CN201345652Y - 一种低功耗星用Ka频段上变频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低功耗星用Ka频段上变频器，由射频链路、本振链路及二次电源组成，射频链路所输入的X频段中频输入信号依次经X频段微带隔离器一、X频段放大器、温补电调衰减器和增益步进电调衰减器后与本振链路输出的X频段点频本振信号通过二次谐波混频器进行混频后输出，二次谐波混频器所输出信号依次经微带滤波器、第一级Ka频段放大器、第二级Ka频段放大器、波导隔离器和机械滤波器后输出Ka频段射频信号，温补电调衰减器与温补衰减偏置电路相接，增益步进电调衰减器与步进衰减控制电路相接。本实用新型整机电路简单且体积小，在保持性能指标的同时，能有效降低整机功耗，达到对现有Ka频段上变频器整机方案进行优化的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及航天微波有源产品设计制造领域，尤其是涉及一种主要应用于中继用户终端和中继数传系统中、能将将X频段的调制信号上变频至星间数据传输的Ka频段的低功耗星用Ka频段上变频器。
背景技术
星用Ka频段上变频器主要功能是将输入的X频段(属于微波，频率范围为7.4～8.6GHz)信号上变频器到Ka频段(星间数据中继传输频段为25～26.5GHz)，并放大到一定电平后进行输出。目前，国内只有中国空间技术研究院西安分院空间微波技术研究所进行研制，其余单位没有相关研制记录与报道。国外从公开渠道了解有三家公司具有研制记录和成品，分别为日本NTS公司，欧洲THalesAlenia公司和Astrium公司。
Ka频段上变频器主要由射频链路、本振链路和二次电源组成。NTS公司的Ka频段上变频器中的放大器全部采用MMIC宽带放大芯片，并采用二极管或MMIC芯片基波混频方式实现变频。同时，为了实现良好的带外抑制特性，在输出端设计了一个Ka频段腔体滤波器。而本振链路采用取样锁相三环本振源产生一个较低频率的本振信号，然后通过倍频放大得到所需的高频率本振源。二次电源选用成品DC/DC转换模块，只进行外围电路设计。
THalesAlenia和Astrium公司的同类产品中放大器也是全部选用MMIC宽带放大芯片实现，并选用MMIC基波混频芯片实现变频功能。类似的，本振链路采用取样锁相混频本振源产生一个较低频率的本振信号，再通过倍频放大得到所需的高频率本振源。
无论是NTS公司还是THalesAlenia公司，或者Astrium公司都采用基波混频方式实现变频功能。这种方案的缺点就是需要高频率本振源，本振链路实现复杂。复杂的本振链路必然带来整机功耗增大，同时由于大量使用宽带MMIC放大芯片，并且级间匹配也选用的是衰减器，增加了放大器的数量，使其效率较低，也增大了整机功耗，最终产品功耗约为13W。综上，目前国外所设计的Ka频段上变频器整机电路复杂，功耗较大。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种低功耗星用Ka频段上变频器，其整机电路简单且体积小，在保持性能指标的同时，能够有效降低整机功耗，达到对现有Ka频段上变频器的整机方案进行优化的目的。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种低功耗星用Ka频段上变频器，由射频链路、本振链路以及提供二次电压和遥测信号并响应遥控指令的二次电源组成，其特征在于：所述射频链路所输入的X频段中频输入信号依次经X频段微带隔离器一、X频段放大器、温补电调衰减器和增益步进电调衰减器后与本振链路输出的X频段点频本振信号通过二次谐波混频器进行混频后输出，二次谐波混频器所输出信号依次经微带滤波器、第一级Ka频段放大器、第二级Ka频段放大器、波导隔离器和机械滤波器后输出Ka频段射频信号，所述温补电调衰减器与温补衰减偏置电路相接，所述增益步进电调衰减器与步进衰减控制电路相接。
所述本振链路包括参考信号倍频放大电路、DRO振荡电路、分别与参考信号倍频放大电路和DRO振荡电路相接的锁相环电路以及对DRO振荡电路所输出本振信号进行放大处理的本振放大器。
所述微带滤波器和第一级Ka频段放大器之间以及第一级Ka频段放大器和第二级Ka频段放大器之间均接有Ka频段微带隔离器。
所述二次谐波混频器由梁式引线二极管对管及所述梁式引线二极管对管的匹配电路组成。
所述梁式引线二极管为梁式引线二极管MA4E2039。
所述第一级Ka频段放大器和第二级Ka频段放大器均为MMIC低噪声放大器；所述X频段放大器为场效应管放大器。
所述MMIC低噪声放大器为芯片CHA2069。
所述场效应管放大器为场效应管FLK027WG。
所述射频链路的射频输入接口为SMA-K型接口且其射频输出接口为SMA-K型或SMA-K2.9型接口；本振链路的参考信号输入接口为SMA-K接口；所述二次电源与星上一次电源的接口为J36A-26ZJ接口。