CN214228202U - 一种x频段接收变频设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种X频段接收变频设备，包括单片机控制单元，单片机控制单元分别连接有输入滤波低噪声放大单元、本振单元和内外参考切换单元，内外参考切换单元连接本振单元，本振单元分别连接有频率变换滤波单元和变频放大滤波输出单元，输入滤波低噪声放大单元连接频率变换滤波单元，频率变换滤波单元连接有输出放大滤波单元，输出放大滤波单元连接变频放大滤波输出单元。达到了幅频响应好，相位噪声好，端口匹配度好，无关信号以及带内干扰杂散低，高线性输出，实现了增益可控、工作处理信号满足1KHz步进单位等特点，增加了输出信号的可控性。

Description

一种X频段接收变频设备

技术领域

本实用新型涉及接收变频设备的技术领域，具体来说，涉及一种X频段接收变频设备。

背景技术

卫星测控是国家进行研发的跟踪测量和控制航天器的地面系统。基础架构上包含多种测控装备，比如微波雷达、多普勒测速仪、光学设备和微波统一系统等。在卫星航天测控领域中，微波接收变频设备用于对太空中卫星远距离发射的微波信息进行接收、采样，目的是为了还原出高质量的采样信号的信息。接收变频设备的性能优劣会直接影响地面测控站对测控卫星的准确度、高速跟踪能力、故障检测能力等。

接收变频设备是微波领域中一种将高频射频信号频谱搬移至低中频信号的设备，其主要对空间传输指定频率的电磁波具备接收能力，且具备抗干扰能力，在国防军事领域和卫星测控、卫星导航定位领域中占有核心地位。卫星收到的信号经天线和LNA后送至接收变频设备进行滤波、放大和下变频处理后输出中频信号，然后送到后级基带ADC部分进行解调。整个过程中，卫星发射的信号中包含的一些真正有用的信息会远距离传输至地面测控站，地面测控站通过接收变频设备进行接收，从而保证了地面测控站在调制解调后能将频率、相位和其他重要的信息完整采样收集。

接收变频设备在卫星测控中的应用时，应该具备多种稳定可靠性能。卫星测控系统中所使用的接收变频设备既要有足够宽的频带来实现多角度多范围的信息扩展，也要有足够高精度的频率步进来实现高精度的信息采样，同时也要有足够小的噪声和相当大的灵敏度来对微弱的微波信号进行正常接收解调以达到对不同响应的信息采样的高识别要求。但现有的接收变频设备很难满足上述要求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种X频段接收变频设备，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种X频段接收变频设备，包括单片机控制单元，所述单片机控制单元分别连接有输入滤波低噪声放大单元、本振单元和内外参考切换单元，所述内外参考切换单元连接所述本振单元，所述本振单元分别连接有频率变换滤波单元和变频放大滤波输出单元，所述输入滤波低噪声放大单元连接所述频率变换滤波单元，所述频率变换滤波单元连接有输出放大滤波单元，所述输出放大滤波单元连接所述变频放大滤波输出单元，所述单片机控制单元、所述输入滤波低噪声放大单元、所述本振单元、所述内外参考切换单元、所述频率变换滤波单元、所述输出放大滤波单元以及所述变频放大滤波输出单元均连接电源单元。

进一步地，所述输入滤波低噪声放大单元包括依次串联的腔体滤波器D1、数控衰减器At1、放大器A1和π型衰减网络模块P1。

进一步地，所述频率变换滤波单元包括依次串联的混频器M1、π型衰减网络模块P2、LC滤波器L1和π型衰减网络模块P3，所述混频器M1连接所述π型衰减网络模块P1。

进一步地，所述输出放大滤波单元包括依次串联的放大器A2、π型衰减网络模块P4、放大器A3、低通滤波器LP1、放大器A4、耦合器B1和π型衰减网络模块P5，所述放大器A2连接所述π型衰减网络模块P3。

进一步地，所述变频放大滤波输出单元包括依次串联的π型衰减网络模块P6、混频器M2、π型衰减网络模块P7、低通滤波器LP2、放大器A5、放大器A6、LC滤波器L2和π型衰减网络模块P8，所述π型衰减网络模块P6连接所述耦合器B1。

进一步地，所述单片机控制单元包括单片机，所述单片机分别连接有RS232驱动芯片和锁相环，所述单片机还连接所述数控衰减器At1。

进一步地，所述本振单元包括第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块和所述第二本振模块均连接单片机，所述第一本振模块连接所述混频器M1，所述第二本振模块连接所述混频器M2。

