CN201197142Y - 卫星信标接收机 - Google Patents

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本实用新型公开一种卫星信标接收机,属于卫星通信领域,该卫星信标接收机包括:输入预选单元、一次混频处理单元、二次混频处理单元、三次混频处理单元、参考源、自动信号频率跟踪单元和微控制单元。本实用新型利用DDS芯片的快速和高精度优势,实现了信标接收机的宽带高调谐精度;采用自动信号频率跟踪电路,有效防止由于频漂造成的失锁现象,提高了频率跟踪的实时性和稳定性。

Description

卫星信标接收机
技术领域
本实用新型涉及一种卫星信标接收机,属于卫星通信领域。
背景技术
卫星信标接收机和卫星的下变频器(高频头)结合,形成完整的跟踪接收机,用于卫星通信地球站的自动跟踪系统。卫星信标接收机的任务是捕获同步卫星发出的信标信号,并对其变频转换为中频信号,然后检测出与信标信号强度成正比的直流电压和信标的准确频率,给出卫星信标信号相对于天线在不同角位置时所对应的信号强度电压,以直流电压形式送给天线伺服控制系统,完成对卫星的自动跟踪。
卫星的信标信号本身是一个点频信号,存在自身的频漂,在大气的干扰下也会产生频率漂移,如果预置的中频接收带宽太宽,会直接影响接收机的接收信噪比性能,从而导致接受系统的灵敏度下降。但是如果预置的中频接收带宽太窄,又会丢失信标信号,所以对信标信号的实时跟踪显得尤为重要。
现有的卫星信标接收机多采用数字技术进行频率跟踪,不仅结构复杂,而且从跟踪速度和跟踪精度方面考虑也难以很好地满足频率跟踪的需要。
实用新型内容
针对上述问题,本实用新型的目的在于提供一种能实现快速、准确、实时频率跟踪的卫星信标接收机。
本实用新型采用的技术方案如下:
一种卫星信标接收机,其特征在于包括:
输入预选单元,包括第一滤波放大电路,用于接收卫星信标信号,滤波放大后输出;
一次混频处理单元,包括第一混频器、第一本振单元、直接数字频率合成单元和第二滤波放大电路,直接数字频率合成单元输出的参考频率控制第一本振单元输出的载波信号频率,第一混频器将输入预选单元的输出信号与第一本振单元输出的载波信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第二滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
二次混频处理单元,包括第二混频器、第二本振单元和第三滤波放大电路,第二混频器将一次混频处理单元的输出信号与第二本振单元输出的载波信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第三滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
参考源,为直接数字频率合成单元、第二本振单元和第三混频器提供稳定频率的输入信号;
三次混频处理单元,包括第三混频器和第四滤波放大电路,第三混频器将二次混频处理单元的输出信号与参考源提供的稳定频率的输入信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第四滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
自动信号频率跟踪单元,包括功分器、检波电路和自动频率控制单元和分频电路,功分器将三次混频处理单元的输出信号等分为两路,一路送入检波电路进行幅度检波后输出;另一路送入自动频率控制单元进行增益控制后输入分频电路,对正弦波分频后转换为方波信号输出;
微控制单元,接收自动信号频率跟踪单元输出的两路信号,控制频率自动扫描和频率自动跟踪,并根据用户指令控制直接数字频率合成单元和第二本振电路的信号频率。
本实用新型结合DDS(直接数字频率合成)技术、数字锁相环技术和AFC(自动频率控制)技术来完成对卫星信标信号的捕获与跟踪,利用DDS芯片对接收机将要接收的卫星信号频率点进行接收频点设置,再利用跟踪环路对卫星的信标信号进行实时跟踪。
本实用新型的有益效果在于:利用DDS芯片的快速和高精度优势,实现了信标接收机的宽带高调谐精度;采用自动信号频率跟踪电路,有效防止由于频漂造成的失锁现象,提高了频率跟踪的实时性和稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的阐述。
图1为本实用新型的结构框图。
图2为输入预选单元和第一混频器电路连接原理图。
图3为DDS单元的电路原理图。
图4为第一本振单元的电路原理图。
图5为第二滤波放大电路和第二混频器电路连接原理图。
图6为第二本振单元的电路原理图。
图7为第三滤波放大电路和第三混频器电路连接原理图。
