CN116192233A - 一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法，该方法包括：控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块；控制模块用于控制电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块和设备工作模块；电源模块用于为各个模块供电；按键模块用于配合开关切换模块，确定设备工作模块的工作模式；显示模块，用于显示Ka/Ku频段卫星中频环路设备的工作模式。本发明用于连接卫星主站的C频段分合路器和Ka/Ku切换开关之间的信号切换，在不更改硬件连接的情况下，满足Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式的练习，让操作人员快速便捷的掌握Ka/Ku卫星通信链路的工作流程，有效提高练习的效率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法。
背景技术
Ka/Ku频段卫星中频环路设备是装载在卫星通信车上1U标准机箱车载练习设备。主要用于连接卫星主站的C频段分合路器和Ka/Ku切换开关之间的信号切换。卫星通信车组网程序步骤多，参数设置复杂，当前能够熟练掌握组网的操作员很少，且组网需要在卫星资源满足组网要求的情况下才能进行，但目前存在的困难一个是现有可用卫星资源比较紧张，另一个是租用卫星频率资源费用高昂。
同时，在练习实际操作中，切换卫星频段时存在更换硬件连接容易出错、损耗线缆、练习效率不高的实际困难。如果设计适合练习使用的低成本、界面简洁化、无需设置过多参数的轻型练习转接设备能有效的提高练习的效果。因此，如何在不更改硬件连接的情况下，实现满足Ka/Ku两种模式的中频环测试练习和正常上星模式的练习，通过在各种模式中反复的模拟练习掌握整个系统的工作流程及多种工作模式；在有趣、快捷、明了的操作中提高专业技能，提高某卫星通信车在不同频段波束下的工作速度和效率很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法，主要完成Ka、Ku及上星三种练习模式的一键式快速切换，改善练习常规模式，让操作人员快速便捷的掌握Ka/Ku卫星通信链路的工作流程，有效提高练习的效率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备，所述设备包括：
控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块；所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备安装在卫星通信车的车载设备标准机架上；
所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块用壳体封装；
所述控制模块与所述电源模块、显示模块、按键模块通过电缆连接；
所述开关切换模块通过电缆与所述控制模块和所述设备工作模块连接；
所述控制模块，用于接收和处理所述按键模块的按键信号、控制所述开关切换模块的模式选择切换、控制所述显示模块的显示和控制所述设备工作模块的工作；
所述电源模块，用于为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块和设备工作模块供电；
所述按键模块，用于配合所述开关切换模块，进行所述设备工作模块的工作模式按键选择；
所述工作模式包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
所述显示模块，用于显示所述Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式的当前切换状态。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述卫星通信车安装有车载天馈系统和射频前端；所述车载天馈系统安装于所述卫星通信车的车顶；
所述车载天馈系统包括天线下行接口和天线上行接口；
所述射频前端通过电缆与所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备连接，用于接收所述直通模式的信号；
所述卫星通信车安装有Ka/Ku切换开关；所述Ka/Ku切换开关与所述天线下行接口和天线上行接口进行信号连接；
所述卫星通信车提供的24V电压；
利用所述电源模块对所述24V电压进行变压，为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块和所述天馈系统提供所需电压的直流电；
所述卫星通信车上带有C频段分合路器接口。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述设备工作模块，包括：
切换开关(1)、隔直器(2)、增益控制器(3)、隔10M单元(4)、衰减器(5)、变频器(6)、衰减器(7)、切换开关(8)、切换开关(9)、隔10M单元(10)、隔直器(11)、增益控制器(12)、隔直器(13)、馈电器(14)、10M参考源(15)、C频段分合路器的上行信号接口(16)和C频段分合路器的下行信号接口(17)；
