CN201252552Y

CN201252552Y - 毫米波频段模拟转发器

Info

Publication number: CN201252552Y
Application number: CNU2008201058550U
Authority: CN
Inventors: 陈焕东; 杨志国
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2018-09-10

Abstract

本实用新型公开了一种毫米波频段模拟转发器，它涉及卫星通信领域中的模拟卫星通信上下行频率变换与空间损耗的转发器装置。它由本振源、参考源、上变频模块、下变频模块、输入数控衰减模块、输出数控衰减模块、监控电路、液晶显示器、按键盘、电源模块等部件组成。通过内部上、下变频模块两次变频，通过监控电路设置输入数控衰减模块与输出数控衰减模块的衰减量实现上行通道与下行通道衰减分配，达到模拟卫星通信上下行频率变换与空间损耗达到模拟转发目的。该实用新型具有频谱无倒置、集成化程度高、性能稳定可靠、重量轻、功耗低、结构简单的特点，特别适用于作为卫星通信系统地面自环联试、调试或检修的毫米波频段模拟转发器装置。

Description

毫米波频段模拟转发器

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域中的一种毫米波频段模拟转发器，特别适用于作为卫星通信系统地面自环联试、调试或检修的毫米波频段模拟转发器装置使用。

背景技术

由于毫米波频段卫星资源有限，租用毫米波频段卫星转发器进行地面设备上星联试或调试价格昂贵，使用时间有限；整套上星联试设备包括天线伺服、功放、低噪放、上下变频器与数据终端等诸多设备，一旦上星联试过程中出现问题，查找与定位故障将非常困难，造成较大的经济损失，增加研制成本，影响研制周期。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能够在较恶劣的环境(-10℃～55℃)条件下正常工作的毫米波频段模拟转发器，本实用新型还具有集成化程度高、体积小、功耗低、调试简单、频谱无倒置、性能稳定可靠、成本低等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括按键盘1、液晶显示器2、监控电路3、本振源4、参考源5、输入数控衰减模块6、输出数控衰减模块7、下变频模块8、上变频模块9，电源模块10，其中输入数控衰减模块6入端3脚与输入端口A连接，出端2脚与下变频模块8入端1脚连接，入端1脚通过数据线与监控电路3出端4脚连接；下变频模块8入端3脚与本振源4出端1脚连接，出端2脚与输出数控衰减模块7入端3脚连接；输出数控衰减模块7出端2脚与上变频模块9入端1脚连接，入端1脚通过数据线与监控电路3出脚3连接；上变频模块9入端3脚与本振源4出端2脚连接，出端2脚与输出端口B连接；按键盘1出端1脚通过数据线与监控电路3入端5脚连接，液晶显示器2入端1脚通过数据线与监控电路3出端2脚连接，监控电路3出入端1脚通过数据线与RS-485接口C端口连接，入端6脚与本振源4出端4脚连接；本振源4入端3脚与参考源5出端1脚连接，电源模块10出端口+V1、+V2电压端与各部件相应电源端并接。

