一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机的制作方法

1.本发明涉及星用测控通信接收机技术领域，特别涉及一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机。


背景技术：

2.在应用卫星、火星探测、嫦娥探月等航天工程中，航天器测控通信系统承担着航天器的遥测、遥控、跟踪、测距、测速等通信功能。测控通信任务，通常是指航天器与地面站，或者航天器与航天器之间完成遥控、遥测数据的接收发射。装备在航天器上的星载测控设备，由接收机与发射机组成，共同完成上述通信任务。
3.目前常规的星载测控通信设备，由于设计技术的限制，往往只能工作在一个工作频点上，使得一旦该工作频点出现干扰时，将严重影响航天器的通信任务。此外，随着航天器数量的增多，往往出现“一对多”即一个航天器对多个航天器或者“多对多”通信场景，现有星载测控通信设备上采用固定本振信号的设计方式难以满足。
4.以火星、月球为代表的深空探测工程，对航天测控通信要求更趋智能化。多频点接收、高灵敏度、抗干扰的星载测控接收机是本领域需要解决的重要问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，用于解决在应用卫星、深空探测中星载测控接收机无法在uhf频段上实现多组工作频点，接收灵敏度不高、抗干扰性能差的问题。
6.为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，包括第一低噪声放大器、第一滤波器、第二低噪声放大器、第二滤波器、可变本振模块、混频器、第三滤波器、第一自动增益放大器、第四滤波器、第二自动增益放大器、衰减器、中频放大器和第五滤波器，其中：
8.所述第一低噪声放大器，输入端连接接收天线，输出端连接所述第一滤波器，用于将接收信号进行第一级放大；
9.所述第一滤波器，输入端连接所述第一低噪声放大器，输出端连接所述第二低噪声放大器，用于将第一级放大后的信号进行滤波从而抑制镜频噪声和带外干扰信号；
10.所述第二低噪声放大器，输入端连接所述第一滤波器，输出端连接所述第二滤波器，用于将接收信号进行第二级放大；
11.所述第二滤波器，输入端连接所述第二低噪声放大器，输出端连接所述混频器，用于将第二级放大后的接收信号进行第二次滤波从而实现对镜频噪声和带外干扰信号的更高抑制度；
12.所述混频器，第一输入端连接所述第二滤波器，第二输入端连接所述可变本振模块，输出端连接所述第三滤波器，用于产生固定频率的中频信号；
13.所述第三滤波器，输入端连接所述混频器，输出端连接所述第一自动增益放大器，
用于将混频后的中频信号进行滤波处理；
14.所述第四滤波器，输入端连接所述第一自动增益放大器，输出端连接所述第二自动增益放大器，用于将第一级自动增益放大后的信号进行滤波；
15.所述衰减器，输入端连接所述第二自动增益放大器，输出端连接所述中频放大器，用于将放大后的中频信号进行小范围的衰减从而使得与中频放大器更好的射频匹配；
16.所述中频放大器，输入端连接所述衰减器，输出端连接所述第五滤波器，用于将中频信号进行最后一级放大从而达到后级中频数字采样模块对中频信号功率的要求；
17.所述第五滤波器，输入端连接所述中频放大器，输出端连接至接收机输出端口，用于将最终放大输出的中频信号进行滤波从而滤除杂散信号和干扰信号以此保证后级中频数字采样模块的稳定工作要求。
18.进一步的，还包括可变本振模块，所述可变本振模块输入端连接外部输入的数字本振信号和数字时钟信号，输出端连接所述混频器，用于产生多组工作频点的本振信号。
19.进一步的，所述可变本振模块包括高速数模转换器、滤波器和10倍频器，其中：
20.所述高速数模转换器，接收数字本振信号和数字时钟信号，工作时钟为160mhz，输出的模拟本振基准信号频率范围为32～34mhz，信号功率范围为
‑
6～
‑
10dbm；
21.所述滤波器，将模拟本振基准信号进行滤波，中心频点为33mhz，1db带宽为1mhz；
22.所述10倍频器，实现对模拟本振基准信号的10倍频，产生可变本振信号。
23.优选的，所述第一低噪声放大器，放大增益大于23db，噪声系数小于0.6db。
24.进一步的，还包括第一自动增益放大器，输入端连接所述第三滤波器，输出端连接所述第四滤波器，用于将中频信号进行两级自动增益放大的第一级放大；所述第一自动增益放大器的可变增益范围为35db。
25.进一步的，还包括第二自动增益放大器，输入端连接所述第四滤波器，输出端连接所述衰减器，用于将中频信号进行两级自动增益放大的第二级放大；所述第二自动增益放大器的可变增益范围为30db。