所述切换开关(1)与所述隔直器(2)、所述C频段分合路器的上行信号接口(18)导线连接；所述增益控制器(3)与所述隔直器(2)、所述车载Ka/Ku切换开关导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述切换开关(1)、所述衰减器(5)导线连接；所述切换开关(8)与所述衰减器(5)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔10M单元(10)与所述隔直器(11)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔直器(11)与所述C频段分合路器的下行信号接口(17)导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述变频器(6)导线连接；所述衰减器(7)与所述变频器(6)、所述切换开关(8)导线连接；所述车载Ka/Ku切换开关与所述馈电器(14)导线连接；所述10M参考源(15)与所述馈电器(14)导线连接；所述隔直器(13)与所述增益控制器(12)、所述馈电器(14)导线连接；所述增益控制器(12)与所述切换开关(9)导线连接；
所述切换开关(1)、切换开关(8)和切换开关(9)用于进行工作模式切换；
所述隔直器(2)、隔直器(11)和隔直器(13)用于隔直流；
所述增益控制器(3)和增益控制器(12)用于调整信号的增益；
所述隔10M单元(4)和隔10M单元(10)用于隔离射频信号中的10M参考信号；
所述衰减器(5)和衰减器(7)用于对信号进行衰减；
所述变频器(6)用于改变信号的频率；
所述馈电器(14)用于为天馈系统提供+15V馈电；
所述10M参考源(15)用于产生10M参考信号。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述增益控制器包括宽带低噪声放大器、可调衰减器；
所述宽带低噪声放大器和所述可调衰减器导线连接；
所述宽带低噪声放大器用于产生固定信号增益；
所述可调衰减器用于调节信号增益，防止过度补偿。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述开关切换模块用于在直通模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述射频前端；
在Ka环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述变频器(6)；
为Ku环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述C频段分合路器的下行信号接口。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述变频器包括第一混频器、第二混频器、第一滤波器和第二滤波器；
所述第一混频器与第一滤波器导线连接；所述第一滤波器与所述第二混频器导线连接；所述第二混频器与所述第二滤波器导线连接；
利用所述第一混频器和第一滤波器，对频率范围为2400MHz～4000MHz的输入信号进行第一次混频，得到频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号；
利用所述第二混频器和第二滤波器，对所述频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号进行第二次混频，得到频率范围为2200MHz～3800MHz的输出信号。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第一方面中，所述设备还包括结构屏蔽设计；
所述结构屏蔽设计包括：将所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块单独进行屏蔽，各个模块通过同轴电缆互联，以减少基本模块之间的辐射干扰。
本发明实施例第二方面公开了一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法，所述方法包括：
S1，对Ka/Ku频段卫星中频环路设备进行初始化；
S2，利用按键模块，对按键的触发情况进行检测，得到按键检测结果；所述按键检测结果包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
S3，利用所述开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例第二方面中，所述利用开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式，包括：
S31，所述按键检测结果为Ka环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、下变频200M、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S32，所述按键检测结果为Ku环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S33，所述按键检测结果为直通模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔直器，经过隔直流、隔离10M参考信号、增益控制和馈电器处理后，通过天线上行接口与车载Ka/Ku切换开关连接，利用车载天馈系统把信号发射出去；
所述车载Ka/Ku切换开关与天线下行接口连接，Ka/Ku切换开关下行信号经过馈电器处理、馈10M参考源、增益控制后，与C频段分合路器的下行信号连接，接收星上收到的信号。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