本实用新型的目的还可以通过以下措施达到：

本实用新型本振源4包括参考输入放大器11、参考倍频器12、第一带通滤波器13、参考输出放大器14、分路器15、第一锁相环16、第二锁相环17、第三锁相环18、倍频及滤波器19、分路电桥及放大器20、第一混频器21、第二混频器22、第三带通滤波器23、第二带通滤波器24、单片机25、第四带通滤波器26、第一输出放大器27、第五带通滤波器28、第二输出放大器29，其中参考输入放大器11入端1脚与参考源5出端1脚连接，出端2脚与参考倍频器12入端1脚连接；参考倍频器12出端2脚与第一带通滤波器13入端1脚连接，第一带通滤波器13出端2脚与参考输出放大器14入端1脚连接，参考输出放大器14出端2脚与分路器15入端1脚连接；分路器15出端2脚与第一锁相环16入端2脚连接，出端3脚与第二锁相环17入端2脚连接，出端4脚与第三锁相环18入端2脚连接；单片机25出入端2脚通过数据线与第一锁相环16出入端1脚连接，出入端1脚通过数据线与第二锁相环17出入端1脚连接，出入端3脚通过数据线与第三锁相环18出入端1脚连接，出端4脚与监控电路3入端6脚连接；第一混频器21入端3脚与第二锁相环17出端3脚连接，入端2脚与第二带通滤波器24出端1脚连接，出端1脚与第四带通滤波器26入端1脚连接；第四带通滤波器26出端2脚与第一输出放大器27入端1脚连接，第一输出放大器27出端2脚与下变频模块入端3脚连接；第二混频器22入端3脚与第三锁相环18出端3脚连接，入端1脚与第三带通滤波器23出端2脚连接，出端2脚与第五带通滤波器28入端1脚连接；第五带通滤波器28出端2脚与第二输出放大器29入端1脚连接，第二输出放大器29出端2脚与上变频模块9入端3脚连接；倍频及滤波器19入端1脚与第一锁相环16出端3脚连接，出端2脚与分路电桥及放大器20入端1脚连接；分路电桥及放大器20出端2脚与第二带通滤波器24入端2脚连接，出端3脚与第三带通滤波器23入端1脚连接；参考输入放大器11、参考倍频器12、参考输出放大器14、第一锁相环16、第二锁相环17、第三锁相环18、倍频及滤波器19、分路电桥及放大器20、单片机25、第一输出放大器27、第二输出放大器29各入端7脚与电源10出端+V1电压端连接，各入端8脚接地端。

本实用新型输出数控衰减模块7包括第一数控衰减器30、非门电路31、幅度均衡电路32、负压产生电路33，其中第一数控衰减器30入端1脚与幅度均衡电路32出端2脚连接，出端2脚与上变频模块9入端1脚连接，入端3脚通过数据线与非门电路31出端3脚连接；幅度均衡电路32入端1脚与下变频模块8出端2脚连接，非门电路31入端2脚通过数据线与监控电路3出端3脚连接，入端1脚与负压产生电路33出端2脚连接；负压产生电路33入端1脚与电源模块10出端+V2电压端连接，入端8脚接地端；第一数控衰减器30、非门电路31各入端7脚与电源10出端+V1电压端连接，各入端8脚接地端。

本实用新型下变频模块8包括中频低通滤波器34、第一混频芯片35、第六带通滤波器36、第一倍频器37，其中第一混频芯片35入端2脚与输入数控衰减模块6出端2脚连接，入端1脚与第六带通滤波器36出端2脚连接，出端3脚与中频低通滤波器34入端1脚连接；第一倍频器37出端2脚与第六带通滤波器36入端1脚连接，入端1脚与本振源4出端1脚连接，入端7脚与电源10出端+V1电压端连接，入端8脚接地端；中频低通滤波器34出端2脚与输出数控衰减模块7入端3脚连接。

本实用新型上变频模块9包括包括第二混频芯片38、第七带通滤波器39、第二倍频器40、第八带通滤波器41、第三输出放大器42、微带-WR42波导过渡器43、WR42波导隔离器44，其中第二混频芯片38入端1脚与输出数控衰减模块7出端2脚连接，入端3脚与第七带通滤波器39出端2脚连接，出端2脚与第八带通滤波器41入端1脚连接；第七带通滤波器39入端1脚与第二倍频器40出端2脚连接，第二倍频器40入端1脚与本振源4出端2脚连接；第三输出放大器42入端1脚与第八带通滤波器41出端2脚连接，出端2脚与微带-WR42波导过渡器43入端1脚连接；微带-WR42波导过渡器43出端2脚与WR42波导隔离器44入端1脚连接，WR42波导隔离器44出端2脚与输出端口B连接；第二倍频器40、第三输出放大器42入端7脚与电源10出端+V1电压端连接，入端8脚接地端。

