CN206023764U - 一种天地基一体化应答机微波网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天地基一体化应答机微波网络，属于宇航系统测控技术领域。该微波网络包括接收微波网络和发射微波网络，接收微波网络接收两路地面测控信号进行放大、滤波和合路处理，同时接收天基中继卫星测控信号进行放大滤波，之后，天基信号和地基信号经耦合器合路再分路到天地基一体化应答机；发射微波网络采用耦合器对应答机射频信号分路为天基射频信号和地基射频信号，天基发射信号经滤波放大输出到天基发射天线，地基射频信号经分路器分成两路发送到两个地基发射天线。本实用新型采用耦合器替换对外接口端的合路、分路器，节省了射频接口和射频电缆数量，有效减轻了测控系统重量、空间开销，有利于天地基一体化应答机的集成化、小型化设计。

Description

一种天地基一体化应答机微波网络

技术领域

本发明涉及一种天地基一体化应答机微波网络，属于宇航系统测控技术领域。

背景技术

梳理近20年来的局部战争、民用航空航海、应急救灾等，就会发现，隐藏在胜利、高效、保障等背后的太空因素十分突出。从海湾战争、科索沃战争到阿富汗战争、伊拉克战争，从日本地震到我国汶川地震，从船只遇险到马航班机，利用天基信息系统已经实现了天、空、地、海多位一体。并在战争中实现了多纵深多层次的战略战术打击，最终使战争呈现出“三非”——非线性、非对称、非接触的特点。但是，目前只有美国在天地基一体化方面走在了世界前列。

天基地基一体化测控技术采用中继和地基两种测控工作模式，为飞行器提供实时测控通道。天基测控模式可采用高轨道通信卫星链路，地基测控模式可采用地面测控站。天基、地基两种工作模式采用时分复用方式，飞行器在测控地面站覆盖的区域采用地基测控模式，实现上、下行测控信号的传输，及测距、测速功能；飞行器在地面站未覆盖的区域采用天基测控模式，实现前、返向测控信号的传输。

针对飞行器载天地基测控系统，国内外大多设计独立的天基应答机、地基应答机。图1为常规天地基微波网络示意图。从图中可以看出，常规天地基微波网络与单独的天基应答机(含备份)和地基应答机(含备份)相连接，射频信号相互独立，导致天地基测控子系统包含的射频电缆较多，对飞行器空间、重量资源的开销较大。

为了降低飞行器天地基测控系统的电缆数量，减轻飞行器相关设计资源的开销，在天地基一体化测控应答机设计的基础上，有必要研究设计相应的低资源占用微波网络。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种降低飞行器天地基测控系统射频电缆及接口数量、集成化程度高的小型化天地基一体化应答机微波网络。

本发明的技术方案是：一种天地基一体化应答机微波网络，该网络包括接收微波网络和发射微波网络，其中：

接收微波网络，包括三个发阻滤波器、三个低噪放大器、一个合路器和第一耦合器，其中，两个发阻滤波器分别接收外部两路地面测控信号，之后，分别发送到低噪声放大器中放大，滤波和放大后的射频信号输入到合路器合路，合路后的信号输入到第一耦合器的其中一个输入端；同时，另一个发阻滤波器接收外部天基中继卫星测控信号，之后发送到低噪声放大器放大，滤波和放大后的射频信号输入到第一耦合器的另一个输入端，第一耦合器完成对两路射频信号的合路后，分成两路分别输出到外部两个天地基一体化应答机；

发射微波网络，包括第二耦合器、功率放大器、收阻滤波器、分路器；第二耦合器接收外部两个天地基一体化应答机发送的射频信号，合路后分成两路，一路经功率放大器放大和收阻滤波器滤波，放大和滤波之后的射频信号通过外部天基发射天线发射出去，另一路经分路器分成两路，直接通过外部两个独立的地基收发一体化天线发射出去。

所述第一耦合器的内部两个通道耦合比例为：与两个通道相连的应答机接收通道信号功率插损比的倒数。

所述分路器和合路器功率均按等比例方式分配。

所述低噪声放大器噪声系数低于2dB，放大倍数大于20dB。

所述功率放大器输出功率大于30dBm，转换效率优于40％。

所述功率放大器可根据外部控制信号独立关断。

所述发阻滤波器为带通滤波器，带外抑制度大于50dB。

所述收阻滤波器为带通滤波器，带外抑制度大于50dB。

所述接收微波网络集成封装。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明天地基一体化应答机微波网络相比常规天地基微波网络，采用耦合器替换对外接口端的合路、分路器，节省了4个射频接口，射频电缆数量降低了约1/4，有效减轻了测控系统重量、空间的开销，有利于天地基一体化应答机的集成化、小型化设计；

