[發(fā)明專利]一種星用Ka頻段基于單脈沖0/π調(diào)制的接收通道

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410174760.4
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103973624B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王冬冬;劉德喜;何彩分;于洋;王莉莉;沈鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京遙測技術(shù)研究所;航天長征火箭技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04L27/227
• 分類號: H04L27/227;H01P5/107
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種星用Ka頻段基于單脈沖0/π調(diào)制的接收通道，具有低噪聲系數(shù)、高載波抑制、體積小巧、可靠性高、復(fù)雜空間環(huán)境適應(yīng)性等特點，可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星自跟蹤系統(tǒng)中。

背景技術(shù)

單通道單脈沖調(diào)制體制在航天遙測遙控、目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域有重要地位，并在衛(wèi)星遙感、氣象、中繼傳輸?shù)冉邮障到y(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，具有節(jié)省通道、設(shè)備簡單、可靠性高、跟蹤精度高等優(yōu)點。傳統(tǒng)的雙通道體制存在的不足為當(dāng)兩個通道間的相對增益、相對相位發(fā)生變化時，接收機系統(tǒng)都需要重新調(diào)整增益和相位，可維修性不強，同時還存在體積大、功耗大等缺點。單通道在雙通道的體制上，進一步簡化系統(tǒng)，接收天線傳來的角誤差信號，對差信號調(diào)制后與和信號合并，形成單通道單脈沖體制，在保持了單脈沖跟蹤實時性和快速性的優(yōu)點同時，由于進行了通道合并，不存在和、差通道合并后的相位和增益不一致問題，大大提高了設(shè)備的可靠性、使用性和維護性，并有效降低成本。

在進行單通道變換時，會引起噪聲的增加和信號的衰弱，從而導(dǎo)致解調(diào)的誤差信號信噪比會變差，在一定程度上對跟蹤精度有影響，因此具有低噪聲系數(shù)和高載波抑制特性對單通道單脈沖調(diào)制體制至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明實現(xiàn)一種星用Ka頻段基于單脈沖 0/π調(diào)制的接收通道，是單通道體制，具有低噪聲系數(shù)和高載波抑制、體積小巧、可靠性高、復(fù)雜空間環(huán)境適應(yīng)性特點，在衛(wèi)星自跟蹤系統(tǒng)中長時間可靠工作。

本發(fā)明技術(shù)方案是：一種星用Ka頻段基于單脈沖0/π調(diào)制的接收通道，由低噪聲放大器(簡稱低噪放)、波導(dǎo)濾波器、0/π調(diào)制器，合路諧波混頻器組成；和信號先經(jīng)低噪聲放大器放大后，由濾波器實現(xiàn)帶外信號雜波抑制，進入合路諧波混頻器的一個輸入端；差信號依次經(jīng)低噪聲放大器放大、濾波器帶外信號雜波抑制后，由0/π調(diào)制器進行0/π相位調(diào)制后，進入合路諧波混頻器的另一輸入端；和信號與差信號在合路諧波混頻器內(nèi)部先進行信號相加合并成一路，再下變頻至中頻輸出，實現(xiàn)單通道傳輸；

0/π調(diào)制器由一對單刀雙擲開關(guān)、0態(tài)傳輸線、π態(tài)傳輸線組成。兩個傳輸線電長度相差180度，首先占空比為50％的一定頻率(如4KHz)方波信號同時施加到一對單刀雙擲開關(guān)上，在方波信號高電平期間，差信號先經(jīng)第一個單刀雙擲開關(guān)切換，切至0態(tài)傳輸線，經(jīng)第二個單刀雙擲開關(guān)切換后輸出0態(tài)相位差信號；在方波信號低電平期間，差信號經(jīng)第一個單刀雙擲開關(guān)切換，切至π態(tài)傳輸線，經(jīng)第二個單刀雙擲開關(guān)切換后輸出π態(tài)相位差信號。0態(tài)和π態(tài)切換交替進行，實現(xiàn)將差信號調(diào)制到信標(biāo)頻率f₀±4KHz上。

低噪聲放大器(簡稱低噪放)中的低噪放芯片、0/π調(diào)制器中的開關(guān)芯片，合路諧波混頻器中的混頻器芯片，選用輻照不敏感芯片(砷化鎵芯片)，同時低噪聲放大器、0/π調(diào)制器和合路諧波混頻器的殼體材料選用純Al材并加厚蓋板，厚度大于等于2.5mm，可大大提升產(chǎn)品的抗輻照能力，抗輻照總劑量遠(yuǎn)超出30K rad(Si)的要求。

低噪聲放大器、0/π調(diào)制器，合路諧波混頻器均為氣密設(shè)計，內(nèi)部填充N₂，采用氣密波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和激光封焊技術(shù)，保護內(nèi)部芯片電路，在軌使用壽命可長達5年以上。

氣密波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，采用微帶平面與波導(dǎo)E面平行的設(shè)計方法，微帶與波導(dǎo)E面間采用同軸探針連接，同軸探針選用射頻玻璃絕緣子，絕緣子一側(cè)插入矩形波導(dǎo)腔寬邊中心位置，實現(xiàn)波導(dǎo)與探針耦合，另一側(cè)接線寬為0.76mm的標(biāo)準(zhǔn)50Ω微帶線，經(jīng)錫料焊接同軸探針外導(dǎo)體與殼體實現(xiàn)固定，完成氣密波導(dǎo)-微帶的轉(zhuǎn)換過渡。

本發(fā)明的原理是：通道結(jié)構(gòu)中的低噪聲放大器在最前端，在接收到天線波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)送來的和差信號，如頻率為23GHz，直接進行低噪聲放大。在多級線性系統(tǒng)級聯(lián)后，系統(tǒng)的前級增益較大，后級的噪聲系數(shù)對總噪聲系數(shù)的影響可以忽略不計，設(shè)計低噪聲放大器增益25dB，噪聲系數(shù)僅為2.4dB，可有效降低通道的噪聲系數(shù)。

差通道中的0/π調(diào)制器，接收一定頻率(如4KHz)的方波信號，占空比50％，可實現(xiàn)將差信號調(diào)制到信標(biāo)頻率f₀±4KHz上。由于調(diào)制后的差信號是抑制載波的，被分離到不同頻率上，經(jīng)合路器可與和信號合成一路射頻信號后實現(xiàn)單通道傳輸解調(diào)。其中，載波抑制指標(biāo)與0/π調(diào)制器的調(diào)制相差精度密切相關(guān)，精度越高，載波抑制越高，采用準(zhǔn)確設(shè)計微帶線長度，可實現(xiàn)兩路相差精度在2°以內(nèi)，具體0/π調(diào)制器的設(shè)計原理如圖3所示。

通道中最后一級為合路諧波混頻器，采用微帶線形式合路器與諧波混頻器芯片集成設(shè)計，合路后由諧波混頻器進行下變頻。