本实用新型与背景技术相比具有如下优点：

1.本实用新型毫米波频段模拟转发器输入频率：29～31GHz，输出频率：19.2～21.2GHz，采用二次变频，由下变频模块8把输入频率下变频至中频2.15～4.15GHz，经中频低通滤波器34滤除高端杂散，再经过上变频模块9将中频频率上变频至输出频率，这样可以有效的抑制带内杂散。利用毫米波频段模拟转发器的输入、输出衰减设置可以很容易的调整毫米波频段模拟转发器输出的信号信噪比与总功率。

2.本实用新型集成化程度高，功耗低，整机调试工作量小，性能稳定可靠，使用简便，能够在较恶劣的环境-10℃～55℃条件下正常工作。

3.本实用新型采用标准外形结构，结构简单，内部紧凑，成本低，具有推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的原理方框图。

图2是本实用新型本振源4的电原理图。

图3是本实用新型输出数控衰减模块7的电原理图。

图4是本实用新型下变频模块8的电原理图。

图5是本实用新型上变频模块9的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图5，本实用新型由按键盘1、液晶显示器2、监控电路3、本振源4、参考源5、输入数控衰减模块6、输出数控衰减模块7、下变频模块8、上变频模块9、电源模块10组成。图1是本实用新型的原理方框图，实施例按图1连接线路。其中监控电路3出入端1脚通过RS-485接口与外部监控系统出入端口连接，用于实施对本机的监测与控制，监控电路3入端5脚与按键盘1出端1脚连接，通过本机的按键操作修改或监测本机的状态，并通过与监控电路3出端2脚连接的液晶显示器2显示本机工作状态，监控电路3出端4脚通过数据线与输入数控衰减模块6入端1脚连接，用于设置输入数控衰减模块6的衰减量，监控电路3出端3脚通过数据线与输出数控衰减模块7入端1脚连接，用于设置输出数控衰减模块7的衰减量，监控电路3入端6脚与本振源4出端4脚连接，用于监测本振源4的状态。实施例监控电路3采用市售专用CPU集成电路C8051F023、专用集成电路74LVC4245A、EPM7064S TI44-7、时钟电路DS12C887、485接口电路MAX1482ESD制作。液晶显示器2实施例采用HY-12232G-202汉字显示液晶制作。按键盘1实施例采用Ro按键制作。

本实用新型本振源4的作用是为下变频模块8和上变频模块9提供本振信号，它包括参考输入放大器11、参考倍频器12、第一带通滤波器13、参考输出放大器14、分路器15、第一锁相环16、第二锁相环17、第三锁相环18、倍频及滤波器19、分路电桥及放大器20、第一混频器21、第二混频器22、第三带通滤波器23、第二带通滤波器24、单片机25、第四带通滤波器26、第一输出放大器27、第五带通滤波器28、第二输出放大器29。图2是本实用新型本振源4的电原理图，实施例按图2连接线路。参考输入10MHz信号经参考输入放大器11、参考倍频器12、第一带通滤波器13、参考输出放大器14进行放大、倍频、滤除相邻谐波后产生50MHz参考信号，再经分路器15分别为第一锁相环16、第二锁相环17与第三锁相环18提供参考信号。实施例参考倍频器12采用三极管2SC3356制作，锁相环16、17、18内部专用锁相环集成电路采用ADF4106和ADF4113制作，内部的VCO采用1.9GHzMCRO、1.35GHzMVCO、0.925GHzMVCO制作。单片机25出端1、2、3脚分别通过数据线与第一锁相环16入端1脚、第二锁相环17入端1脚7与第三锁相环18入端1脚连接，分别控制专用锁相环集成电路，单片机25出端4脚与监控电路3入端6脚连接，为监控电路3提供本振源4的锁定指示。实施例单片机25采用市售单片机C8051F330制作。倍频及滤波器19将第一锁相环16输出信号进行4倍频产生7.6GHz信号并滤除相邻谐波，再经分路电桥及放大器20分两路并将信号放大分别给第三带通滤波器23和第二带通滤波器24，再次滤除相邻谐波，分别为第一混频器21、第二混频器22提供本振信号。第一混频器21将第二锁相环17输出信号与本振信号上混频得到8.95GHz信号，再经过第四带通滤波器26与第一输出放大器27进行滤波、放大后为下变频模块8提供本振信号。第二混频器22将第三锁相环18输出信号与本振信号上混频得到8.525GHz信号，再经过第五带通滤波器28、放大器29进行滤波、放大后为上变频模块9提供本振信号。实施例倍频及滤波器19采用场效应管ATF10136制作，滤波器采用微带发夹滤波器制作；实施例分路电桥及放大器20采用微带Wilkinson电桥与MMIC放大器NBB400制作；放大器27、29采用MMIC放大器NBB400制作；带通滤波器23、24、26、28采用微带发夹滤波器制作。

