一种应用于卫星通信导航的Ku波段上变频模块的制作方法

本实用新型属于卫星通信技术领域，具体地说，尤其涉及一种应用于卫星通信导航的Ku波段上变频模块。

背景技术：

全球卫星通信导航系统在日常生活、国民经济发展等方面发挥着至关重要的作用，Ku波段变频器作为卫星通信导航前端的关键器件，主要完成卫星通信导航的中频信号到所需的射频Ku频段信号的频率变换，提供合适的增益并实现链路增益的调整，其性能的优劣直接影响到整个卫通通信导航系统的性能。受限于微波器件及封装技术的发展，国内在Ku波段上变频的研究上处于较为落后的状态,输出相噪、杂散以及体积等关键指标都有待进一步提高，也间接影响了我国卫星通信前端产品的设计开发，造成目前我国很多卫星通信系统对国外产品的严重依赖。

通常上变频只涉及频谱的搬移，对所携带的信号一般不进行处理。为避免在频谱搬移过程中对信号本身的影响，产品对相位噪声、增益平坦度、杂散抑制、信号交调以及频率稳定度等关键技术指标都有严格的要求。同时，由于混频器本身的非线性效应，在频谱搬移过程将产生大量的交调分量。如果交调分量落入信号带宽内，将对信号产生严重的失真。现有的卫星通信Ku上变频模块产品体积大、相噪与杂散低，信号交调严重，工作不稳定，为解决这些技术缺点，合理地选择变频方案是上变频模块设计中的关键环节。

技术实现要素：

为解决以上问题，本实用新型提供了一种应用于卫星通信导航的Ku波段上变频模块，用于合理有效的抑制交调信号，提高工作稳定性。

根据本实用新型的一个实施例，提供了一种应用于卫星通信导航的Ku波段上变频模块，包括：

信号分离单元，用于从基带信号中分离出L波段信号和参考信号；

第一预处理单元，与所述信号分离单元连接，用于将L波段信号预处理为中频信号后输出；

第二预处理单元，与所述信号分离单元连接，用于将参考信号预处理为本振信号后输出；

混频单元，分别与所述第一预处理单元和所述第二预处理单元连接，用于将所述第一预处理单元输出的中频信号和所述第二预处理单元输出的本振信号混频处理为Ku波段信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一预处理单元包括与所述信号分离单元连接的第一带通滤波器、与所述第一带通滤波器连接的第一可调电平衰减器、与所述第一可调电平衰减器连接的第一低噪声放大器、与所述第一低噪声放大器连接的第二可调电平衰减器、与所述第二可调电平衰减器连接的宽带放大器、分别与所述宽带放大器和所述混频单元连接的第二带通滤波器。

根据本实用新型的一个实施例，在所述第二带通滤波器和所述第二可调电平衰减器之间设置一个或多个宽带放大器。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二预处理单元包括与所述信号分离单元连接的晶振滤波处理电路、与所述晶振滤波处理电路连接的倍频器、与所述倍频器连接的锁相电路、与所述锁相电路连接的锁相环电路以及分别与所述锁相环电路和所述混频单元连接的本振放大器。

根据本实用新型的一个实施例，所述晶振滤波处理电路采用恒温控制电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述上变频模块还设置有与所述混频单元连接的混频信号处理单元，用于对混频信号进行处理。

根据本实用新型的一个实施例，所述混频信号处理单元包括与所述混频单元连接的第一Ku频段带通滤波器以及与所述第一Ku频段带通滤波器连接的Ku频段宽带放大器。

根据本实用新型的一个实施例，所述信号分离单元包括与所述第一预处理单元连接的第三带通滤波器和与所述第二预处理单元连接的第四带通滤波器，其中，所述第三带通滤波器用于从基带信号中分离出L波段信号，所述第四带通滤波器用于从基带信号中分离出参考信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一预处理单元与所述信号分离单元中的第三带通滤波器连接，用于选择基带信号中的L波段信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二预处理单元与所述信号分离单元中的第四带通滤波器连接，用于选择基带信号中的参考信号。

