CN214707702U - 卫星信标接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种卫星信标接收机，包括：级联的一级变频电路和中频变频电路；一级变频电路包括多个输入端口、多个频率通道、第一射频开关及第一中频输出端口；所述多个输入端口用于对应接入多个频段的卫星信标信号；多个频率通道与所述多个输入端口一一对应连接，以供对应频段的信号传输；第一射频开关位于频率通道末端与第一中频输出端口之间且可切换地实现第一中频输出端口与所述多个频率通道中的任一通道连通；所述中频变频电路与第一中频输出端口连接，将一级变频电路输出的中频信号再次下变频为预定频段信号。本实用新型可实现一台卫星信标接收机接收1～40GHz中各个频段的卫星信标信号，成本低，可操作性强。

Description

卫星信标接收机

技术领域

本实用新型涉及卫星通信应用技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种卫星信标接收机。

背景技术

卫星通信技术在军事、民用等诸多领域中都有广泛应用，各卫星种类划分越来越细，功能越来越强。卫星按用途分为商业通信卫星、海事通信卫星、跟踪与数据中继卫星、军事侦查和通信卫星等。其中商业通信卫星又分为：电信通信卫星、广播卫星、直播卫星、高清电视卫星等。卫星通信分为星地间通信以及卫星间通信。在地面站和卫星的通信时，通信卫星向地面接收站发射信号，为了实现有效的传输信息的目的，首先要实现地面站天线与卫星的对准，以保证地球站能接收最佳的卫星信号。为能够区分不同的地球轨道卫星，每个卫星均被分配一个独立的信标频率，卫星向地球站发射单频点的射频信号，地球站只要对信标信号进行接收和处理并配合伺服系统即可以实现对该卫星的锁定和跟踪。

实现信标信号接收和下变频处理的射频接收机即被称为信标接收机。其工作原理是采用射频变频电路对天线接收的信标信号进行下变频得到合适的中频信号，然后进行信号处理，解调天线对准偏移误差并提供给天线伺服单元，指挥伺服系统使天线对准卫星。按照跟踪原理，自动跟踪又可分为步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪三种类型，无论使用哪种跟踪方式，信标接收机都是不可或缺的关键模块。

业界现有的信标接收机普遍仅针对一个类型的卫星、覆盖频段较窄，当需要跨频段应用时需要替换不同频段的接收机，不仅应用成本高，而且可操作性较差。

随着在轨卫星数量急剧增加带来的频谱资源的进展以及未来更高频率低轨移动通讯卫星的出现，未来卫星信标定会采用K波段、Ka波段甚至毫米波波段，目前业界还未有此类产品。

另外，现有的信标接收机有可能收到与目标卫星信标同频的临近卫星大载波通信信号，这会造成地面站误跟踪，对于要求实时性和可靠性的应急通信将产生很大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种可扩大频率范围、应用于全波段的卫星信标接收机

为实现以上目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种卫星信标接收机，包括：级联的一级变频电路和中频变频电路；

所述一级变频电路包括多个输入端口、多个频率通道、第一射频开关及第一中频输出端口；

所述多个输入端口用于对应接入多个频段的卫星信标信号；

所述多个频率通道与所述多个输入端口一一对应连接，以供对应频段的信号传输；

所述第一射频开关位于频率通道末端与第一中频输出端口之间且可切换地实现第一中频输出端口与所述多个频率通道中的任一通道连通；

所述中频变频电路与第一中频输出端口连接，将一级变频电路输出的中频信号再次下变频为预定频段信号。

可选地，所述中频变频电路包括三个频段依次减小的中频滤波器、两个下变频器和两个放大器，每两个中频滤波器之间设有一个所述下变频器和放大器，所述放大器连接于下变频器输出端与中频滤波器输入端之间。

可选地，每个频率通道均设置两路子频段通道，并且设置一分二的第二射频开关，用于可切换地实现信标信号在对应频率的子频段通道内传输。

可选地，每路所述子频段通道均设有下变频器、镜像抑制滤波器及放大器，其中：

对应于Ka波段、K波段、Ku波段、X波段的各个子频段通道中，镜像抑制滤波器的输入端连接于第二射频开关，输出端连接于放大器的输入端，放大器的输出端连接于下变频器，所述下变频器的输出端连接于第一射频开关；

对应于L波段、S波段、C波段的各个子频段通道中，下变频器及镜像抑制滤波器各设有两个，其中频段较高的镜像抑制滤波器与第二射频开关和一个下变频器连接，频段较低的镜像滤波器为高中频滤波器，连接于两个下变频器之间，并且后一个下变频器的输出端连接到第一射频开关。