本实用新型输出数控衰减模块7作用是实现0～31dB的增益调整范围，转发器输出总功率主要靠它调节。它包括第一数控衰减器30、非门电路31、幅度均衡电路32、负压产生电路33。图3是本实用新型输出数控衰减模块7的电原理图，实施例按图3连接线路。幅度均衡电路32作用是调整整机幅频特性。实施例幅度均衡电路32采用LC均衡电路制作。监控电路3通过数据线与非门电路31连接，负压产生电路33与非门电路31连接，共同把监控电路3产生的TTL电平：V_H、V_L变换成-V_H、V_L，控制第一数控衰减器30的衰减设置。第一数控衰减器30可实现0～31dB，调整步进为1dB的衰减功能。实施例非门电路31采用市售非门集成电路74AC04制作。实施例负压产生电路33采用市售集成电路MAX1719制作。实施例第一数控衰减器30采用MMIC数控衰减器HMC424LP3制作。

本实用新型下变频模块8作用是完成转发器内部第一次变频，它包括中频低通滤波器34、第一混频芯片35、第六带通滤波器36、第一倍频器37。图4是本实用新型下变频模块8的电原理图，实施例按图4连接线路。本振源4产生的信号先经第一倍频器37再经第六带通滤波器36，将8.95GHz信号进行3倍频后滤除其他谐波，为第一混频芯片35提供本振信号。实施例第一倍频器37采用MMIC芯片AMMC5040制作。实施例第一混频芯片35采用MMIC芯片HMC392制作。实施例第六带通滤波器36采用薄膜电路制作。中频低通滤波器34作用是滤除混频后产生的远端杂散。实施例中频低通滤波器34采用微带椭圆低通滤波器制作。

本实用新型上变频模块9作用是完成转发器内部第二次变频，它包括第二混频芯片38、第七带通滤波器39、第二倍频器40、第八带通滤波器41、第三输出放大器42、微带-WR42波导过渡器43、WR42波导隔离器44。图5是本实用新型上变频模块9的电原理图，实施例按图5连接线路。本振源4产生的信号先经第二倍频器40再经第七带通滤波器39，将8.525GHz信号进行2倍频后滤除其他谐波，为第二混频芯片38提供本振信号。实施例第二倍频器40采用MMIC芯片HMC561制作。实施例第二混频芯片38采用MMIC芯片HMC260制作。实施例第七带通滤波器39采用薄膜电路制作。第二混频芯片38输出信号经第八带通滤波器41滤除带外杂散，再经第三输出放大器42补偿增益。实施例第八带通滤波器41采用薄膜电路制作。实施例第三输出放大器42采用MMIC芯片HMC517制作。微带-WR42波导过渡器43的作用是把微带结构转换成WR42波导结构。实施例微带-WR42波导过渡器43采用微带探针结构过渡器。WR42波导隔离器44作用是改善输出驻波。实施例WR42波导隔离器44采用市售波导隔离器BG220-10制作。

本实用新型输入数控衰减模块6的作用是实现0～30dB的增益调整范围，转发器输出信号信噪比主要靠它调节。实施例采用的MMIC衰减芯片为AMMC6650制作。输入数控衰减模块6输入接口采用WR28波导隔离器，作用是改善输入驻波。

本实用新型电源模块10其作用为各级部件提供直流工作电压，实施例采用定制电源模块DZA40K-2D1508/0202V制作，其输出+V1、+V2电压分别为+5V、+8V。