(1)本发明可实现在无需申请或租用卫星频率资源的情况下，利用中频自环的方式进行车载网管软件组网训练，并利用电子切换开关实现练习模式与上星模式的一键切换。能够有效解决某卫星通信车因缺少卫星频率资源而无法开展自组网练习的问题，使操作人员自组网练习水平从量的积累逐步实现质的飞跃，对于提高通信保障效益具有十分重要的实际意义。
(2)本发明能够在不更改接线和任何终端设备和网管设备参数的情况下完成实际上星通信，保证各波束下上星对星、入网、综合业务的正常通信；能够在无卫星资源或申请卫星资源困难时，完成Ka/Ku模式的中频环路测试。
(3)利用上星直通模式，实现上下行信号从C频段分合路器到天馈系统的信号直通，并保证给天馈系统的供电和参考信号的需求使天馈系统正常使用；
(4)实现Ka频段中频环回练习模式，即将C频段分合路器的上行信号(2.4G～4G)下变频200M到(2.2G～3.8G)再接入C频段分合路器的下行信号；
(5)实现Ku频段中频环回练习模式，即C频段分合路器输出的上行信号经卫星环路设备后适量衰减后接入C频段分合路器输出的下行信号。
(6)本发明改善练习常规模式，简化了操作流程和附属设备连接步骤,实现无参数设置的一键式操作,让操作人员快速便捷的掌握Ka/Ku卫星通信链路的工作流程，有效提高练习的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的结构框图；
图2是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的三种工作模式的切换示意图；
图3是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的增益控制器示意图；
图4是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的开关切换模块的结构示意图；
图5是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的变频器的结构示意图；
图6是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的二次变频高本振方案输出频谱仿真图；
图7本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的控制模块电路图；
图8本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的电源模块电路图；
图9是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法的软件系统功能模块结构图；
图10是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法的流程示意图；
图11是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备各功能模块调试连接示意图；
图12是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备整机主板联调实物图；
图13是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备整机联调实物图；
图14是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备主要指标测试图；
图15是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的机箱正面图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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作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。
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”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明公开了一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法，针对目前Ka/Ku卫星通信车上星练习和Ka/Ku频段环模拟练习的需求；为了提升实际使用中的操作灵活度，提高练习效率，做到了软硬件的自主设计研发、在降低成本的前提下可以更深刻的学习到原理性层面的知识体系、产品简化操作界面，降低操作难度，提高使用技能；Ka/Ku频段卫星中频环路设备可根据不卫星车的细节需求，如天馈系统的不同方式接入继续升级。
实施例一
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的结构框图。其中，图1所描述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备应用于卫星通信系统中，如用于连接卫星主站的C频段分合路器和Ka/Ku切换开关之间的信号切换，本发明实施例不做限定。如图1所示，该Ka/Ku频段卫星中频环路设备可以包括：
控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块；所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备安装在卫星通信车的车载设备标准机架上；
所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块用壳体封装；
所述控制模块与所述电源模块、显示模块、按键模块通过电缆连接；
所述开关切换模块通过电缆与所述控制模块和所述设备工作模块连接；