26.进一步的，所述混频器通过与频率范围为320～340mhz的可变本振信号混频，产生固定频率的中频信号，固定频率的中频信号频率为70mhz。
27.优选的，所述第三滤波器选用声表滤波器，中心频点为70mhz，1db带宽为8.5mhz，本体大小为5mmx5mm。
28.优选的，所述衰减器的衰减量为1～3db。
29.优选的，所述中频放大器增益为25db。
30.本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
31.1、本发明提供的一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，可在不增加体积、重量、功耗的情况下，同时无需更改硬件方案，实现390～410mhz频率范围的任一工作频点上高灵敏度接收。
32.2、本发明提供的一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，实现接收机带宽由宽带变为窄带，使滤波器带宽可以设置更窄，实现更强的抗带外干扰能力，更高的接收机灵敏度。
33.3、本发明提供的一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，以小型化、轻量化的
设计，设计低噪声放大电路和自动增益放大电路，设计方案新颖，通用性强，可广泛应用于微弱信号接收、对重量功耗要求苛刻的火星、月球等深空探测工程中。
34.4、常规多频点接收机，往往需要多路本振电路，同时增加本振信号切换电路，工作模式复杂，同时带来了额外的体积、重量和功耗开销。本发明解决了宇航多频点接收机难题，达到小型化、多频点、高灵敏度接收要求，特别适用于通信任务复杂，对重量功耗要求苛刻的如火星、月球等深空探测工程中。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
36.图1为本发明一种星用多频点高灵敏度测控接收机的结构框图；
37.图2为本发明一种星用多频点高灵敏度测控接收机的可变本振模块器内部等效框图。
38.【主要符号说明】
[0039]1‑
第一低噪声放大器；
[0040]2‑
第一滤波器；
[0041]3‑
第二低噪声放大器；
[0042]4‑
第二滤波器；
[0043]5‑
可变本振模块；
[0044]6‑
混频器；
[0045]7‑
第三滤波器；
[0046]8‑
第一自动增益放大器；
[0047]9‑
第四滤波器；
[0048]
10
‑
第二自动增益放大器；
[0049]
11
‑
衰减器；
[0050]
12
‑
中频放大器；
[0051]
13
‑
第五滤波器。
具体实施方式
[0052]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0053]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0054]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0055]
如图1
‑
2所示，本实施例公开了一种可变频点的星用高灵敏度测控接收机，包括第一低噪声放大器1、第一滤波器2、第二低噪声放大器3、第二滤波器4、可变本振模块5、混频器6、第三滤波器7、第一自动增益放大器8、第四滤波器9、第二自动增益放大器10、衰减器11、中频放大器12和第五滤波器13，各组成单元的连接关系如附图1所示，各模块的功能如下：
[0056]
所述第一低噪声放大器1，输入端连接接收天线，输出端连接所述第一滤波器2，用于将接收信号进行第一级放大；本实施例中，接收机的工作频点为uhf频段390mhz～410mhz范围内的四组频点之一，接收机的有用信号功率范围为
‑
40～
‑
140dbm，信号带宽为8.5mhz，带内噪声功率为
‑
105dbm。所选低噪声放大器的噪声系数越低，越能保证接收机的高灵敏度。优选的，所述第一低噪声放大器1，放大增益大于23db，噪声系数小于0.6db。
[0057]
所述第一滤波器2，输入端连接所述第一低噪声放大器1，输出端连接所述第二低噪声放大器3，用于将第一级放大后的信号进行滤波从而抑制镜频噪声和带外干扰信号；所述第一滤波器2选用的是小型化、高性能的声表滤波器，所述声表滤波器的1db带宽大于20mhz，镜频抑制度大于32db，本体大小为5mm x5mm。
[0058]
所述第二低噪声放大器3，输入端连接所述第一滤波器2，输出端连接所述第二滤波器4，用于将接收信号进行第二级放大。本实施例中，所述第一低噪声放大器1、第二低噪声放大器3两个器件选型相同，参数相同。