本实用新型参考源5其作用为本振源4提供10MHz参考信号，实施例采用进口MV103a恒温晶振制作。

本实用新型简要工作原理如下：它通过监控电路3设置输入数控衰减模块6与输出数控衰减模块7的衰减量实现上行通道与下行通道衰减分配；由下变频模块8和上变频模块9共同实现二次变频，达到模拟卫星通信上下行频率变换与空间损耗达到模拟转发的目的。

本实用新型的安装结构如下：把图1至图5中各电路部件安装于标准1U机箱内，机箱内部采用模块化结构，每个高频模块都采用屏蔽盒体结构，既可实现电磁信号的空间隔离，又方便射频信号的就近接地端，避免了射频信号在机箱内部的相互干扰；机箱外形尺寸为482.6毫米×44毫米×480毫米，在机箱两侧可以安装滑动导轨，机箱前部安装有液晶显示器2、按键盘1与指示灯，机箱后部安装有电源插座、输入端口A波导、输出端口B波导、以及标准RS—485远控接口C插座，组装成本实用新型。

Claims

1.一种毫米波频段模拟转发器，它包括按键盘(1)、液晶显示器(2)、监控电路(3)、参考源(5)、输入数控衰减模块(6)、电源模块(10)，其特征在于：还包括本振源(4)、输出数控衰减模块(7)、下变频模块(8)、上变频模块(9)，其中输入数控衰减模块(6)入端3脚与输入端口A连接，出端2脚与下变频模块(8)入端1脚连接，入端1脚通过数据线与监控电路(3)出端4脚连接；下变频模块(8)入端3脚与本振源(4)出端1脚连接，出端2脚与输出数控衰减模块(7)入端3脚连接；输出数控衰减模块(7)出端2脚与上变频模块(9)入端1脚连接，入端1脚通过数据线与监控电路(3)出脚3连接；上变频模块(9)入端3脚与本振源(4)出端2脚连接，出端2脚与输出端口B连接；按键盘(1)出端1脚通过数据线与监控电路(3)入端5脚连接，液晶显示器(2)入端1脚通过数据线与监控电路(3)出端2脚连接，监控电路(3)出入端1脚通过数据线与RS-485接口C端口连接，入端6脚与本振源(4)出端4脚连接；本振源(4)入端3脚与参考源(5)出端1脚连接，电源模块(10)出端口+V1、+V2电压端与各部件相应电源端并接。

2.根据权利要求1所述的毫米波频段模拟转发器，其特征在于：本振源(4)包括参考输入放大器(11)、参考倍频器(12)、第一带通滤波器(13)、参考输出放大器(14)、分路器(15)、第一锁相环(16)、第二锁相环(17)、第三锁相环(18)、倍频及滤波器(19)、分路电桥及放大器(20)、第一混频器(21)、第二混频器(22)、第三带通滤波器(23)、第二带通滤波器(24)、单片机(25)、第四带通滤波器(26)、第一输出放大器(27)、第五带通滤波器(28)、第二输出放大器(29)，其中参考输入放大器(11)入端1脚与参考源(5)出端1脚连接，出端2脚与参考倍频器(12)入端1脚连接，参考倍频器(12)出端2脚与第一带通滤波器(13)入端1脚连接，第一带通滤波器(13)出端2脚与参考输出放大器(14)入端1脚连接，参考输出放大器(14)出端2脚与分路器(15)入端1脚连接；分路器(15)出端2脚与第一锁相环(16)入端2脚连接，出端3脚与第二锁相环(17)入端2脚连接，出端4脚与第三锁相环(18)入端2脚连接；单片机(25)出入端2脚通过数据线与第一锁相环(16)出入端1脚连接，出入端1脚通过数据线与第二锁相环(17)出入端1脚连接，出入端3脚通过数据线与第三锁相环(18)出入端1脚连接，出端4脚与监控电路(3)入端6脚连接；第一混频器(21)入端3脚与第二锁相环(17)出端3脚连接，入端2脚与第二带通滤波器(24)出端1脚连接，出端1脚与第四带通滤波器(26)入端1脚连接；第四带通滤波器(26)出端2脚与第一输出放大器(27)入端1脚连接，第一输出放大器(27)出端2脚与下变频模块入端3脚连接；第二混频器(22)入端3脚与第三锁相环(18)出端3脚连接，入端1脚与第三带通滤波器(23)出端2脚连接，出端2脚与第五带通滤波器(28)入端1脚连接；第五带通滤波器(28)出端2脚与第二输出放大器(29)入端1脚连接，第二输出放大器(29)出端2脚与上变频模块(9)入端3脚连接；倍频及滤波器(19)入端1脚与第一锁相环(16)出端3脚连接，出端2脚与分路电桥及放大器(20)入端1脚连接；分路电桥及放大器(20)出端2脚与第二带通滤波器(24)入端2脚连接，出端3脚与第三带通滤波器(23)入端1脚连接；参考输入放大器(11)、参考倍频器(12)、参考输出放大器(14)、第一锁相环(16)、第二锁相环(17)、第三锁相环(18)、倍频及滤波器(19)、分路电桥及放大器(20)、单片机(25)、第一输出放大器(27)、第二输出放大器(29)各入端7脚与电源(10)出端+V1电压端连接，各入端8脚接地端。