进一步地，所述内外参考切换单元包括依次串联的微波开关、放大器A7和功分器SB1，所述微波开关还分别连接有10MHZ晶振和10MHZ输入检波器，所述微波开关以及所述10MHZ输入检波器均连接所述单片机，所述功分器SB1分别连接有π型衰减网络模块P9以及所述锁相环，所述锁相环连接有环路滤波器，所述环路滤波器连接有压控振荡器，所述压控振荡器连接有功分器SB2，所述功分器SB2分别连接有功分器SB3以及所述锁相环，所述功分器SB3分别连接所述第一本振模块和所述第二本振模块。

进一步地，所述电源单元包括LC滤波电路L3，所述LC滤波电路L3分别连接有开关电源K1和开关电源K2，所述开关电源K1连接有LC滤波电路L4，所述LC滤波电路L4连接有大电流低噪声稳压器Z1，所述大电流低噪声稳压器Z1分别连接所述输入滤波低噪声放大单元、所述第一本振模块、所述频率变换滤波单元以及所述压控振荡器，所述开关电源K2连接有LC滤波电路L5，所述LC滤波电路L5分别连接有大电流低噪声稳压器Z2和低压差稳压器，所述大电流低噪声稳压器Z2分别连接所述输出放大滤波单元、所述第二本振模块、所述变频放大滤波输出单元和所述内外参考切换单元，所述低压差稳压器分别连接所述10MHZ晶振、所述锁相环以及所述单片机控制单元。

本实用新型的有益效果：通过使用输入滤波低噪声放大单元、锁相环以及电源单元、单片机控制单元、内外参考切换单元等，达到了幅频响应好，相位噪声好，端口匹配度好，无关信号以及带内干扰杂散低，高线性输出，实现了增益可控、工作处理信号满足1KHz步进单位等特点，增加了输出信号的可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的X频段接收变频设备的原理框图一；

图2是根据本实用新型实施例所述的X频段接收变频设备的原理框图二；

图3是根据本实用新型实施例所述的内外参考切换单元的原理框图；

图4是根据本实用新型实施例所述的单片机控制单元的原理框图；

图5是根据本实用新型实施例所述的电源单元的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，根据本实用新型实施例所述的一种X频段接收变频设备，包括单片机控制单元，所述单片机控制单元分别连接有输入滤波低噪声放大单元、本振单元和内外参考切换单元，所述内外参考切换单元连接所述本振单元，所述本振单元分别连接有频率变换滤波单元和变频放大滤波输出单元，所述输入滤波低噪声放大单元连接所述频率变换滤波单元，所述频率变换滤波单元连接有输出放大滤波单元，所述输出放大滤波单元连接所述变频放大滤波输出单元，所述单片机控制单元、所述输入滤波低噪声放大单元、所述本振单元、所述内外参考切换单元、所述频率变换滤波单元、所述输出放大滤波单元以及所述变频放大滤波输出单元均连接电源单元。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述输入滤波低噪声放大单元包括依次串联的腔体滤波器D1、数控衰减器At1、放大器A1和π型衰减网络模块P1。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述频率变换滤波单元包括依次串联的混频器M1、π型衰减网络模块P2、LC滤波器L1和π型衰减网络模块P3，所述混频器M1连接所述π型衰减网络模块P1。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述输出放大滤波单元包括依次串联的放大器A2、π型衰减网络模块P4、放大器A3、低通滤波器LP1、放大器A4、耦合器B1和π型衰减网络模块P5，所述放大器A2连接所述π型衰减网络模块P3。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述变频放大滤波输出单元包括依次串联的π型衰减网络模块P6、混频器M2、π型衰减网络模块P7、低通滤波器LP2、放大器A5、放大器A6、LC滤波器L2和π型衰减网络模块P8，所述π型衰减网络模块P6连接所述耦合器B1。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述单片机控制单元包括单片机，所述单片机分别连接有RS232驱动芯片和锁相环，所述单片机还连接所述数控衰减器At1。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述本振单元包括第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块和所述第二本振模块均连接单片机，所述第一本振模块连接所述混频器M1，所述第二本振模块连接所述混频器M2。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述内外参考切换单元包括依次串联的微波开关、放大器A7和功分器SB1，所述微波开关还分别连接有10MHZ晶振和10MHZ输入检波器，所述微波开关以及所述10MHZ输入检波器均连接所述单片机，所述功分器SB1分别连接有π型衰减网络模块P9以及所述锁相环，所述锁相环连接有环路滤波器，所述环路滤波器连接有压控振荡器，所述压控振荡器连接有功分器SB2，所述功分器SB2分别连接有功分器SB3以及所述锁相环，所述功分器SB3分别连接所述第一本振模块和所述第二本振模块。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电源单元包括LC滤波电路L3，所述LC滤波电路L3分别连接有开关电源K1和开关电源K2，所述开关电源K1连接有LC滤波电路L4，所述LC滤波电路L4连接有大电流低噪声稳压器Z1，所述大电流低噪声稳压器Z1分别连接所述输入滤波低噪声放大单元、所述第一本振模块、所述频率变换滤波单元以及所述压控振荡器，所述开关电源K2连接有LC滤波电路L5，所述LC滤波电路L5分别连接有大电流低噪声稳压器Z2和低压差稳压器，所述大电流低噪声稳压器Z2分别连接所述输出放大滤波单元、所述第二本振模块、所述变频放大滤波输出单元和所述内外参考切换单元，所述低压差稳压器分别连接所述10MHZ晶振、所述锁相环以及所述单片机控制单元。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述的X频段接收变频设备主要用来对X频段射频信号进行接收和下变频处理，其包括输入滤波低噪声放大单元、频率变换滤波单元、输出放大滤波单元、内外参考切换单元、单片机控制单元和电源单元等，其集成度高，体积小，电磁屏蔽好，操作方便。本X频段接收变频设备主要使用单片机控制单元中的增强型单片机来支持远程通信功能和信号控制功能，控制指令按照标准的通信规范，运用通用的PC机串口（即RS232）通信即可实现通信控制。