图8为第四滤波放大电路和功分器电路连接原理图。
图9为检波电路原理图。
图10为AFC单元和分频电路的原理图。
图11为微控制单元电路原理图。
图12为电源电路原理图。
具体实施方式
如图1所示,一种卫星信标接收机,包括:
输入预选单元1、一次混频处理单元2、二次混频处理单元3、三次混频处理单元4、参考源5、自动信号频率跟踪单元6和微控制单元7。
输入预选单元1包括第一滤波放大电路A1,用于接收的卫星的信标信号,滤波放大后输出信号f1。滤波放大电路的带通范围为950~1750MHz,抑制该频率范围以外的干扰信号,增益为20dB左右。
一次混频处理单元2包括第一混频器M1、第一本振单元L01、DDS单元D1和第二滤波放大电路A2。DDS单元D1输出的参考频率控制第一本振单元L01输出的载波信号fL01的频率。第一混频器M1将输入预选单元1的输出信号f1与第一本振单元L01输出的载波信号fL01进行变频,得到两信号的和频信号fL01+f1和差频信号fL01-f1,经第二滤波放大电路A2滤除和频信号fL01+f1,对差频信号fL01-f1放大后输出中频信号f2,增益为15dB左右。
二次混频处理单元3包括第二混频器M2、第二本振单元L02和第三滤波放大电路A3,第二混频器M2将一次混频处理单元2的输出信号f2与第二本振单元L02输出的载波信号fL02进行变频,得到两信号的和频信号fL02+f2和差频信号fL02-f2,经第三滤波放大电路A3滤除和频信号fL02+f2,对差频信号fL02-f2放大后输出信号f3,增益为15dB左右。
参考源5采用温补晶体振荡器,为DDS单元D1、第二本振单元L02和第三混频器M3提供50MHz的参考信号。
三次混频处理单元4包括第三混频器M3和第四滤波放大电路A4,第三混频器M3将二次混频处理单元3的输出信号f3与参考源提供的50MHz的参考信号进行变频,得到两信号的和频信号f3+fc和差频信号f3-fc,经第四滤波放大电路A4滤除和频信号f3+fc,对差频信号f3-fc放大后输出中频信号f4,增益为15dB左右。
自动信号频率跟踪单元6包括功分器P、检波电路J和AFC单元A6和分频电路F,功分器P将三次混频处理单元4的输出信号f4等分为两路,一路送入检波电路J进行幅度检波后输出到微控制单元7;另一路送入AFC单元A6进行增益控制后输入分频电路F,对AFC单元A6输出的正弦波进行5分频后转换为方波信号输出到微控制单元7。
微控制单元7即MCU,接收自动信号频率跟踪单元6输出的两路信号,控制频率自动扫描和频率跟踪,并根据用户指令控制DDS单元D1和第二本振单元L02的信号频率。MCU控制频率自动扫描和频率跟踪的过程如下:跟踪某颗卫星时,先通过星表查出该卫星的信标频率、大概方位等信息,用户向接收机设置该卫星的信标频率并启动天线伺服系统开始搜索卫星,没有信号时接收机的直流电平输出为低电平(称为基底噪声电平,小于2V电压),MCU的门限电平设为3V,此时MCU发出指令给第二本振单元L02进行fL02±100KHz扫描,扫描周期小于5ms。当天线转到卫星方位时信号增强,接收机输出电平超过3V时第二本振单元L02停止扫描,MCU对信号进行测频并转化成控制信号反馈给第二本振单元L02使输入到检波电路J的信号始终在通频带中心,无偏差,即信号被锁定。天线伺服系统根据接收机输出电平可以调整得到最大信号及卫星最准确的方位并根据接收机输出的测频信号读出信标信号的准确频率。DDS单元D1输入50MHz的参考信号,根据MCU设置频点的指令信号,DDS单元D1输出信号为20M以下的任意频点,可精确到小于0.01Hz,DDS单元D1的输出信号作为第一本振单元L01的参考源。
上述内容中,信号f1、fL01的频率范围分别为950~1750MHz、1780.2~2580.2MHz,信号f2、fL02、f3、f4的频率分别为830.2MHz、900.2MHz、70MHz、20MHz。
如图2所示为本实用新型的输入预选单元的电路原理图,第一滤波放大电路主要由HFC880型滤波器F1、ERA-8SM型放大器A1、A2和LFCN1750型滤波器F2组成。卫星信标信号从滤波器F1的2脚输入,滤波后从滤波器F1的4脚输出,经放大器A1放大后,送到滤波器F2的2脚,然后从滤波器F2的4脚输出,再经放大器A2放大后送至第一混频器M1。第一混频器M1采用ADE-25MH,其3脚接收输入预选单元的输出信号f1,即放大器A2的输出信号,4脚接收第一本振单元L01输出的载波信号fL01,混频后的信号从第一混频器M1的2脚输出。
图3为DDS单元的电路原理图,核心为AD9850型DDS芯片U16。参考源提供的50MHz参考信号经放大滤波处理后从AD9851的9脚(CLKIN引脚)输入,21脚(IOUT引脚)输出的参考频率控制所述第一本振单元L01输出的载波信号频率,7脚(W_CLK引脚)接收微控制单元的时钟信号9850CLK,8脚(FQ_UD引脚)接收微控制单元的片选信号9850CS。