所述控制模块，用于接收和处理所述按键模块的按键信号、控制所述开关切换模块的模式选择切换、控制所述显示模块的显示和控制所述设备工作模块的工作；
所述电源模块，用于为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块和设备工作模块供电；
所述按键模块，用于配合所述开关切换模块，进行所述设备工作模块的工作模式按键选择；
所述工作模式包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
所述显示模块，用于显示所述Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式的当前切换状态。
图2是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的三种工作模式的切换示意图。
可选的，所述卫星通信车安装有车载天馈系统和射频前端；所述车载天馈系统安装于所述卫星通信车的车顶；
所述车载天馈系统包括天线下行接口和天线上行接口；
所述射频前端通过电缆与所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备连接，用于接收所述直通模式的信号；
所述卫星通信车安装有Ka/Ku切换开关；所述Ka/Ku切换开关与所述天线下行接口和天线上行接口进行信号连接；
所述卫星通信车提供的24V电压；
利用所述电源模块对所述24V电压进行变压，为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块和所述天馈系统提供所需电压的直流电；
所述卫星通信车上带有C频段分合路器接口。
可选的，所述设备工作模块，包括：
切换开关(1)、隔直器(2)、增益控制器(3)、隔10M单元(4)、衰减器(5)、变频器(6)、衰减器(7)、切换开关(8)、切换开关(9)、隔10M单元(10)、隔直器(11)、增益控制器(12)、隔直器(13)、馈电器(14)、10M参考源(15)、C频段分合路器的上行信号接口(16)和C频段分合路器的下行信号接口(17)；
所述切换开关(1)与所述隔直器(2)、所述C频段分合路器的上行信号接口(18)导线连接；所述增益控制器(3)与所述隔直器(2)、所述车载Ka/Ku切换开关导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述切换开关(1)、所述衰减器(5)导线连接；所述切换开关(8)与所述衰减器(5)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔10M单元(10)与所述隔直器(11)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔直器(11)与所述C频段分合路器的下行信号接口(17)导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述变频器(6)导线连接；所述衰减器(7)与所述变频器(6)、所述切换开关(8)导线连接；所述车载Ka/Ku切换开关与所述馈电器(14)导线连接；所述10M参考源(15)与所述馈电器(14)导线连接；所述隔直器(13)与所述增益控制器(12)、所述馈电器(14)导线连接；所述增益控制器(12)与所述切换开关(9)导线连接；
所述切换开关(1)、切换开关(8)和切换开关(9)用于进行工作模式切换；
所述隔直器(2)、隔直器(11)和隔直器(13)用于隔直流；
所述增益控制器(3)和增益控制器(12)用于调整信号的增益；
所述隔10M单元(4)和隔10M单元(10)用于隔离射频信号中的10M参考信号；
所述衰减器(5)和衰减器(7)用于对信号进行衰减；
所述变频器(6)用于改变信号的频率；
所述馈电器(14)用于为天馈系统提供+15V馈电；
所述10M参考源(15)用于产生10M参考信号。
可选的，所述增益控制器包括宽带低噪声放大器、可调衰减器；
所述宽带低噪声放大器和所述可调衰减器导线连接；
所述宽带低噪声放大器用于产生固定信号增益；
所述可调衰减器用于调节信号增益，防止过度补偿。
Ka/Ku频段卫星中频环路设备，无论出于哪种工作模式，因为通过切换开关、混频、传输等过程，均会导致信号插损。为了弥补上述处理过程带来的信号插损，需对此进行增益补偿。图3是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的增益控制器示意图。
可选的，所述开关切换模块用于在直通模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述射频前端；
在Ka环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述变频器(6)；
为Ku环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述C频段分合路器的下行信号接口。
图4是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的切换开关模块的结构示意图。
可选的，所述变频器包括第一混频器、第二混频器、第一滤波器和第二滤波器；
所述第一混频器与第一滤波器导线连接；所述第一滤波器与所述第二混频器导线连接；所述第二混频器与所述第二滤波器导线连接；
利用所述第一混频器和第一滤波器，对频率范围为2400MHz～4000MHz的输入信号进行第一次混频，得到频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号；
