结构示意图。

其中，图中附图标记对应为：

带通滤波器1、前级放大器2、数控衰减器3、低通滤波器4、驱动放大器5、温补衰减器6、功率放大器7、耦合器8、隔离器9、腔体滤波器10、检波器11、栅极电压补偿电路12、电源转换处理电路13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1：

如图1所示，一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，用于对低轨卫星导航增强系统的双频导航增强信号进行功率放大，双频导航增强信号包括频率不同的第一导航增强信号和第二导航增强信号，包括第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件，第一导航增强信号处理组件用于对第一导航增强信号进行功率放大，第二导航增强信号处理组件用于对第二导航增强信号进行功率放大，第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件均包括依次连接的前级放大组件、驱动放大组件、功率放大组件和输出组件，前级放大组件用于对相应频率的导航增强信号进行前级功率放大，驱动放大组件用于对前级放大组件输出的信号进行驱动放大，功率放大组件用于对驱动放大组件输出的信号进行温度补偿和后级功率放大，输出组件用于对功率放大组件输出的信号进行隔离得到相应频率的导航增强信号对应的功放信号输出至导航天线。

需要说明的是，为了适应双频导航增强信号播发的需求，需要发射组件能完成双频的功率放大。由于发射功率较大，因此需要两路功率放大之间需要较好的屏蔽隔离，防止信号的泄露造成干扰。由于双频频率均处于L频段，频率较为接近，同时不对其他卫星导航频点造成干扰，因此需要发射输出具有较好的带外抑制，压低带外的信号和噪声功率。

因此，本申请通过设置双频发射组件，完成对双频导航增强信号的功率放大，同时，在第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件分别对应的两路发射通道之间起到较好的屏蔽隔离效果，有效防止信号泄露造成干扰。

本实施例中第一导航增强信号的频率为1278.75MHz，第二导航增强信号的频率为1521.2MHz，第一导航增强信号、第二导航增强信号的频率也可以是其他导航频率。

优选地，前级放大组件包括串联的带通滤波器1和前级放大器2，带通滤波器1用于对相应频率的导航增强信号进行带通滤波并将滤波后得到的信号输出至前级放大器2，前级放大器2用于对带通滤波器1输出的信号进行第一级功率放大并将放大后得到的信号输出至驱动放大组件。

其中，带通滤波器1的作用是对相应频率的导航增强信号进行带通滤波，滤除带外噪声和近端杂散，保证输入信号的信噪比和频谱纯度；前级放大器2的作用是对滤波后的导航增强信号进行第一级功率放大。

优选地，驱动放大组件包括依次串联的数控衰减器3、低通滤波器4和驱动放大器5，数控衰减器3用于对前级放大组件输出的信号进行增益控制并将增益控制后得到的信号输出至低通滤波器4，低通滤波器4用于对数控衰减器3输出的信号进行低通滤波并将滤波后得到的信号输出至驱动放大器5，驱动放大器5用于对低通滤波器4输出的信号进行驱动放大并将放大后得到的信号输出至功率放大组件。

其中，数控衰减器3的作用是对经过前级放大的导航增强信号进行增益控制；低通滤波器4的作用是滤除导航增强信号的谐波和远端杂散；驱动放大器5的作用是对导航增强信号进行驱动放大，提供合适的功率给功率放大组件。

优选地，功率放大组件包括串联的温补衰减器6和功率放大器7，温补衰减器6用于对驱动放大组件输出的信号进行温度补偿并将温度补偿后得到的信号输出至功率放大器7，功率放大器7用于对温补衰减器6输出的信号进行功率放大并将放大后的信号输出至输出组件。

其中，温补衰减器6的作用是对相应频率的导航增强信号进行温度补偿以及改善级间匹配；功率放大器7的作用是对导航增强信号进行功率放大，满足发射功率要求。

目前的星载功放多为砷化镓功放，效率一般小于40％，功耗、热耗较大，越来越不适应低轨微小卫星的应用场合。本申请的功率放大器7为氮化镓功率放大器。通过采用氮化镓功率放大器，实现了高效率的功率放大功能，减少了功耗和热耗，减轻了卫星能源的负担，解决了现有技术中低轨卫星下行发射功率需求较大，导致卫星功耗过大的问题。