图4示出第一本振单元的电路原理图,第一本振单元包括ADF4113型整数分频数字锁相源PLL和ROS2500型压控振荡器(VCO)U6。整数分频数字锁相源ADF4113的8脚(REFin引脚)接收直接数字频率合成芯片AD9850的21脚(IOUT引脚)输出的参考频率,整数分频数字锁相源ADF4113的2脚(CP引脚)通过第一运放U4与压控振荡器ROS2500的输入端VT连接,压控振荡器ROS2500的输出端OUT的输出信号输入到整数分频数字锁相源ADF4113的6脚(RFinA引脚)。
图5为第二滤波放大电路原理图,主要由ERA-8SM型放大器M2A1、830MHz的SALF-800型LC低通滤波器M2F1以及830MHz的声表滤波器M2F2组成。第一混频器M1的2脚的输出信号经电阻M2R2、M2R1、M2R3从低通滤波器M2F1的1脚输入,滤波后从低通滤波器SALF-800的8脚输出到放大器M2A1,最后经声表滤波器M2F2输出,再通过电容M2C6、电阻M2R9、M2R11、M2R10输入到第二混频器M2的1脚。第二混频器采用TUF-5SM,第二混频器M2的4脚接收第二本振单元L02输出的载波信号fL02,1脚和4脚输入的信号混频后,从第二混频器M2的2脚输出。
图6为第二本振单元的电路原理图,第二本振单元包括ADF4153型小数分频数字锁相源和ROS1700型压控振荡器,所述ADF4153型小数分频数字锁相源的8脚(REFin引脚)接收参考源提供的50MHz的参考信号,ADF4153型小数分频数字锁相源的2脚(CP引脚)通过第二运放U.4与ROS1700型压控振荡器的输入端VT连接,ROS1700型压控振荡器的输出端OUT的输出信号输入到ADF4153型小数分频数字锁相源的6脚(RFinA引脚)。
参见图7,第三滤波放大电路主要由70MHz的LC低通滤波器、ERA-8SM放大器M3A1以及70MHz的声表滤波器M3F1组成。第二混频器M2的2脚的输出信号经70MHz的LC低通滤波器滤波后送至放大器M3A1,再经70MHz的声表滤波器M3F1滤波后送到第三混频器M3的1脚。第三混频器M3采用TUF-1SM,其4脚接收参考源提供的50MHz的参考信号,1脚和4脚输入的信号混频后,从第三混频器M3的2脚输出。
图8中,第四滤波放大电路主要由ERA-8SM放大器PD1A1、20MHz低通滤波器和20MHz晶体滤波器PD1F1组成。第四滤波放大电路将第三混频器M1的输出信号进行方法滤波处理后输入到ADP-2-1W型功分器P。功分器P的1脚接收第四滤波放大电路的输出信号,并分为两路,一路通过3脚送至检波电路,另一路通过4脚送至AFC单元。
图9中,检波电路AD606型检波器为核心,其16脚(INHI引脚)接收功分器P的3脚输出,进行幅度检波后通过两级运放输出到微控制单元的输入端TOMCU/COMP。
图10中,AFC单元以AD8367型AFC芯片AU1为核心。功分器P的4脚输出信号送至AD8367的3脚(INPUT引脚),进行增益控制后从其10脚(VOUT引脚)输出至分频电路。分频电路以MC12009型分频脉冲整形芯片为核心,其15脚(Clock引脚)接收AD8367的输出信号,其7脚(Output引脚)的输出信号送至微控制单元的测频输入端(TO MCU/COUN)。
图11为微控制单元电路原理图,采用C8051F022型单片机,部分管脚连接及外围接口电路如图所示。微控制单元是系统的控制核心,用于控制频率自动扫描和频率自动跟踪,其工作原理前面已经介绍,不再累述。
图12为本实用新型电源电路原理图。电源电路提供本实用新型各子电路的工作电源。
本实用新型的卫星信标接收机的技术指标如下:
输入频率范围:       950~1750MHz
输入信号电平范围:   —55~—100dBm
输入阻抗及连接器:   50Ω,SMA-K
输入VSWR:           <1.5
频率分辨率:         1KHz
本振频率稳定度:     ≤±1.0×10—7
本振频率及晶体滤波器频率不准确度:≤±1.0×10—7
输入端处本振泄漏电平:            <—65dBm
预检带宽:               20KHz
线性输出直流电平范围:   0~15V
线性输出直流电平斜率:   5dB/V
捕获扫描范围:           ±100KHz
捕获锁定时间:<100ms
输入直流电源:+24V,<0.5A,+12V,<0.5A
环境温度范围:
工作时  —40℃~+60℃
贮存时  —50℃~+70℃
环境湿度范围:
工作时  >98%