(2)本发明通过合理控制发射通道耦合器的两个通道耦合比例，即功率分配比例，将射频信号大部分功率分配给地基通道，节省了微波网络中地基功放模块，从而降低了微波网络的功耗；

(3)本发明通过合理控制接收通道耦合器的两个通道耦合比例，即功率合成比例，将天基接收信道增益合理提高，从而达到对整个测控系统链路余量的优化，提高飞行器测控信息传输的可靠性；

(4)本发明接收通道的合路器对每路接收的射频信号进行等比例合成，发射通道的分路器将发射信号功率进行等比例分配，可实现测控系统的准全向测控覆盖；

(5)本发明采用的低噪声放大器工作在S频段低频段、噪声系数1.5dB，放大倍数25dB，与合路器、耦合器配合可实现地基接收净增益15dB，天基接收净增益24dB；

(6)本发明功率放大器工作在S频段高频段，输出功率5W，转换效率优于40％，并受外部信号控制，可独立关断输出功率，结合带外抑制度大的带通和带阻滤波器分析，微波网络天基输出口功率可达6dBW；

(7)本发明将接收微波网络部分采用集成封装设计，将第一耦合器、合路器、3路接收通道(低噪声放大器和发阻滤波器)集成封装在一起，进一步地降低微波网络的体积、重量。

附图说明

图1为常规天地基微波网络组成框图；

图2为本发明天地基一体化应答机微波网络组成框图；

图3为本发明天地基一体化应答机微波网络实施例组成框图；

图4为本发明天线安装示意图；

图5为本发明集成接收通道组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

图2为本发明实施例天地基一体化应答机微波网络组成框图。图3为本发明提供的一个较佳实例。

如图所示，天地基一体化应答机微波网络包括接收微波网络和发射微波网络。其中：

接收微波网络，包括第一低噪声放大器、第一发阻滤波器、第二低噪声放大器、第二发阻滤波器、第三低噪声放大器、第三发阻滤波器、合路器和第一耦合器；接收外部两路地基收发一体化天线接收的地面测控站信号，第一路地面测控站信号经第一发阻滤波器滤波，之后经过第一低噪声放大器放大，第二路地面测控站信号经第二发阻滤波器滤波，之后经过第二低噪声放大器放大，两路地面测控信号滤波和放大处理之后送入合路器合路，合路后的射频信号输入到第一耦合器的其中一个输入端；同时，接收外部天基天线接收的中继卫星测控信号，中继卫星测控信号经过第三发阻滤波器滤波和第三低噪声放大器，滤波和放大后的射频信号输入到第一耦合器的另一个输入端，第一耦合器完成对两路射频信号的合路后，再分成两路输出到外部两个独立的天地基一体化应答机。

发射微波网络，包括第二耦合器、功率放大器、收阻滤波器、分路器；第二耦合器接收外部两个独立的天地基一体化应答机发送的射频信号，合路后分成两路输出，一路经过功率放大和滤波，通过外部天基发射天线发射出去，另一路经分路器分成两路通过外部两个独立的地基收发一体化天线发射出去。

由于应答机信道接收天基信号灵敏度与接收地基信号的灵敏度不同，为了防止信道间的相互干扰，使进入到应答机的中频处理模块中的中频信号能量相当，第一耦合器两个通道耦合比例为与两个通道相连的应答机接收通道信号功率插损比的倒数。本实施例中，应答机信道接收天基信号灵敏度比接收地基信号的灵敏度高9dB，所以，第一器的耦合比例分配为1:4，即地基信号接收信道插损是天基接收信道功率插损的4倍。通过合理控制接收通道耦合器的两个通道耦合比例，即功率合成比例，将天基接收信道增益合理提高，从而达到对整个测控系统链路余量的优化，提高飞行器测控信息传输的可靠性。

第二耦合器的两个通道耦合比例分配为1:8，其中送入功放的信号插损是未送入功放的信号插损的1/8。通过合理控制发射通道耦合器的两个通道耦合比例，即功率分配比例，将射频信号大部分功率分配给地基通道，节省了微波网络中地基功放模块，从而降低了微波网络的功耗。