利用所述第二混频器和第二滤波器，对所述频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号进行第二次混频，得到频率范围为2200MHz～3800MHz的输出信号。
可选的，所述变频器采用二次变频高本振方案，通过二次变频，先将目标信号搬移至较高频点，再变频至目标频点，2次变频本振设计200MHz频差，以实现目标信号输入输出200MHz的频差的目的。所谓高本振，指利用混频器“本振-信号”的边带，其典型原理框图如图5所示。图5是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的变频器的结构示意图。二次变频高本振方案优点如下：1)通过2次混频，先将目标信号搬移至较高频点，避免了一次变频方案的大量的镜像，谐波干扰；2)频谱比二次变低本振方案纯净；二次变频高本振方案输出频谱仿真图如图6所示。可以看出，目标信号附近的寄生信号较少，电平不大，且与目标信号相对距离不算太近，容易被滤除。
可选的，所述设备还包括结构屏蔽设计；
所述结构屏蔽设计包括：将所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块单独进行屏蔽，各个模块通过同轴电缆互联，以减少基本模块之间的辐射干扰。
控制模块的微控器控制芯片采用STM32F405RGT6，STM32F405RGT6是一种基于ARM核心的中等容量增强型微控制器，其内核是ARM 32位的Cortex-M3处理器，最高可达72MHz的工作频率，具有64K字节闪存程序存储器和20K字节SRAM，有5个普通定时器和2个高级定时器，2个12位ADC，支持串行调试(SWD)和JTAG调试，具有极高性价比，是工业控制领域主流的芯片之一。
图7本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的控制模块电路图；微控器外围电路较为简单，主要是高速晶振(12MHz)及负载电容、低速晶振(32.768KHz)及负载电容、芯片电源滤波电容、复位电路、SWD调试接口、程序启动位置跳线、USART串口接口、4个功能按键，相应的引脚同其他芯片的相关功能引脚相连，通过程序实现电源管理、按键检测、模数转换芯片驱动、串口发送等功能。采用3.3V直流供电。
图8本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的电源模块电路图。整机供电采用直流+24V供电方式，具有关断电节电模式，通过微控器控制EN引脚置低电平，可实现升压芯片的关断。具有输入电压告警提示功能，可通过分压电阻设置告警电压大小。
+24V电源通过直流三节高性能型电源滤波器，三节高性能电源滤波器具有极强的差模滤波效果，这种滤波器一般用于直流电源的入口处，对直流电源进行滤波处理，能有效的减小电源纹波及噪声对电路指标的影响。经滤波后的+24V直流电再由π型电源网络滤波后进入TI公司的一款输出电压可变的开关电源模块，转换为+15V、+3.6V、+5.5V等电压,开关电源输出的各种电压经过π型网络电源滤波电路后由直流线性稳压电源稳压后供给各个单元的集成电子芯片使用，线性稳压电源稳定性高，纹波小，可靠性高，采用小型封装，并且提供热过载保护、安全限流等增值特性，关断模式还能大幅降低功耗。这样的经过多层滤波和稳压的电压能够很好的滤除电源中的纹波和高低频干扰，做到电源输出端和芯片输入端的有效隔离，为设计技术指标提供保障。
结构屏蔽设计方案：Ka/Ku频段卫星中频环路设备，拟采用二次变频高本振方案，该方案本振频率高达9GHz，第一中频频率高达6.6GHz，如此高频率的本振信号，射频信号，波长仅3cm左右。信号与设备，PCB几何尺寸相当，高频信号非常容易对外辐射，产生辐射干扰。
混频运输又会产生大量的谐波，谐波在与基波混频，生产大量的不可预测的干扰信号。如果2次混频的混频器，本振，切换开关等电路，设计于同一块PCB板，采用类似于低频电路的分析，设计方法，将导致信号辐射、谐波的辐射、本振的辐射、本振谐波的辐射，相互影响，最终导致输出信号杂散极差。因此，屏蔽设计方案是将混频器、PLL(锁相环，是变频器的关键部件之一，为变频器提供本地振荡信号)、电子开关、功率补偿等基本功能模块单独进行屏蔽，通过同轴电缆互联，以减少基本模块之间的辐射干扰，提高设计成功率。
参考源方案选取：Ka/Ku频段卫星中频环路设备，工作于直通模式时，需要为天馈系统提供10MHz参考源和+15V馈电，参考源和+15V馈电获取有两种方案，从输入信号提取和由设备自产生。
Ka/Ku频段卫星中频环路设备提取参考源有以下优势：
1)能与信道设备保持同源；
2)节省恒温晶振的分频设计。
Ka/Ku频段卫星中频环路设备提取参考源有以下缺点：
1)依赖信道设备参考源，独立性较差；
2)不同信道设备参考源电平不一致，提取后电平控制一致性差；
3)参考源提取电路，会产生交调，影响目标信号质量；
Ka/Ku频段卫星中频环路设备自设计产生参考源有以下优势：
1)设备独立性强，离开输入参考源也能独立工作；
2)对目标信号信号影响较小，不宜导致目标信号交调失真；
实施例二
一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法，所述方法包括：
S1，对Ka/Ku频段卫星中频环路设备进行初始化；
S2，利用按键模块，对按键的触发情况进行检测，得到按键检测结果；所述按键检测结果包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
S3，利用所述开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式。