本实用新型的有益效果：

通过良好的阻抗匹配电路设计，高效的散热技术与每级每通道隔离、滤波、腔体屏蔽等设计处理措施，使得本实用新型很好的解决了Ku上变频模块因体积大、相位噪声和杂散抑制度低、增益平坦度不好、信号交调严重以及频率稳定度差等方面的技术缺陷，可替代国外产品，在部分指标、体积重量和环境适应性方面比国外产品有优势，并且具有操作简易、重量体积小、工作稳定可靠等优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本实用新型的一个实施例的Ku波段上变频模块结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的Ku波段上变频模块工作原理框图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的Ku波段上变频模块指标分配示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

如图1所示为根据本实用新型的一个实施例的一种应用于卫星通信导航的Ku波段上变频模块结构示意图，图2所示为根据本实用新型的一个实施例的Ku波段上变频模块工作原理框图，以下参考图1和图2来对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，该Ku波段上变频模块包括信号分离单元1、第一预处理单元21、第二预处理单元22和混频单元3。其中，信号分离单元1用于从基带信号中分离出L波段信号和参考信号；第一预处理单元21与信号分离单元1连接，用于将L波段信号预处理为中频信号后输出；第二预处理单元22与信号分离单元1连接，用于将参考信号预处理为本振信号后输出；混频单元3分别与第一预处理单元21和第二预处理单元22连接，用于将第一预处理单元21输出的中频信号和第二预处理单元22输出的本振信号采用低本振方式混频处理为Ku波段信号。

上变频模块电路主要是将来自基带单元的L波段信号上变频到Ku波段频率输出。在本实用新型中，以10.0MHz参考信号为例进行说明。上变频模块电路的具体工作原理是：首先将来自基带的混合的L波段信号和10.0MHz参考信号分离出来，然后经第一预处理单元处理后的L波段信号和经第二预处理单元处理后的10.0MHz参考信号再经混频单元采用低本振方式进行混频处理，从而上变频为14000MHz～14500MHz的Ku频段信号。

在本实用新型中，混频时内部本振采用本振信号fLo加中频信号fIF的低本振方式得到射频信号，可以减少杂散的影响。具体的，输出频率如果是从低到高输出，则要求前级中频单元输入到Ku模块的频率需也从低到高的方式输入(即13.05GHz+0.95GHz＝14.0GHz，13.05GHz+1.45GHz＝14.5GHz)。其中，10MHz参考信号经过倍频处理产生50MHz的信号，该信号再作为信道本振的参考得到13.050GHz的本振信号

在本实用新型的一个实施例中，该信号分离单元1包括与第一预处理单元21连接的第三带通滤波器(高通滤波器H)和与第二预处理单元连接的第四带通滤波器(低通滤波器L)，其中，高通滤波器H用于从基带信号中分离出高频率(0.95GHz-1.45GHz)的L波段信号，低通滤波器L用于从基带信号中分离出低频率的10MHz参考信号，并可以抑制镜像效应，如图2所示。

在本实用新型的一个实施例中，该第一预处理单元21包括与信号分离单元1连接的第一带通滤波器BPF1、与第一带通滤波器BPF1连接的第一可调电平衰减器WA1、与第一可调电平衰减器WA1连接的第一低噪声放大器LNA、与第一低噪放大器LNA连接的第二可调电平衰减器WA2、与第二可调电平衰减器WA2连接的宽带放大器LPA、分别与宽带放大器LPA和混频单元连接的第二带通滤波器BPF2。具体的，该第一预处理单元21与信号分离单元1中的高通滤波器H连接，用于处理高通滤波器H输出的L波段信号。在频率上最近的大谐波源于本振向射频端口泄漏的信号，与中频的2次谐波信号与本振混频后所得的信号，均与射频输出信号相近，可以通过第二带通滤波器BPF2进行谐杂波抑制。为降低混频产生的杂散等信号，可以通过降低混频器的输入电平值来实现。通过合理地分配链路上每级的增益，可以保证设计的指标满足要求。控制处理器M&C用于控制第一可调电平衰减器WA1和第二可调电平衰减器WA2电平信号。

