CN114944865A - 超宽带Ka频段卫星射频单元设计及应用方法 - Google Patents

超宽带Ka频段卫星射频单元设计及应用方法 Download PDF

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Abstract

发明的目的是提供一种能应用于全球而不需更换部件的超宽带Ka频段射频单元的方法。发明方法提供的超宽带Ka频段射频单元，包括跳频本振及开关滤波器组，还可包含LNA混频器、跳频本振、中频滤波器、复用单元及电源管理和控制单元。发明方法设计的超宽带Ka频段射频单元，较佳的是将所述上、下变频器中的LNA设为超宽带LNA。本发明还提供了一种实现提高Ka频段低噪声下变频器应用于全球的方法，其是将本振设置为跳频本振以能对于同样的射频频率配置不同的中频频率输出，兼容多种调制解调器使用。其通过对跳频本振控制，地面站系统能对所述变频器进行一键工作频率切换或者配合全球定位系统进行自动切换。

Description

超宽带Ka频段卫星射频单元设计及应用方法
技术领域
发明涉及一种卫通设备，特别是涉及一种能应用于全球而不需更换部件的超宽带Ka频段卫星射频单元设计及应用方法。
背景技术
卫星移动通信凭借其覆盖范围广、不受地理条件影响等优势，与地面通信系统形成互补，广泛应用于地面通信系统不易覆盖或建设成本价过高的领域。其覆盖范围大，通信距离远：一颗地球静止通信卫星的微波束，可覆盖地球表面的40％，能供17000千米的两个地面站直接通信；通信容量大：传统Ku卫星容量约为2Gbps，高通量Ku卫星容量最高达30Gbps；Ka高通量卫星容量达140Gbps；传输质量高：不受地形、地物等自然条件影响，且不易受自然或人为干扰以及通信距离变化的影响，通信稳定可靠；机动性好：能根据需要迅速建立同各个方向的通信联络；基于以上优势，卫星通信目前广泛应用于渔政、水利、救灾、勘探以及军事等各个领域。
目前，全球用于Ka频段卫星通信的上行频段和下行频段为27.5GHz～31GHz和17.7GHz～21.2GHz，而且，不同的国家或区域，只能使用其中的某一指定频段。例如我国本土使用频率为上行29.4GHz～31GHz，下行频段为19.6GHz～21.2GHz。
另外，Ka频段收发信机，将Ka频段收发信机、Ka频段发射机、Ka频段OMT集成于一体。Ka频段收发信机广泛应用于各种地面卫星移动或固定通信系统中，如：便携站、固定站、车载动中通、机载动中通等等。
目前市面上现有的Ka频段收发信机，均只能工作在较窄的频段，单机最宽的工作频段不超过2GHz，配备该收发信机的地面站系统只能工作在某一国家或地域，如果想要实现全球通信，则需要更换不同的Ka频段收发信机。如图1所示，为窄带Ka收发信机组成框图，其射频放大器和滤波器为固定的某一窄带频段，本振频率为一个固定的点频频率，根据目前Ka频段的全球地域和频率划分，配备窄带Ka频段低噪声下变频器的Ka频段卫星通信地面站系统，只能工作于某一个指定的地域，如果需要在其他地域工作，则必须将该Ka频段低噪声下变频器换成其他频段的。因此如果地面站需要在全球范围内工作，则在不同的地域需要更换不同的Ka频段低噪声下变频器。
如图1所示，为现有技术的窄带Ka频段低噪声下变频器原理框图，其主要包含：窄带LNA、射频滤波器、混频器、本振、中频滤波器、复用单元；通常还包含电源管理及控制单元，射频信号输入窄带LNA依次通过射频滤波器、混频器、中频滤波器、复用单元然后输出中频。
而窄带Ka频段上变频器，是包含窄带PA代替了窄带LNA，其余主要是信号流向不同。
针对目前市面上的Ka频段射频单元只能工作于某一固定地域的情况，本发明提出了一种能够实现全球工作的超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法。
本发明中的Ka频段收发信机，接收频段单机覆盖17.7GHz～21.2GHz全频段，发射频段单机覆盖27.5GHz～31GHz，配备该收发信机的地面站，能够实现全球通信需求。
发明内容
发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、可用于全球工作的方便多频段切换的超宽带Ka频段卫星射频单元设计及应用方法。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
发明提供的超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，包括跳频本振及开关滤波器组，还可包含LNA混频器、跳频本振、中频滤波器、复用单元及电源管理和控制单元。
发明超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，较佳的是所述下变频器为超宽带LNA。
本发明还提供了一种实现提高Ka频段上或低噪声下变频器频宽方法应用于全球的方案，其是将本振设置为跳频本振以能对于同样的射频频率配置不同的中频频率输出，兼容多种调制解调器使用。