可选的，所述利用开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式，包括：
S31，所述按键检测结果为Ka环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、下变频200M、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S32，所述按键检测结果为Ku环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S33，所述按键检测结果为直通模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔直器，经过隔直流、隔离10M参考信号、增益控制和馈电器处理后，通过天线上行接口与车载Ka/Ku切换开关连接，利用车载天馈系统把信号发射出去；
所述车载Ka/Ku切换开关与天线下行接口连接，Ka/Ku切换开关下行信号经过馈电器处理、馈10M参考源、增益控制后，与C频段分合路器的下行信号连接，接收星上收到的信号。
实施例三
1软件设计与实现
1.1软件功能模块组成
图9是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法的软件系统功能模块结构图，根据设备的功能需求、检测功能实现及人机交互的需要，Ka/Ku频段卫星中频环路设备软件系统主要由初始化、按键检测、显示屏显示、通道切换、频率控制、电源管理和状态检测等功能模块组成。初始化程序主要完成微控器时钟初始化、GPIO接口初始化、串口初始化；按键检测主要检查按键是否按下，哪个按键按下，按键检测位于设备前面板，机箱正面，按键主要是设备工作模式选择，包括Ka环回、Ku环回及直通模式键。显示屏显示主要配置显示屏电视通道状态和检测的状态；通道切换主要是通过微控器的GPIO口电平控制射频开关的通断达到切换三种工作模式(直通模式、Ka中频自环模式；Ku中频自环模式)；频合控制是在Ka中频自环模式时配置频合的频点设置；状态检测是检测频合状态是否锁定，程序采用模块化设计，各功能模块程序独立进行编程，通过主程序进行调用的方法实现通道切换和状态检测。
1.2软件工作流程
图10是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法的流程示意图；软件嵌入在主控模块中，微控器控制软件主要在显示屏和按键的配合下完成通道的切换，并实时检测通道的状态；微控器加电后，首先进行各个模块的初始化，再定时检查按键的状态，并根据按键的状态进行通道切换。
模块初始化主要包括时钟的初始化、GPIO的初始化、串口的初始化；时钟的初始化主要配置外设所需的时钟配置；GPIO的初始化主要是对按键的输入管脚的配置、指示灯输出管脚的配置、通道切换管脚的配置、通道电源的输出配置、频合控制的输出管脚的配置；串口的初始化主要根据显示屏的串口通信要求配置串口的管脚、速率、模式等。
按键的检测通过按键的管脚的高低判断按键是否按下，通过管脚的按下配置通道的切换，检测到按键按下后再多次检测，检测到5次按键按下后判断按键有效，当中出现一次无效就重新进行技术，检测到按键按下后配置指示灯点亮，配置通道的切换、配置显示屏的显示。
通道的切换根据按键的按下情况，配置通道的切换，通道的切换主要包括直通模式、Ka自环模式、Ku自环模式；每个模式有单独的电源控制；在Ka自环模式中配置频合的各个寄存器使得频合有相应的频点输出。
1.3软件程序代码编写
检测终端微控器程序代码编写是通过Keil ARM MDK软件来完成的。MDK-ARM是Keil公司开发的基于ARM和Cortex-M核心的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包含了工业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件，支持所有基于ARM的设备，能帮助工程师按照计划完成项目。
1.4显示模块
显示屏采用RS232串口，相对于其它接口的显示屏，串口显示屏软件设计简单，微控器控制软件只需要根据上位机软件生成的指令数据进行发送，并不需要底层的设计，显示屏提供上位机软件，在上位机软件中输入需要显示的文字、位置信息、文字大小等，上位机软件就会产生信令数据，微控器控制软件不需要进行编辑，只需要在显示的时候发送相应的指令数据。
显示屏显示的内容主要显示当前的通道以及检测的状态。显示屏显示界面设计成上下两行字符显示，上面一行显示通道的模式，下面一行显示检测的状态，根据按键的控制，显示相应的通道模式，通过实时检测通道状态并将状态显示。
1.5Ka/Ku频段卫星中频环路设备样机制作调试
1.5.1PCB、机箱、屏蔽盒等加工制作
PCB印制板电路、机箱结构和屏蔽盒的3D设计图设计均为自主设计再送外协加工单位进行加工，这样既能有效的提高效率又可以最大限度的节约成本。
1.5.2主要模块的焊接调试
由于电子技术的高速发展和进步，随着电子器件集成度的不断提高器件的体积越来越小，这给焊接技术带来了更高的要求，本设备的所有焊接均为自主完成，在焊接的过程中可以更好的了解设备的设计理念为后续的调制工作打下良好的基础。
各个功能模块的调试：Ka/Ku频段卫星中频环路设备主要由几大功能模块组成，增益控制器、开关切换模块和变频器；软件调试部分(包括按键、显示、PLL锁相等)；调制过程按照功能模块进行逐一功能性调试，然后再把各功能模块组装后进行整机性能联调测试。图11是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备各功能模块调试连接示意图。