进一步地，卫星信标接收机还包括用于产生本振信号的频率综合器电路，所述频率综合器电路具有多个本振信号输出口，并且所述多个本振信号输出口与各下变频器对应连接。

可选地，所述频率综合器电路包括一分多功分器、一分多功分器的输出端一一对应连接的多个放大器、多个放大器一一对应连接的多个锁相环电路、与锁相环电路输出端连接的多个滤波器、多个放大器及多个二倍频器，用于在多个本振信号输出口之间形成频段连续的多路本振信号。

可选地，所述锁相环电路为锁相环芯片，每个芯片可独立产生两路本振信号。

可选地，还包括设于输入端口与第二射频开关之间的前端放大器，其为低噪声放大器。

可选地，还包括设于第一射频开关与第一中频输出端口之间的频带调平数控衰减器。

可选地，还包括电源管理模块，所述电源管理模块包括射频电路和数字处理组件，用于分模拟模块和数字模块分模块供电。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置级联的一级变频电路和中频变频电路，一级变频电路具有多个对应不同频段的输入端口和频率通道，对多路信号分别下变频，通过射频开关切换频率通道与第一中频输出端口的连接，通过中频变频电路对第一中频输出端口再变频为更低频率的中频信号，实现一次性覆盖1～40GHz的卫星信标接收能力，一台接收机即可实现地面对全部在轨卫星的跟踪和锁定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型一种实施例提供的卫星信标接收机全波段一级变频电路的结构框图；

图2为本实用新型一种实施例提供的中频变频电路；

图3为本实用新型一种实施例提供的频率综合器电路的结构框图；

图4为本实用新型一种实施例提供的卫星信标接收机的增益仿真图；

图5本实用新型一种实施例提供的卫星信标接收机的噪声系数仿真图；

图6为本实用新型一种实施例提供的卫星信标接收机的输出1dB压缩点功率仿真图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。

应当理解，本实用新型的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本实用新型的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“连接”可以是直接相接，也可是通过中间部件(元件)间接连接。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元一定为不同的装置、模块或单元，也并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

参见图1至图3，本实用新型涉及一种卫星信标接收机，采用多级下变频电路，将高频信标信号逐级降频至中频频率，实现卫星信标信号的接收。采用本实用新型的卫星信标接收机中，可实现一台卫星信标接收机接收1～40GHz中各个频段的卫星信标信号，成本低，可操作性强。

为实现1～40GHz的全频段接收，本实用新型采用分段滤波和下变频的接收策略，将1～40GHz分为1～8GHz、8～18GHz、18～26.5GHz以及26.5～40GHz四个独立的电路分别进行第一级下变频，其中每个波段采用双路预选滤波，实现系统所要求的镜频抑制指标。为降低信标接收机的成本，各路信号经第一级下变频后生成的第一中频频率统一为一个频率，这样后级的下变频和滤波放大处理可共用一个电路。在下变频链路中，可在适当位置插入射频放大器，以提高链路对后级噪声的压制作用，同时保证链路具有足够高的增益。为保证系统在宽频带的增益一致性，在一中频处插入数控衰减器用于频带增益调平，通过数字控制和提前测试记录的校准数据对各个频段进行增益校准，可以保证全频段(10MHz间隔频段内)具有0.5dB以下的增益平坦度，全频段的增益平坦度在±2dB以内。

卫星信标接收机全波段一级变频电路如图1所示，一级变频电路具有对应与四个频段的四个输入端口及四个频率通道10、11、12、13，通过输入端口接入的四个频段信号首先进行前端放大器101、111、121、131低噪声放大，然后每频段信号分为两个子频段经第二射频开关102、112、122、132进入对应子频段通道进入镜频抑制滤波器1031、1032、1131、1132、1231、1232、1331、1332进行分段滤波，滤除带外干扰和镜频频率，接下来八个子频段分别通过下变频器进行下变频，各子频段的一中频频率原则上可设置为同一频率，但出于系统灵活性考虑，将各路一中频分布在5.5～6.5GHz范围内。本振信号LO1～LO6的步进均为500MHz，因此各段信号经滤波下变频后生成八路中心频率为6GHz、带宽为500MHz的第一中频信号，第一中频信号经第一射频开关14(单刀八掷开关)选择后进入一中频滤波器15进行滤波，再经放大器16中频放大和数控衰减器17衰减后经第一中频输出端口IF1输出。数控衰减器为频带调平数控衰减器，具有动态31dB、步进0.5dB，可实现对信标接收机全频段的增益调平。