3.根据权利要求1或2所述的毫米波频段模拟转发器，其特征在于：输出数控衰减模块(7)包括第一数控衰减器(30)、非门电路(31)、幅度均衡电路(32)、负压产生电路(33)，其中第一数控衰减器(30)入端1脚与幅度均衡电路(32)出端2脚连接，出端2脚与上变频模块(9)入端1脚连接，入端3脚通过数据线与非门电路(31)出端3脚连接；幅度均衡电路(32)入端1脚与下变频模块(8)出端2脚连接，非门电路(31)入端2脚通过数据线与监控电路(3)出端3脚连接，入端1脚与负压产生电路(33)出端2脚连接；负压产生电路(33)入端1脚与电源模块(10)出端+V2电压端连接，入端8脚接地端；第一数控衰减器(30)、非门电路(31)各入端7脚与电源(10)出端+V1电压端连接，各入端8脚接地端。

4.根据权利要求3所述的毫米波频段模拟转发器，其特征在于：下变频模块(8)包括中频低通滤波器(34)、第一混频芯片(35)、第六带通滤波器(36)、第一倍频器(37)，其中第一混频芯片(35)入端2脚与输入数控衰减模块(6)出端2脚连接，入端1脚与第六带通滤波器(36)出端2脚连接，出端3脚与中频低通滤波器(34)入端1脚连接；第一倍频器(37)出端2脚与第六带通滤波器(36)入端1脚连接，入端1脚与本振源(4)出端1脚连接，入端7脚与电源(10)出端+V1电压端连接，入端8脚接地端；中频低通滤波器(34)出端2脚与输出数控衰减模块(7)入端3脚连接。

5.根据权利要求4所述的毫米波频段模拟转发器，其特征在于：上变频模块(9)包括第二混频芯片(38)、第七带通滤波器(39)、第二倍频器(40)、第八带通滤波器(41)、第三输出放大器(42)、微带-WR42波导过渡器(43)、WR42波导隔离器(44)，其中第二混频芯片(38)入端1脚与输出数控衰减模块(7)出端2脚连接，入端3脚与第七带通滤波器(39)出端2脚连接，出端2脚与第八带通滤波器(41)入端1脚连接；第七带通滤波器(39)入端1脚与第二倍频器(40)出端2脚连接，第二倍频器(40)入端1脚与本振源(4)出端2脚连接；第三输出放大器(42)入端1脚与第八带通滤波器(41)出端2脚连接，出端2脚与微带-WR42波导过渡器(43)入端1脚连接；微带-WR42波导过渡器(43)出端2脚与WR42波导隔离器(44)入端1脚连接，WR42波导隔离器(44)出端2脚与输出端口B连接；第二倍频器(40)、第三输出放大器(42)入端7脚与电源(10)出端+V1电压端连接，入端8脚接地端。