在本实用新型的一个实施例中，该第二预处理单元22包括与信号分离单元1连接的晶振滤波处理电路CO、与晶振滤波处理电路CO连接的倍频器X5、与倍频器X5连接的锁相电路PL以及分别与锁相电路PL和混频单元连接的锁相环电路PLL。具体的，第二预处理单元21与信号分离器单元1的低通滤波器L连接，用于处理低通滤波器L输出的10MHz参考信号。其中，晶振滤波处理电路包括第五带通滤波器BPF5，并且采用高稳定高相噪的恒温桥设计，用于输出10MHz本振参考源和同步时钟信号，从10MHz信号经过倍频器X5产生50MHz的信号，并经锁相电路PL锁相后再作为信道本振的参考经锁相环电路PLL得到13.050GHz的本振信号，该本振信号经本振放大器PA放大后进入混频单元3。锁相环电路PLL由M&C转换器。在本实用新型中，锁相环电路采用小数分频PLL锁相频率合成技术，结合倍频、混频等现代频率合成技术，实现信号的杂散抑制处理，实现产品的稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，在混频单元3之后还设有混频信号处理单元4，用于对混频信号进行处理。该混频信号处理单元包括与混频单元3连接的第六带通滤波器BPF6(第一Ku频段带通滤波器)以及与第六带通滤波器BPF6连接的调制脉冲放大器MPA(Ku频段宽带放大器)，其中，第六带通滤波器BPF6用于将指定带宽范围内的信号通过，调制脉冲放大器MPA用于将第六带通滤波器BPF6输出的带通信号调制放大形成Ku频段射频信号输出。从电源转换过来的+12V电源和+5V电源，为低噪放以及其它功能器件供电。

在本实用新型中，本振信号先经过本振放大器放大后，接入混频器的本振端口，中频信号放大后，接入混频器的中频端口。经混频器混频后，在射频端口输出。

在保证设计的指标满足要求时，可以通过合理地分配链路上每级的增益，实现产品技术指标各项要求。例如产品技术指标包括：

(1)Ku波段工作频率：14.0GHz～14.5GHz；

(2)L波段中频输入频率：950.0MHz～1450.0MHz；

(3)中频输入功率：-15dBm±1dBm；

(4)输出电平：7±1dBm；

(5)增益：≥20.0dB；

(6)增益平坦度：≤±0.5dB＠36MHz带宽，≤±2dB＠-40～+50℃；

(7)相位噪声：≤-80dBc@1KHz，≤-90dBc@10KHz；

(8)杂散输出：≤-60dBc；

(9)三阶交调:≤30dBc；

(10)频率稳定度：1X10-7/d；

(11)供电：供电+12V，范围为9VDC～18VDC；

(12)工作温度：-40℃～+55℃。

选取低本振方式。Ku波段上变频模块对本振驱动功率的要求大于13dBm，锁相本振源输入功率为0dBm，所以需要用放大器将本振信号放大15dB左右。考虑到滤波器插损，最后Ku波段上变频器本振端口得到的功率约为13dBm。

Ku波段上变频器技术指标分配如下图3所示，根据指标设计要求，对上频器的增益和电平进行估算分析，以验证整个上变频器设计的性能指标。

1)上变频器增益计算

公式计算出的总增益为：

G＝21+(-2)+(-9)+(-3)+25+(-3)＝29dB

从计算结果看到系统增益为29dB，满足指标要求。

2)Ku波段上变频器的电平参数估算

如图3所示，根据链路上各器件的增益、电平大小进行了计算，具体如下：

Pout＝(-20)+21+(-2)+(-9)+(-3)+25+(-3)＝9.0dBm＞7.0dBm。从计算结果看到输出功率电平为9.0dB，大于设计指标7.0dBm，满足指标要求。

从提出的技术指标，通过详细的计算和分析，最终形成了Ku波段上变频模块的设计方案。

通过良好的阻抗匹配电路设计，高效的散热技术与每级每通道隔离、滤波、腔体屏蔽等设计处理措施，使得本实用新型很好的解决了Ku上变频模块因体积大、相位噪声和杂散抑制度低、增益平坦度不好、信号交调严重以及频率稳定度差等方面的技术缺陷，可替代国外产品，在部分指标、体积重量和环境适应性方面比国外产品有优势，并且具有操作简易、重量体积小、工作稳定可靠等优点。

虽然本实用新型所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。