如图2所示，中频变频电路20与第一中频输出端口IF1连接，第一中频频率范围5.5～6.5GHz，经滤波器21滤波后进入下变频器22，下变频器22采用4.55～5.55GHz本振信号将第一中频降低至0.95GHz，即第二中频频率，经放大器23和滤波器24适当放大和滤波之后再次经下变频器25下变频将第二中频频率降低为21.4MHz，即最终中频频率，经放大器26放大和滤波器27滤波后由中频输出端口IF输出。

在实际应用中，考虑到卫星的信标信号本身是一个点频信号，由于自身频率漂移以及卫星相对地面站的运动会产生多普勒频移，如果中频接收带宽太窄，将导致频标丢失，另一方面若中频接收带宽太宽，将会降低接收机信噪比，降低系统抗干扰性能。为解决这一问题，本实用新型采用可调带宽的中频滤波器技术，即中频滤波器为可调带宽滤波器，可根据系统需要实时调节接收中频的带宽，具有很高的灵活性和系统可靠性。

以上各级本振信号由频率综合器电路生成，如图3所示，本实用新型使用具有双路输出特征的锁相环芯片302、312、322、332、342，每个芯片可独立输出两路本振信号。各级锁相环均参考100MHz外供晶振信号，参考信号经一分五功分器300功分和五个放大器301、311、321、331、341独立放大后输送给各个锁相环芯片。所述频率综合器电路具有多个本振信号输出口，并且所述多个本振信号输出口与各下变频器对应连接。

锁相环芯片302第一路产生频率为7～9.5GHz，经频带滤波器3031再经倍频器3041生成14～19GHz，经频带滤波器3051滤除基波和高次谐波后向下变频器1251、1341、1342输出LO5；第二路产生频率为6.75～8.5GHz，经频带滤波器再经倍频器生成13.5～17GHz，经频带滤波器3052滤除基波和高次谐波后再次倍频306输出27～34GHz，经频带滤波器307滤除基波和高次谐波后向下变频器1052输出LO2。

锁相环芯片312第一路产生频率为9.5～12GHz，经频带滤波器3131再经倍频器生成19～24GHz，经频带滤波器3151滤除基波和高次谐波后向下变频器1252输出LO6；第二路产生频率为12～15GHz，经频带滤波器再经驱动放大器3142放大后滤除高次谐波后向下变频器1151输出LO3。

锁相环芯片322第一路产生频率为7.5～10.25GHz，经频带滤波器3231再经倍频器生成15～20.5GHz，经频带滤波器3251滤除基波和高次谐波后向下变频器1152输出LO4；第二路产生频率为10.25～13.5GHz，经频带滤波器再经二倍频器3242生成20.5～27GHz，经频带滤波器3252滤除基波和高次谐波后向下变频器1051输出LO1。本振LO1～LO6频率步进为500MHz。

锁相环芯片332第一路产生频率为8GHz，经频带滤波器后向下变频器1371输出LO7；第二路产生频率仍为8GHz，经频带滤波器再经二倍频器3342生成16GHz，经频带滤波器3352滤除基波和高次谐波后向下变频器1372输出LO8。

锁相环芯片342第一路产生频率为4.55～5.55GHz，频率步进10kHz，经频带滤波器3431滤波后向中频变频电路的前一下变频器22输出LO9；第二路产生频率为0.9714GHz点频，经频带滤波器3432滤波后向中频变频电路的后一下变频器25输出LO10。

在一种实际应用中，该卫星信标接收机的工作原理及链路预算如下：

Ka(26～40GHz)波段下变频电路中，信号首先由低噪声放大器进行放大(如图1所示)，然后经过单刀双掷射频开关分为两段，分段进行26.5～33GHz和33～40GHz滤波，两路下变频的本振分别选择为LO1：20.5～27GHz和LO2：27～34GHz，变频后的一中频频率为6GHz。两段对应的镜频频率分别为14.5～21GHz和21～28GHz，前端的镜频抑制滤波器可对镜频频率抑制60～80dBc，满足设计要求。由于Ka频段频率较高，下变频器变频损耗较大，且前端低噪声放大器的增益仅12dB，难以对后端噪声形成有效压制，因此在下变频之前再次插入一级低噪声放大器降低系统总体的噪声系数。链路预算如表1所示，系统增益为61dB(调平数控衰减设置为-5dB)，噪声系数为4.31dB，链路输出1dB压缩点为14.66dBm。