贮存时  >98%

Claims (8)

1.一种卫星信标接收机,其特征在于包括:
输入预选单元,包括第一滤波放大电路,用于接收卫星信标信号,滤波放大后输出;
一次混频处理单元,包括第一混频器、第一本振单元、直接数字频率合成单元和第二滤波放大电路,直接数字频率合成单元输出的参考频率控制第一本振单元输出的载波信号频率,第一混频器将输入预选单元的输出信号与第一本振单元输出的载波信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第二滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
二次混频处理单元,包括第二混频器、第二本振单元和第三滤波放大电路,第二混频器将一次混频处理单元的输出信号与第二本振单元输出的载波信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第三滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
参考源,为直接数字频率合成单元、第二本振单元和第三混频器提供稳定频率的输入信号;
三次混频处理单元,包括第三混频器和第四滤波放大电路,第三混频器将二次混频处理单元的输出信号与参考源提供的稳定频率的输入信号进行变频,得到两信号的和频信号和差频信号,经第四滤波放大电路滤除和频信号,对差频信号放大后输出;
自动信号频率跟踪单元,包括功分器、检波电路和自动频率控制单元和分频电路,功分器将三次混频处理单元的输出信号等分为两路,一路送入检波电路进行幅度检波后输出;另一路送入自动频率控制单元进行增益控制后输入分频电路,对正弦波分频后转换为方波信号输出;
微控制单元,接收自动信号频率跟踪单元输出的两路信号,控制频率自动扫描和频率自动跟踪,并根据用户指令控制直接数字频率合成单元和第二本振电路的信号频率。
2.如权利要求1所述的卫星信标接收机,其特征在于所述卫星信标信号的频率范围为950~1750MHz,所述第一滤波放大电路的滤波范围为950~1750MHz,所述第一本振单元输出的载波信号频率范围为1780.2~2580.2MHz,所述第一混频处理单元的输出信号的频率为830.2MHz,所述第二本振单元输出的载波信号频率为900.2MHz,所述第二混频处理单元的输出信号的频率为70MHz,所述参考源提供的稳定频率的输入信号的频率为50MHz,所述第三混频处理单元的输出信号的频率为20MHz。
3.如权利要求1或2所述的卫星信标接收机,其特征在于所述直接数字频率合成单元包括AD9850型直接数字频率合成芯片,其9脚(CLKIN)接收所述参考源提供的稳定频率输入信号,21脚(IOUT)输出的参考频率控制所述第一本振单元输出的载波信号频率,7脚(W_CLK)接收所述微控制单元的时钟信号,8脚(FQ_UD)接收所述微控制单元的片选信号。
4.如权利要求3所述的卫星信标接收机,其特征在于所述第一本振单元包括ADF4113型整数分频数字锁相源和ROS2500型压控振荡器,所述ADF4113型整数分频数字锁相源的8脚接收所述直接数字频率合成芯片AD9850的21脚(IOUT)输出的参考频率,ADF4113型整数分频数字锁相源的2脚通过第一运放(U4)与ROS2500型压控振荡器的输入端连接,ROS2500型压控振荡器的输出端的输出信号输入到ADF4113型整数分频数字锁相源的6脚。
5.如权利要求1或2所述的卫星信标接收机,其特征在于所述自动频率控制单元包括AD8367型自动频率控制芯片,其3脚(INPUT)接收所述功分器的一路输出,进行增益控制后通过所述AD8367型自动频率控制芯片AD8367的10脚(VOUT)输入到分频电路。
6.如权利要求5所述的卫星信标接收机,其特征在于所述分频电路包括MC12009型分频脉冲整形芯片,其15脚(Clock)接收所述AD8367型自动频率控制芯片的输出信号,其7脚(Output)的输出信号送至所述微控制单元的测频输入端(TO MCU/COUN)。
7.如权利要求1或2所述的卫星信标接收机,其特征在于所述第二本振单元包括ADF4153型小数分频数字锁相源和ROS1700型压控振荡器,所述ADF4153型小数分频数字锁相源的8脚接收所述参考源提供的稳定频率输入信号,ADF4153型小数分频数字锁相源的2脚通过第二运放(U.4)与ROS1700型压控振荡器的输入端连接,ROS1700型压控振荡器的输出端的输出信号输入到ADF4153型小数分频数字锁相源的6脚。
8.如权利要求1或2所述的卫星信标接收机,其特征在于所述参考源采用温补晶体振荡器。
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