本发明支持两套地基天线收发一体化天线和一套天基天线同时工作。图4为本实施例中飞行器对地面和对天面各安装一副地基天线的情况。合路器、分路器功率按照等比例方式分配。接收通道的合路器对每路接收的射频信号进行等比例合成，发射通道的分路器将发射信号功率进行等比例分配，从而实现了测控系统的准全向测控覆盖。

本实施例中的低噪声放大器工作在S频段低频段、噪声系数1.5dB，放大倍数25dB，与合路器、耦合器配合可实现地基接收净增益15dB，天基接收净增益24dB。

本实施例中的功率放大器工作在S频段高频段，输出功率5W，转换效率优于40％，并受外部信号控制，可独立关断输出功率，结合滤波器分析，微波网络天基输出口功率可达6dBW。

本实施例中的发阻滤波器为带通滤波器，通带宽度50MHz，工作频段在S频段低频段，带外抑制度大于50dB；收阻滤波器同样为带通滤波器，通带宽度50MHz，工作频段在S频段高频段，带外抑制度大于50dB。实现了收发信号的有效隔离。

当外部应答机为天地基一体化应答机，可提供一路天基接收通道和4路地基接收通道，同时可提供一路天基发射通道和一路地基发射通道时，采用本发明所提供的天地基一体化应答机微波网络与该应答机配合使用，可以实现射频基带综合一体化设计，并且具备冗余备份功能。

本发明所提供的微波网络支持2套地基天线同时工作。地基天线可采用收发一体化设计，当外部地基天线采用收发一体化天线，该天线接收频段为S频段低频段，发射频段为S频段高频段，天线辐射方向图为圆型，在仰角大于30°时，天线增益优于-3dBi时，可以实现了飞行器地基测控准全向覆盖，满足飞行器大姿态变化下的测控链路可靠建立。

本发明所提供的微波网络支持一套天基天线工作。天基天线收发阵元独立设计，接收天线工作频段在S频段低频段，发射天线工作频段S频段高频段，天线辐射方向图为马鞍型，在仰角15°～45°范围内，天线增益优于2dBi时，可实现飞行器天基测控链路的快速建立。

为了进一步地降低微波网络的体积、重量，作为优选方案，可以将本发明的接收微波网络部分采用集成封装设计，将第一耦合器、合路器、3路接收通道(低噪声放大器和发阻滤波器)集成封装在一起。

本发明天地基一体化应答机微波网络相比常规天地基微波网络，采用耦合器替换对外接口端的合路、分路器，节省了4个射频接口，射频电缆数量降低了约1/4，有效减轻了测控系统对重量、空间的开销，有利于天地基一体化应答机的集成化、小型化设计。

以上所述，仅为本发明的典型实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于包括接收微波网络和发射微波网络，其中，

接收微波网络，包括三个发阻滤波器、三个低噪放大器、一个合路器和第一耦合器，其中，两个发阻滤波器分别接收外部两路地面测控信号，之后，分别发送到低噪声放大器中放大，滤波和放大后的射频信号输入到合路器合路，合路后的信号输入到第一耦合器的其中一个输入端；同时，另一个发阻滤波器接收外部天基中继卫星测控信号，之后发送到低噪声放大器放大，滤波和放大后的射频信号输入到第一耦合器的另一个输入端，第一耦合器完成对两路射频信号的合路后，分成两路分别输出到外部两个天地基一体化应答机；

发射微波网络，包括第二耦合器、功率放大器、收阻滤波器、分路器；第二耦合器接收外部两个天地基一体化应答机发送的射频信号，合路后分成两路，一路经功率放大器放大和收阻滤波器滤波，放大和滤波之后的射频信号通过外部天基发射天线发射出去，另一路经分路器分成两路，直接通过外部两个独立的地基收发一体化天线发射出去。

2.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述第一耦合器的内部两个通道耦合比例为：与两个通道相连的应答机接收通道信号功率插损比的倒数。

3.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述分路器和合路器功率均按等比例方式分配。

4.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述低噪声放大器噪声系数低于2dB，放大倍数大于20dB。

5.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述功率放大器输出功率大于30dBm，转换效率优于40％。

6.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述功率放大器可根据外部控制信号独立关断。

7.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述发阻滤波器为带通滤波器，带外抑制度大于50dB。

8.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述收阻滤波器为带通滤波器，带外抑制度大于50dB。

9.根据权利要求1所述的一种天地基一体化应答机微波网络，其特征在于所述接收微波网络集成封装。