优选地，输出组件包括耦合器8、隔离器9和腔体滤波器10，耦合器8用于对功率放大组件输出的信号进行耦合输出并将主路的信号输出至隔离器9，隔离器9用于对耦合器8和腔体滤波器10之间进行隔离，腔体滤波器10用于对隔离器9输出的信号进行滤波并将滤波后的信号输出至导航天线。

优选地，第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件均还包括检波器11，检波器11用于接收相应频率的导航增强信号对应的耦合器8的辅路输出。

其中，耦合器8的作用是对相应频率的导航增强信号进行耦合输出，主路输出给隔离器9，辅路输出给检波器11；隔离器9的作用是对功率放大器7与腔体滤波器10之间进行隔离，保证腔体滤波器10的输入阻抗；腔体滤波器10的作用是滤除导航增强信号的谐波和远端杂散。

检波器11的作用是对耦合得到的导航增强信号进行检波，输出直流检波电压。

优选地，第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件均还包括栅极电压补偿电路12，栅极电压补偿电路12与相应频率的功率放大组件的功率放大器7电连接，栅极电压补偿电路12用于对功率放大组件的功率放大器7的栅极电压进行温度补偿。

其中，栅极电压补偿电路12的作用是对相应频率对应的功率放大器7的栅极电压进行温度补偿，可根据温度变化反向自动的调整栅极电压，从而减小功放输出功率在大工作温度范围内的波动范围。

由于双频发射组件为星载使用环境，工作温度为-40～+70℃，温度范围较大，双频发射组件发射组件中的功放易受温度影响导致输出功率变化较大，因此需要采用补偿技术减小功放输出功率波动。本申请通过设置栅极电压补偿电路12，使得可以对功率放大器7的栅极电压进行温度补偿，从而根据温度变化反向自动的调整栅极电压，减小功放输出功率在大工作温度范围内的波动范围。

在一种实施方式中，第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件均还包括电源转换处理电路13，电源转换处理电路13用于对相应频率的导航增强信号对应的输入电源分别进行EMI滤波后输出至前级放大组件的前级放大器2中，进行浪涌抑制后输出至驱动放大组件的数控衰减器3中，进行DC/DC变换后输出至驱动放大组件的驱动放大器5中，进行LDO线性稳压后输出至功率放大组件的功率放大器7中。

具体地，栅极电压补偿电路12一端与相应频率的导航增强信号对应的电源转换处理电路13电连接，另一端与功率放大组件的功率放大器7电连接，电源转换处理电路13用于对相应频率的导航增强信号对应的输入电源进行LDO线性稳压后输出至栅极电压补偿电路12，栅极电压补偿电路12用于对功率放大组件的功率放大器的栅极电压进行温度补偿，从而根据温度变化反向自动的调整栅极电压，减小功放输出功率在大工作温度范围内的波动范围。

其中，电源转换处理电路13的输入电压为23-30V。

如图2所示，在另一种实施方式中，第一导航增强信号处理组件的电源转换处理电路13和第二导航增强信号处理组件的电源转换处理电路13为同一个。将第一导航增强信号和第二导航增强信号对应的两个电源转换处理电路13集成为一个处理电路，即输出两路给两个导航增强信号对应的两路发射通道使用，进一步减小双频发射组件的体积和重量。

实施例2：

一种低轨卫星导航增强系统，包括接收天线、导航增强处理机、发射天线和实施例1中的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，接收天线用于接收导航信号输出至导航增强处理机，导航增强处理机用于对导航信号进行处理得到双频导航增强信号并通过发射天线将双频导航增强信号发射至地面终端。低轨卫星导航增强系统主要有GNSS天线、导航增强处理机、功率放大组件和L频段发射天线组成。通过在低轨卫星导航增强系统中设置本申请的双频发射组件，使得低轨卫星导航增强系统具备双频功率放大性能，实现了效率高、功耗低的的双频发射功能。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，用于对低轨卫星导航增强系统的双频导航增强信号进行功率放大，所述双频导航增强信号包括频率不同的第一导航增强信号和第二导航增强信号，其特征在于，包括第一导航增强信号处理组件和第二导航增强信号处理组件，所述第一导航增强信号处理组件用于对第一导航增强信号进行功率放大，所述第二导航增强信号处理组件用于对第二导航增强信号进行功率放大，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均包括依次连接的前级放大组件、驱动放大组件、功率放大组件和输出组件，所述前级放大组件用于对相应频率的导航增强信号进行前级功率放大，所述驱动放大组件用于对所述前级放大组件输出的信号进行驱动放大，所述功率放大组件用于对所述驱动放大组件输出的信号进行温度补偿和后级功率放大，所述输出组件用于对所述功率放大组件输出的信号进行隔离得到相应频率的导航增强信号对应的功放信号输出至导航天线，