较佳的是其通过对跳频本振控制，地面站系统能对所述变频器进行一键工作频率切换或者配合全球定位系统进行自动切换。
与现有的采用窄带Ka频段低噪声上、下变频器的卫星通信地面站系统相比，本发明的一种超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法具有以下优势：
1、成本更低：对于有全球工作的地面站系统来说，只需要配备本发明方法设计的超宽带Ka频段收上、下变频器即可；如果配备窄带Ka频段低噪声下变频器或上变频器，则需要配备好几种。
2、切换方便：配备本发明的超宽带Ka频段射频单元设计方法设计的射频单元(上、下变频器)的地面站系统可通过软件进行一键甚至结合自身的全球定位系统可实现自动切换。如果配备窄带Ka频段低噪声下变频器，则需要进行模块更换。
3、系统兼容性更强：本发明方法设计的超宽带Ka频段射频单元为跳频本振，对于同样的射频频率，能够配置不同的中频频率输出，能够兼容不同的调制解调器使用。
下面结合附图对本发明超宽带Ka频段射频单元设计方法及其设计的电路做进一步说明。
附图说明
图1为现有的窄带Ka低噪声下变频器组示意成框图；
图2为本发明的方法设计的一种超宽带Ka频段低噪声下变频器组成框图。
具体实施方式
本发明的设计方法，是将其设计的中的超宽带Ka频段射频单元(上、下变频器)是将传统的窄带Ka频段射频单元中的窄带Ka频段低噪声下变频器/上变频器的多个功能单元及其配套电路进行了改进，主要是在LNA、滤波器和本振等单元做了进一步研制，使得其能够工作于更宽的频段，本发明设计的超宽带Ka频段射频单元的原理框图如图2所示(以下变频器为例)。
本发明的超宽带Ka频段射频单元的设计中，所述的超宽带Ka工作频率通常是指工作范围至少为17.7GHz～21.2GHz。所述超宽带Ka频段射频单元主要是由宽带LNA(低噪声放大器)及匹配电路、PA(功率放大器)及匹配电路、偏压电路、射频滤波器(滤波器、开关滤波器组)、混频器、跳频本振、中频滤波器、复用单元及电源管理和控制单元，还可设有中频放大器。
本发明的是设计方法主要在于将射频单元的是将本振单元设计成跳频本振，其可根据不同的外部控制，输出不同的本振频率。
在本发明的方法中，所述射频单元的接收频段的控制，由接收供电电压来实现。电源管理单元内部会检测接收供电电压值，接收电压分为三个供电区间。电源管理单元根据不同的电压输入范围，控制跳本振输出不同的本振频率，从而实现射频单元的频率切换。
本发明设计的一种超宽带Ka频段下变频器的原理框图是如图2所示，主要包含：
宽带LNA、开关滤波器组、混频器、跳频本振、中频滤波器、复用单元及电源管理和控制单元；相对于现有的变频器，本发明最主要的改进之一是将本振单元设计成跳频本振，以根据对于不同的射频和中频需求，可进行本振软件重构。
另外，还将输入端的LNA(低噪声放大器)设计成超宽带LNA，或者上变频器的PA设计成超宽带PA使得其能工作在更宽的频段。
并且，将射频滤波器设计成开关滤波器组，对于不同的工作子带，进行对应的滤波器切换。
在具体应用中，本发明设计的超宽带Ka频段射频单元借助跳频本振的设置，对于同样的射频频率，能够配置不同的中频频率输出，能够兼容不同的调制解调器使用，亦可在全球范围内因应不同地域的工作，进行对应的滤波器切换，无需更换不同的Ka频段低噪声下、上变频器。因而对于有全球工作的地面站系统来说，只需要配备一组本发明的超宽带Ka频段射频单元即可。
进一步的实施方案中，配备有本发明的超宽带Ka频段射频单元的地面站系统可通过软件进行一键甚至结合自身的全球定位系统可实现自动切换。
以上所述的实施例仅仅是对发明的优选实施方式进行描述，并非对发明的范围进行限定，在不脱离发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，其特征在于，将卫星射频单元的本振单元设为跳频本振，并将射频滤波器设计为开关滤波器组以覆盖卫星通信系统的工作范围。
2.根据权利要求1所述的超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，其特征在于，该方法将所述射频单元中的LNA或PA设计为超宽带LNA或PA。
3.根据权利要求1或2所述的超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，其特征在于，其还包含有混频器、跳频本振、中频滤波器、复用单元及电源管理和控制单元。
4.根据权利要求1或2所述的超宽带Ka频段卫星射频单元设计方法，其特征在于，所述射频单元为上变频器或下变频器。
5.一种实现提高Ka频段卫星射频单元应用于全球的方法，其特征在于，将本振设置为跳频本振以能对于同样的射频频率配置不同的中频频率输出，兼容多种调制解调器使用。
6.根据权利要求4所述的一种实现提高Ka频段射频单元应用于全球的方法，其特征在于，通过对跳频本振控制，地面站系统能对所述变频器进行一键工作频率切换或者配合全球定位系统进行自动切换。
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