表1 Ka波段的链路预算

K(18～26.5GHz)波段下变频电路中，信号首先由低噪声放大器进行放大，然后经过单刀双掷射频开关分为两段，分段进行18～21GHz和21～26.5GHz滤波，两路下变频的本振分别选择为LO3：12～15GHz和LO4：15～20.5GHz，变频后的一中频频率为6GHz。两段对应的镜频频率分别为6～9GHz和9～14.5GHz，前端的镜频抑制滤波器可对镜频频率抑制60～80dBc，满足设计要求。由于K频段频率较高，下变频器变频损耗较大，且前端低噪声放大器的增益仅14dB，难以对后端噪声形成有效压制，因此在下变频之前再次插入一级低噪声放大器降低系统总体的噪声系数。链路预算如表2所示，系统增益为61.5dB(调平数控衰减设置为-10dB)，噪声系数为3.14dB，链路输出1dB压缩点为14.66dBm。

表2 K波段的链路预算

X和Ku(8～18GHz)波段下变频电路中，信号首先由低噪声放大器进行放大，然后经过单刀双掷射频开关分为两段，分段进行8～13GHz和13～18GHz滤波，两路下变频的本振分别选择为LO5：14～19GHz和LO6：19～24GHz(高本振)，变频后的一中频频率为6GHz。两段对应的镜频频率分别为20～25GHz和25～30GHz，前端的镜频抑制滤波器可对镜频频率抑制60～80dBc，同时由于低噪声放大器自身的高频处的增益降低，因此镜频抑制满足设计要求。由于X和Ku频段频率较高，下变频器变频损耗较大，且前端低噪声放大器的增益仅18dB，难以对后端噪声形成有效压制，因此在下变频之前再次插入一级低噪声放大器降低系统总体的噪声系数。链路预算如表3所示，系统增益为61dB(调平数控衰减设置为-19dB)，噪声系数为2.30dB，链路输出1dB压缩点为14.65dBm。

Component Name	Gain(dB)	NF(dB)	P1dB(dBm)	Gain(dB)	NF(dB)	P1dB(dBm)
							LNA	18	2	13	18.00	2.00	13.00
SPDT	-2	2	26	16.00	2.03	10.86
							Filter	-1	1	40	15.00	2.04	9.86
LNA	18	2	13	33.00	2.09	12.86
							MIXER	-9	9	8	24.00	2.10	2.44
SP8T	-2	2	20	22.00	2.11	0.40
							1-IF Filter	-1	1	40	21.00	2.11	-0.60
AMP	20	3	30	41.00	2.13	19.03
							ATT	-19	19	30	22.00	2.15	0.03
1-IF Filter	-1	1	40	21.00	2.15	-0.97
							MIXER	-6	6	8	15.00	2.22	-7.11
AMP	25	3	30	40.00	2.30	17.63
							2-IF Filter	-3	3	28	37.00	2.30	14.44
MIXER	0	6	5	37.00	2.30	4.53
							AMP	25	3	30	62.00	2.30	26.75
IF Filter	-1	1	15	61.00	2.30	14.65

表3 X和Ku波段的链路预算

L、S和C频段(1～8GHz)波段下变频电路中，信号首先由低噪声放大器131进行放大，然后经过单刀双掷射频开关132分为两段，分段进行1～4GHz和4～8GHz滤波。变频电路首先采用上变频将两路射频频率搬移到14GHz和22GHz，第一段本振频率范围为LO5：15～19GHz，1～4GHz射频与之上混频后取下边带，即14GHz；第二段本振频率范围为LO5：14～18GHz，4～8GHz射频与之上混频后取上边带，即22GHz。由于1～8GHz频段较低，前端低噪声放大器可以提供足够低和噪声系数和足够高的增益，足以压制后端噪声，因此混频前无需再增加一级低噪声放大器。高中频14GHz和22GHz分别经过LO7：8GHz和LO8：16GHz固定本振下变频即可获得6GHz的一中频。第一段(1～4GHz)对应的镜频频率为29～33GHz，第二段镜频频率为34～40GHz，前端的镜频抑制滤波器可对镜频频率抑制60～80dBc，同时由于低噪声放大器自身的高频处的增益降低，因此镜频抑制满足设计要求。第二级变频14GHz对应的镜频频率为2GHz，22GHz对应的镜频频率为10GHz，由于高中频为点频，采用足够窄的低阶腔体滤波器即可以实现对镜频的有效抑制。两段对应的镜频频率分别为20～25GHz和25～30GHz，前端的镜频抑制滤波器可对镜频频率抑制60～80dBc，同时由于低噪声放大器自身的高频处的增益降低，因此镜频抑制满足设计要求。由于X和Ku频段频率较高，下变频器变频损耗较大，且前端低噪声放大器的增益仅18dB，难以对后端噪声形成有效压制，因此在下变频之前再次插入一级低噪声放大器降低系统总体的噪声系数。链路预算如表4所示，系统增益为61.5dB(调平数控衰减设置为-7dB)，噪声系数为2.71dB，链路输出1dB压缩点为14.66dBm。