输入至输入滤波低噪声放大单元的X频段信号为前级设备低噪放输出的信号，具有40dB以上的输入功率范围，经过本X频段接收变频设备放大后，具备在输入功率范围内实现线性不失真放大；工作模式为超外差接收模式，可在整个2GHz带宽的X频段内，可实现任意频点的接收功能，频率变换单位为1KHz级别，输出信号为固定的L波段的射频信号和70M低频信号，为后级信号处理单元提供2种信号，满足不同的应用扩展。

输入滤波低噪声放大单元可使输入信号先经过腔体滤波器D1滤波，起到对带外的干扰信号起到抑制滤除作用，再进行功率放大。输入信号经过腔体滤波器D1后，工作信号经过数控衰减器At1以及放大器A1，实现幅度放大和数控衰减步进1dB，衰减范围30dB的功能。

频率变换滤波单元用于将从外部进入的工作频率和压控振荡器发生的载波信号进行非线性互调，产生的组合信号，即双边带和差信号，再通过LC滤波器L1进行滤波抑制，选择出输出信号，同时具有对互调的无关信号进行抑制衰弱的功能。

输出放大滤波单元用于对经前级频率变换滤波单元频率变换以后的输出信号进行幅度放大以及对输出信号中的谐波进行抑制。π型衰减网络模块和放大器根据电平分配，采用了衰减放大的串联顺序，保证了输出放大滤波单元的线性输出范围。

内外参考切换单元用于对本X频段接收变频设备所需的10M参考信号进行内外自动判断选择。

单片机控制单元包括单片机，单片机可对各个功能单元（包括输入滤波低噪声放大单元、频率变换滤波单元、输出放大滤波单元、内外参考切换单元等）进行控制以及状态查询，可实现数字化可控集成电路、状态查询、状态上报、远程通信等功能。

电源单元用于将输入的+12V直流电压，经过高效率电压转换后转换为内部所需要的电压，再进行多次滤波处理，以使本X频段接收变频设备正常工作。+12V直流电压通过开关电源K1、K2变成电压比较低的内部单元需要的电源，开关电源K1、K2会产生低频电磁波干扰，采用LC滤波电路L3、L4和大电流低噪声稳压器Z1、Z2来过滤掉低频杂波，保证了工作信号的纯净，不会影响信号质量。

本X频段接收变频设备采用五级放大器（即放大器A1-A5），前级设置数控衰减器At1，整体增益45dB以上，数控衰减器At1放在第一级放大器（即放大器A1）前，保证在输入大信号时候，最后一级放大器（即放大器A5）处于线性区的最大输出功率。

频率源输出的功率要足够大，以保证本X频段接收变频设备性能的正常。本X频段接收变频设备内部具有锁相环，可屏蔽串扰，避免对信号通路产生很有影响的干扰信号，从而保证了X频段接收变频设备的性能。