在完成了各个功能模块的基本功能的调试后，把各个模块组装在底板上连接好射频电缆和各个数据线接口之后进行整机的调试工作。由于基本功能模块的测试已经完成，所以整机调试的难点主要在于性能的调试上，按照最初的技术协议完成各项指标的调试和测试工作。图12是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备整机主板联调实物图；图13是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备整机联调实物图。
1.5.3主要测试数据记录
本设备的主要技术指标：
主机尺寸：450mm×440mm×43.6mm；
主机重量：2.5kg；
电源输入：24V(电源开关采用上下拨动开关)；
最大功耗：12W；
显示区域：15mm×55mm；
外部接口：法兰盘N型母头4个，24V直流电源输入接口1个；
直通模式插入损耗：不大于3dB(幅频特性)；
Ka自环模式插入损耗：25dB左右(根据样机实测确定指标)；
Ku自环模式插入损耗：25dB左右(根据样机实测确定指标)；
Ka自环模式杂散抑制：-40dc左右(根据样机实测确定指标)；
Ka自环模式频率误差：小于100Hz；
图14是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备主要指标测试图；针对射频信号的频率高、空间辐射大，在混频时由于各种主频信号和混频后的谐波、镜像等信号相互作用会产生更多的近端干扰信号从而降低性能影响使用。经过系统理论论证和软件仿真最后确定采用2次高本振混频方案，有效的解决了这个技术难点，提高技术指标和使用性能。硬件设计采用各个功能模块的单独设计，每个功能模块印制板电路采用铝制空腔屏蔽盒，把各个功能模块在物理上多层隔离，对空间辐射的射频信号达到最大限度的屏蔽，有效的提高使用性能和抗干扰能力。图15是本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备的机箱正面图。
3设备研制技术保障
研制软件工具如表1所示。
表1开发软件一览表
测试仪表及设备如表2所示。
表2测试保障设备一览表
| 序号 | 名称 | 型号 |
| 1 | 微波信号源 | AgilentN5182A |
| 2 | 频谱分析仪 | KEYSIGHT N9030B |
| 3 | 数字示波器 | Agilent DSO-X 3034A |
| 4 | 直流电压源 | DH1718E-4 |
| 5 | 数字万用表 | 胜利VC980 |
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。
最后应说明的是：本发明实施例公开的一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备及方法所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，包括控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块；所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备安装在卫星通信车的车载设备标准机架上；
所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块用壳体封装；
所述控制模块与所述电源模块、显示模块、按键模块通过电缆连接；
所述开关切换模块通过电缆与所述控制模块和所述设备工作模块连接；
所述控制模块，用于接收和处理所述按键模块的按键信号、控制所述开关切换模块的模式选择切换、控制所述显示模块的显示和控制所述设备工作模块的工作；
所述电源模块，用于为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块和设备工作模块供电；
所述按键模块，用于配合所述开关切换模块，进行所述设备工作模块的工作模式按键选择；
所述工作模式包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
所述显示模块，用于显示所述Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式的当前切换状态。
2.根据权利要求1所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述卫星通信车安装有车载天馈系统和射频前端；所述车载天馈系统安装于所述卫星通信车的车顶；
所述车载天馈系统包括天线下行接口和天线上行接口；
所述射频前端通过电缆与所述Ka/Ku频段卫星中频环路设备连接，用于接收所述直通模式的信号；
所述卫星通信车安装有Ka/Ku切换开关；所述Ka/Ku切换开关与所述天线下行接口和天线上行接口进行信号连接；
所述卫星通信车提供的24V电压；
利用所述电源模块对所述24V电压进行变压，为所述控制模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块和所述天馈系统提供所需电压的直流电；
所述卫星通信车上带有C频段分合路器接口。
3.根据权利要求1所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述设备工作模块，包括：
切换开关(1)、隔直器(2)、增益控制器(3)、隔10M单元(4)、衰减器(5)、变频器(6)、衰减器(7)、切换开关(8)、切换开关(9)、隔10M单元(10)、隔直器(11)、增益控制器(12)、隔直器(13)、馈电器(14)、10M参考源(15)、C频段分合路器的上行信号接口(16)和C频段分合路器的下行信号接口(17)；