表4 LSC波段的链路预算

根据图4至图6，可以看出，本实用新型的卫星信标接收机的增益稳定在61dB附近，噪声系数位于2～4.5dB，输出1dB压缩点稳定在15dBm附近。

另外，本实用新型的卫星信标接收机的控制接口采用串口输入，供电电压为9-18V，由电源管理模块实现个功能电路的电压转换，为保障供电的效率，选择具备高效和大电流的DCDC稳压电路，以及具备高的共模抑制比的LDO线性稳压器。为降低模块内电磁干扰，电源采用分模块供电，即射频电路和数字处理组件分别供电模式。

此外，还设置温度监控电路，具有温度监测功能，能够实时反馈当前工作温度，并对各个温度进行增益温度校准，以达到较高的温度稳定性。模块功能检测电路同时还可监视各电源、频率源以及数字电路的工作状态，方便用户把握系统当前状态。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中实用新型的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种卫星信标接收机，其特征在于，包括：级联的一级变频电路和中频变频电路；

所述一级变频电路包括多个输入端口、多个频率通道、第一射频开关及第一中频输出端口；

所述多个输入端口用于对应接入多个频段的卫星信标信号；

所述多个频率通道与所述多个输入端口一一对应连接，以供对应频段的信号传输；

所述第一射频开关位于频率通道末端与第一中频输出端口之间且可切换地实现第一中频输出端口与所述多个频率通道中的任一通道连通；

所述中频变频电路与第一中频输出端口连接，将一级变频电路输出的中频信号再次下变频为预定频段信号。

2.根据权利要求1所述的卫星信标接收机，其特征在于，所述中频变频电路包括三个频段依次减小的中频滤波器、两个下变频器和两个放大器，每两个中频滤波器之间设有一个所述下变频器和放大器，所述放大器连接于下变频器输出端与中频滤波器输入端之间。

3.根据权利要求2所述的卫星信标接收机，其特征在于，每个频率通道均设置两路子频段通道，并且设置一分二的第二射频开关，用于可切换地实现信标信号在对应频率的子频段通道内传输。

4.根据权利要求3所述的卫星信标接收机，其特征在于，每路所述子频段通道均设有下变频器、镜像抑制滤波器及放大器，其中：

对应于Ka波段、K波段、Ku波段、X波段的各个子频段通道中，镜像抑制滤波器的输入端连接于第二射频开关，输出端连接于放大器的输入端，放大器的输出端连接于下变频器，所述下变频器的输出端连接于第一射频开关；

对应于L波段、S波段、C波段的各个子频段通道中，下变频器及镜像抑制滤波器各设有两个，其中频段较高的镜像抑制滤波器与第二射频开关和一个下变频器连接，频段较低的镜像滤波器为高中频滤波器，连接于两个下变频器之间，并且后一个下变频器的输出端连接到第一射频开关。

5.根据权利要求4所述的卫星信标接收机，其特征在于，还包括用于产生本振信号的频率综合器电路，所述频率综合器电路具有多个本振信号输出口，并且所述多个本振信号输出口与各下变频器对应连接。

6.根据权利要求5所述的卫星信标接收机，其特征在于，所述频率综合器电路包括一分多功分器、一分多功分器的输出端一一对应连接的多个放大器、多个放大器一一对应连接的多个锁相环电路、与锁相环电路输出端连接的多个滤波器、多个放大器及多个二倍频器，用于在多个本振信号输出口之间形成频段连续的多路本振信号。

7.根据权利要求6所述的卫星信标接收机，其特征在于，所述锁相环电路为锁相环芯片，每个芯片可独立产生两路本振信号。

8.根据权利要求3所述的卫星信标接收机，其特征在于，还包括设于输入端口与第二射频开关之间的前端放大器，其为低噪声放大器。

9.根据权利要求3所述的卫星信标接收机，其特征在于，还包括设于第一射频开关与第一中频输出端口之间的频带调平数控衰减器。

10.根据权利要求1所述的卫星信标接收机，其特征在于，还包括电源管理模块，所述电源管理模块包括射频电路和数字处理组件，用于分模拟模块和数字模块分模块供电。

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