内外参考切换单元、输入滤波低噪声放大单元以及电源单元中均有相适应的滤波器，可使得各个信号间无串扰产生。

输入滤波低噪声放大单元在滤波器后加适量衰减，可保证X频段接收变频设备整体的驻波比指标。

内外参考切换单元将10MHz参考信号用放大器A7进行功率放大后进行内外切换，保证了10MHz信号输出给终端基带单元的功率不至于过小。

各级放大器、各级数控衰减器、各级滤波器组成的链路受各器件幅频响应和驻波影响，整体幅频响应会很差，因此采用各级间加入π型衰减网络模块用以改善级间驻波的作用。

在具体使用时，7-9GHz的高频信号经输入滤波低噪声放大单元进行滤波衰减放大后经频率变换滤波单元变频成中频信号，然后经输出放大滤波单元实现放大滤波输出L波段的射频信号，并可经变频放大滤波输出单元实现输出70M低频信号。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，可具有在整个X频段工作信号中，幅频响应好，相位噪声好，端口匹配度好，无关信号以及带内干扰杂散低，高线性输出，增益可控，工作处理信号满足1KHz步进单位，适用性强，满足测控领域的高精度，体积小，可单独使用也可装在机箱整机使用等特点。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种X频段接收变频设备，其特征在于，包括单片机控制单元，所述单片机控制单元分别连接有输入滤波低噪声放大单元、本振单元和内外参考切换单元，所述内外参考切换单元连接所述本振单元，所述本振单元分别连接有频率变换滤波单元和变频放大滤波输出单元，所述输入滤波低噪声放大单元连接所述频率变换滤波单元，所述频率变换滤波单元连接有输出放大滤波单元，所述输出放大滤波单元连接所述变频放大滤波输出单元，所述单片机控制单元、所述输入滤波低噪声放大单元、所述本振单元、所述内外参考切换单元、所述频率变换滤波单元、所述输出放大滤波单元以及所述变频放大滤波输出单元均连接电源单元。

2.根据权利要求1所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述输入滤波低噪声放大单元包括依次串联的腔体滤波器D1、数控衰减器At1、放大器A1和π型衰减网络模块P1。

3.根据权利要求2所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述频率变换滤波单元包括依次串联的混频器M1、π型衰减网络模块P2、LC滤波器L1和π型衰减网络模块P3，所述混频器M1连接所述π型衰减网络模块P1。

4.根据权利要求3所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述输出放大滤波单元包括依次串联的放大器A2、π型衰减网络模块P4、放大器A3、低通滤波器LP1、放大器A4、耦合器B1和π型衰减网络模块P5，所述放大器A2连接所述π型衰减网络模块P3。

5.根据权利要求4所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述变频放大滤波输出单元包括依次串联的π型衰减网络模块P6、混频器M2、π型衰减网络模块P7、低通滤波器LP2、放大器A5、放大器A6、LC滤波器L2和π型衰减网络模块P8，所述π型衰减网络模块P6连接所述耦合器B1。

6.根据权利要求5所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述单片机控制单元包括单片机，所述单片机分别连接有RS232驱动芯片和锁相环，所述单片机还连接所述数控衰减器At1。

7.根据权利要求6所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述本振单元包括第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块和所述第二本振模块均连接单片机，所述第一本振模块连接所述混频器M1，所述第二本振模块连接所述混频器M2。

8.根据权利要求7所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述内外参考切换单元包括依次串联的微波开关、放大器A7和功分器SB1，所述微波开关还分别连接有10MHZ晶振和10MHZ输入检波器，所述微波开关以及所述10MHZ输入检波器均连接所述单片机，所述功分器SB1分别连接有π型衰减网络模块P9以及所述锁相环，所述锁相环连接有环路滤波器，所述环路滤波器连接有压控振荡器，所述压控振荡器连接有功分器SB2，所述功分器SB2分别连接有功分器SB3以及所述锁相环，所述功分器SB3分别连接所述第一本振模块和所述第二本振模块。

9.根据权利要求8所述的X频段接收变频设备，其特征在于，所述电源单元包括LC滤波电路L3，所述LC滤波电路L3分别连接有开关电源K1和开关电源K2，所述开关电源K1连接有LC滤波电路L4，所述LC滤波电路L4连接有大电流低噪声稳压器Z1，所述大电流低噪声稳压器Z1分别连接所述输入滤波低噪声放大单元、所述第一本振模块、所述频率变换滤波单元以及所述压控振荡器，所述开关电源K2连接有LC滤波电路L5，所述LC滤波电路L5分别连接有大电流低噪声稳压器Z2和低压差稳压器，所述大电流低噪声稳压器Z2分别连接所述输出放大滤波单元、所述第二本振模块、所述变频放大滤波输出单元和所述内外参考切换单元，所述低压差稳压器分别连接所述10MHZ晶振、所述锁相环以及所述单片机控制单元。

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