所述驱动放大组件包括依次串联的数控衰减器(3)、低通滤波器(4)和驱动放大器(5)，所述数控衰减器(3)用于对所述前级放大组件输出的信号进行增益控制并将增益控制后得到的信号输出至低通滤波器(4)，所述低通滤波器(4)用于对所述数控衰减器(3)输出的信号进行低通滤波并将滤波后得到的信号输出至驱动放大器(5)，所述驱动放大器(5)用于对所述低通滤波器(4)输出的信号进行驱动放大并将放大后得到的信号输出至所述功率放大组件，

所述前级放大组件包括串联的带通滤波器(1)和前级放大器(2)，所述带通滤波器(1)用于对相应频率的导航增强信号进行带通滤波并将滤波后得到的信号输出至所述前级放大器(2)，所述前级放大器(2)用于对所述带通滤波器(1)输出的信号进行第一级功率放大并将放大后得到的信号输出至所述驱动放大组件，

所述功率放大组件包括串联的温补衰减器(6)和功率放大器(7)，所述温补衰减器(6)用于对所述驱动放大组件输出的信号进行温度补偿并将温度补偿后得到的信号输出至所述功率放大器(7)，所述功率放大器(7)用于对所述温补衰减器(6)输出的信号进行功率放大并将放大后的信号输出至所述输出组件。

2.根据权利要求1所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，其特征在于，所述输出组件包括耦合器(8)、隔离器(9)和腔体滤波器(10)，所述耦合器(8)用于对所述功率放大组件输出的信号进行耦合输出并将主路的信号输出至所述隔离器(9)，所述隔离器(9)用于对所述耦合器(8)和所述腔体滤波器(10)之间进行隔离，所述腔体滤波器(10)用于对所述隔离器(9)输出的信号进行滤波并将滤波后的信号输出至导航天线。

3.根据权利要求2所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，其特征在于，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括检波器(11)，所述检波器(11)用于接收相应频率的导航增强信号对应的所述耦合器(8)的辅路输出。

4.根据权利要求1所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，其特征在于，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括栅极电压补偿电路(12)，所述栅极电压补偿电路(12)与相应频率的所述功率放大组件的功率放大器(7)电连接，所述栅极电压补偿电路(12)用于对所述功率放大组件的功率放大器(7)的栅极电压进行温度补偿。

5.根据权利要求1所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，其特征在于，所述第一导航增强信号处理组件和所述第二导航增强信号处理组件均还包括电源转换处理电路(13)，所述电源转换处理电路(13)用于对相应频率的导航增强信号对应的输入电源分别进行EMI滤波后输出至所述前级放大组件的前级放大器(2)中，进行浪涌抑制后输出至所述驱动放大组件的数控衰减器(3)中，进行DC/DC变换后输出至所述驱动放大组件的驱动放大器(5)中，进行LDO线性稳压后输出至所述功率放大组件的功率放大器(7)中。

6.根据权利要求5所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，其特征在于，所述第一导航增强信号处理组件的电源转换处理电路(13)和所述第二导航增强信号处理组件的电源转换处理电路(13)为同一个。

7.一种低轨卫星导航增强系统，其特征在于，包括接收天线、导航增强处理机、发射天线和如权利要求1-6任一项所述的用于低轨卫星导航增强系统的双频发射组件，所述接收天线用于接收导航信号输出至所述导航增强处理机，所述导航增强处理机用于对导航信号进行处理得到双频导航增强信号并通过所述发射天线将双频导航增强信号发射至地面终端。

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