所述切换开关(1)与所述隔直器(2)、所述C频段分合路器的上行信号接口(18)导线连接；所述增益控制器(3)与所述隔直器(2)、所述车载Ka/Ku切换开关导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述切换开关(1)、所述衰减器(5)导线连接；所述切换开关(8)与所述衰减器(5)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔10M单元(10)与所述隔直器(11)、所述切换开关(9)导线连接；所述隔直器(11)与所述C频段分合路器的下行信号接口(17)导线连接；
所述隔10M单元(4)与所述变频器(6)导线连接；所述衰减器(7)与所述变频器(6)、所述切换开关(8)导线连接；所述车载Ka/Ku切换开关与所述馈电器(14)导线连接；所述10M参考源(15)与所述馈电器(14)导线连接；所述隔直器(13)与所述增益控制器(12)、所述馈电器(14)导线连接；所述增益控制器(12)与所述切换开关(9)导线连接；
所述切换开关(1)、切换开关(8)和切换开关(9)用于进行工作模式切换；
所述隔直器(2)、隔直器(11)和隔直器(13)用于隔直流；
所述增益控制器(3)和增益控制器(12)用于调整信号的增益；
所述隔10M单元(4)和隔10M单元(10)用于隔离射频信号中的10M参考信号；
所述衰减器(5)和衰减器(7)用于对信号进行衰减；
所述变频器(6)用于改变信号的频率；
所述馈电器(14)用于为天馈系统提供+15V馈电；
所述10M参考源(15)用于产生10M参考信号。
4.根据权利要求3所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述增益控制器包括宽带低噪声放大器、可调衰减器；
所述宽带低噪声放大器和所述可调衰减器导线连接；
所述宽带低噪声放大器用于产生固定信号增益；
所述可调衰减器用于调节信号增益，防止过度补偿。
5.根据权利要求1所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述开关切换模块用于在直通模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述射频前端；
在Ka环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述变频器(6)；
为Ku环回模式时，将C频段分合路器的上行信号切换至所述C频段分合路器的下行信号接口。
6.根据权利要求3所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述变频器包括第一混频器、第二混频器、第一滤波器和第二滤波器；
所述第一混频器与第一滤波器导线连接；所述第一滤波器与所述第二混频器导线连接；所述第二混频器与所述第二滤波器导线连接；
利用所述第一混频器和第一滤波器，对频率范围为2400MHz～4000MHz的输入信号进行第一次混频，得到频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号；
利用所述第二混频器和第二滤波器，对所述频率范围为6600MHz～5000MHz的第一中频信号进行第二次混频，得到频率范围为2200MHz～3800MHz的输出信号。
7.根据权利要求1所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，其特征在于，所述设备还包括结构屏蔽设计；
所述结构屏蔽设计包括：将所述控制模块、电源模块、显示模块、按键模块、开关切换模块、设备工作模块单独进行屏蔽，各个模块通过同轴电缆互联，以减少基本模块之间的辐射干扰。
8.一种Ka/Ku频段卫星中频环路方法，其特征在于，应用于权利要求1～6任一项所述的Ka/Ku频段卫星中频环路设备，所述方法包括：
S1，对Ka/Ku频段卫星中频环路设备进行初始化；
S2，利用按键模块，对按键的触发情况进行检测，得到按键检测结果；所述按键检测结果包括Ka环回模式、Ku环回模式和直通模式；
S3，利用所述开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式。
9.根据权利要求8所述的Ka/Ku频段卫星中频环路方法，其特征在于，所述利用开关切换模块，根据所述按键检测结果，切换所述Ka/Ku频段卫星中频环路的工作模式，包括：
S31，所述按键检测结果为Ka环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、下变频200M、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S32，所述按键检测结果为Ku环回模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔10M单元，经过隔离10M参考信号、衰减后，接入C频段分合路器的下行信号接口，得到C频段分合路器的下行信号；
S33，所述按键检测结果为直通模式时，利用切换开关，将C频段分合路器的上行信号切换至隔直器，经过隔直流、隔离10M参考信号、增益控制和馈电器处理后，通过天线上行接口与车载Ka/Ku切换开关连接，利用车载天馈系统把信号发射出去；
所述车载Ka/Ku切换开关与天线下行接口连接，Ka/Ku切换开关下行信号经过馈电器处理、馈10M参考源、增益控制后，与C频段分合路器的下行信号连接，接收星上收到的信号。
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