[0059]
所述第二滤波器4，输入端连接所述第二低噪声放大器3，输出端连接所述混频器6，用于将第二级放大后的接收信号进行第二次滤波从而实现对镜频噪声和带外干扰信号的更高抑制度。本实施例中，第一滤波器2、第二滤波器4两个器件选型相同，参数相同，均选用小型化、高性能的声表滤波器。
[0060]
所述可变本振模块5，输入端连接外部输入的数字本振信号和数字时钟信号，输出端连接所述混频器6，用于产生多组工作频点的本振信号。本实施例中，可变本振模块5内部框图如附图2所示，所述可变本振模块5包括高速数模转换器、滤波器和10倍频器，表征多组工作频点的数字本振信号，与数字时钟信号一同输入高速数模转换器，产生模拟本振基准信号。模拟本振基准信号经过滤波器对杂散信号进行抑制和滤除，输入至10倍频器，最终产生可变本振信号输出至混频器6。具体的，所述高速数模转换器，接收数字本振信号和数字时钟信号，工作时钟为160mhz，输出的模拟本振基准信号频率范围为32～34mhz，信号功率范围为
‑
6～
‑
10dbm；所述滤波器，将模拟本振基准信号进行滤波，中心频点为33mhz，1db带宽为1mhz；所述10倍频器，实现对模拟本振基准信号的10倍频，产生可变本振信号。可变本振信号为频率范围在320～340mhz的某一个频点信号。
[0061]
所述混频器6，第一输入端连接所述第二滤波器4，第二输入端连接所述可变本振模块5，输出端连接所述第三滤波器7，用于将频率范围为390mhz～410mhz内某一组工作频点的接收信号，通过与频率范围为320～340mhz的可变本振信号混频，产生固定频率的中频
信号。固定频率的中频信号频率为70mhz。
[0062]
所述第三滤波器7，输入端连接所述混频器6，输出端连接所述第一自动增益放大器8，用于将混频后的中频信号在70mhz中频频率上进行滤波处理；优选的，所述第三滤波器7选用的是小型化、高性能的声表滤波器，中心频点为70mhz，1db带宽为8.5mhz，本体大小为5mmx5mm。
[0063]
所述第一自动增益放大器8，输入端连接所述第三滤波器7，输出端连接所述第四滤波器9，用于将中频信号进行两级自动增益放大的第一级放大。由于输入的中频信号功率变化范围为65db，超过了常规单个自动增益放大器最大增益为50db的上限，因此设计两级自动增益放大。所述第一自动增益放大器8的可变增益范围为35db。
[0064]
所述第四滤波器9，输入端连接所述第一自动增益放大器8，输出端连接所述第二自动增益放大器10，用于将第一级自动增益放大后的信号进行滤波。本实施例中，第三滤波器7、第四滤波器9两个器件选型相同，参数相同，均选用小型化、高性能的声表滤波器。
[0065]
所述第二自动增益放大器10，输入端连接所述第四滤波器9，输出端连接所述衰减器11，用于将中频信号进行两级自动增益放大的第二级放大；所述第二自动增益放大器10的可变增益范围为30db，实现了中频信号功率范围为65db的自动增益控制，使其输出的中频信号功率为
‑
2dbm。
[0066]
所述衰减器11，输入端连接所述第二自动增益放大器10，输出端连接所述中频放大器12，用于将放大后的中频信号进行小范围的衰减从而使得与中频放大器12更好的射频匹配；所述衰减器11的衰减量为1～3db。
[0067]
所述中频放大器12，输入端连接所述衰减器11，输出端连接所述第五滤波器13，用于将中频信号进行最后一级放大从而达到后级中频数字采样模块对中频信号功率的要求；所述中频放大器12增益为25db。
[0068]
所述第五滤波器13，输入端连接所述中频放大器12，输出端连接至接收机输出端口，用于将最终放大输出的中频信号进行滤波从而滤除杂散信号和干扰信号以此保证后级中频数字采样模块的稳定工作要求。
[0069]
面对多频点、高灵敏度、接收功率动态范围大的航天测控通信任务，本发明首先通过可变本振模块5产生频率范围为320～340mhz的可变本振信号，与频率范围为390～410mhz的可变频点输入信号混频，产生固定频率的中频信号，使得接收机带宽从20mhz降低为8.5mhz。更窄的接收机带宽能够更好的抑制外部干扰对接收机的影响，同时设计了多个滤波器，在偏离中频频率
±
16mhz处抑制度大于100db，实现了可变频点的高灵敏度接收机；其次，设计采用两级低噪声放大器，实现了接收机前端优异的噪声系数指标，同样有利于提高接收机灵敏度。最后，设计了包括两级低噪声放大器和两级自动增益放大器在内共计5个放大器、滤波器，实现了接收信号功率大动态范围的接收处理。
[0070]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。