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：1、整机电路简单且体积小；2、功耗低，本实用新型的功耗最大值仅为6.4W，而国外同类产品的功耗约为13W，因而在保持性能指标的同时，能够有效降低整机功耗，达到对现有Ka频段上变频器整机方案进行优化的目的；3、Ka频段放大器采用的是性能稳定、可靠的宽带MMIC低噪声放大器芯片，在X频段使用成熟的场效应管放大器，通过优化设计X频段放大器的带内响应及带外特性，使整机具有良好带内响应的同时，也使得带外增益得到有效抑制，另外，为了保证最终输出射频Ka频段信号带外有效的谐杂波抑制，射频输出输出端设置有机械式滤波器；4、本振链路方案简洁，体积小、功耗小且易于实现，性能稳定可靠，其采用X频段取样锁相DRO直接实现所需的本振信号；另外，本振链路中的本振放大器选用与射频链路中X频段放大器相同的设计，因而降低了设计难度和设计风险；5、二次电源使用自研星载专用DC/DC变换器，将星上一次母线电压转换为本产品所需的各种二次电压，响应开关机指令并提供开关机状态遥测；6、整机方案简洁，易于实现；7、体积、重量及主要电性能指标与国外同类产品相当；8、级间使用微带隔离器改善驻波，实现了良好匹配，并且整个级间匹配未使用衰减器，这样的设计减少了放大器使用，降低了整机功耗；9、本振链路输出到混频器之间通过位于设备外部的电缆相连，保证了射频链路和本振链路可以分别进行独立调试和检测。综上，本实用新型将X频段的调制信号上变频至星间数据传输的Ka频段，并且选择谐波混频方式降低本振频率，简化了本振链路，同时提供一定增益和输出功率，主要应用于中继用户终端和中继数传系统，在星间中继数据传输中起着重要的作用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型射频链路和本振链路的原理框图。
附图标记说明：
1-射频链路； 2-本振链路； 4-X频段微带隔离器一；
5-X频段放大器； 6-温补电调衰减器； 7-增益步进电调衰减器；
8-二次谐波混频器； 9-微带滤波器； 10-Ka频段微带隔离器
一；
11-第一级Ka频段放 12-Ka频段微带隔离 13-第二级Ka频段放大
大器； 器二； 器；
14-波导隔离器； 15-参考信号倍频放大 16-机械滤波器；
电路；
17-锁相环电路； 18-DRO振荡电路； 19-本振放大器；
20-温补衰减偏置电 21-步进衰减控制电 22-X频段微带隔离器
路； 路； 二。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由射频链路1、本振链路2以及提供二次电压和遥测信号并响应遥控指令的二次电源组成。其中，所述射频链路1所输入的X频段中频输入信号依次经X频段微带隔离器一4、X频段放大器5、温补电调衰减器6和增益步进电调衰减器7后与本振链路2输出的X频段点频本振信号通过二次谐波混频器8进行混频后输出，二次谐波混频器8所输出信号依次经微带滤波器9、第一级Ka频段放大器11、第二级Ka频段放大器13、波导隔离器三14和机械滤波器16后输出Ka频段射频信号，所述温补电调衰减器6与温补衰减偏置电路20相接，所述增益步进电调衰减器7与步进衰减控制电路21。本实施例中，射频链路1所输入的X频段中频输入信号为300MHz带宽的X频段中频输入信号。另外，所述微带滤波器9和第一级Ka频段放大器11之间以及第一级Ka频段放大器11和第二级Ka频段放大器13之间均接有Ka频段微带隔离器，具体是：微带滤波器9和第一级Ka频段放大器11之间接有Ka频段微带隔离器一10，第一级Ka频段放大器11和第二级Ka频段放大器13之间接有Ka频段微带隔离器二12。实践中，可以根据需要在机械滤波器16后安装一个波导同轴转换器。所述本振链路2包括参考信号倍频放大电路15、DRO振荡(微波介质谐振器振荡器)电路18、分别与参考信号倍频放大电路15和DRO振荡电路18相接的锁相环电路17以及对DRO振荡电路18所输出本振信号进行放大处理的本振放大器19，另外，还包括X频段微带隔离器二22。
所述射频链路1的射频输入接口为SMA-K型接口且其射频输出接口为SMA-K型或SMA-K2.9型接口；本振链路2的参考信号输入接口为SMA-K接口；所述二次电源与星上一次电源的接口为J36A-26ZJ接口。而输出本振信号的DRO振荡电路18与本振放大器19之间，在机壳外部用半刚性射频电缆连接。
所述二次电源使用星载专用DC/DC变换器，将星上一次母线电压转换为本产品所需的各种二次电压，响应开关机指令并提供开关机状态遥测。具体是：所述二次电源主要是为射频链路1和本振链路2中的各用电单元提供二次电压，同时，为步进衰减控制电路21提供遥控指令信号且接收步进衰减控制电路21传送的遥测指令信号并作出响应。
本实施例中，所述二次谐波混频器8由梁式引线二极管对管及所述梁式引线二极管对管的匹配电路组成，并且所述梁式引线二极管为梁式引线二极管MA4E2039。所述第一级Ka频段放大器11和第二级Ka频段放大器13均为MMIC(砷化镓单片微波集成电路)低噪声放大器；所述X频段放大器5为场效应管放大器。并且，所述MMIC低噪声放大器为芯片CHA2069，所述场效应管放大器为场效应管FLK027WG。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种低功耗星用Ka频段上变频器，由射频链路(1)、本振链路(2)以及提供二次电压和遥测信号并响应遥控指令的二次电源组成，其特征在于：所述射频链路(1)所输入的X频段中频输入信号依次经X频段微带隔离器一(4)、X频段放大器(5)、温补电调衰减器(6)和增益步进电调衰减器(7)后与本振链路(2)输出的X频段点频本振信号通过二次谐波混频器(8)进行混频后输出，二次谐波混频器(8)所输出信号依次经微带滤波器(9)、第一级Ka频段放大器(11)、第二级Ka频段放大器(13)、波导隔离器(14)和机械滤波器(16)后输出Ka频段射频信号，所述温补电调衰减器(6)与温补衰减偏置电路(20)相接，所述增益步进电调衰减器(7)与步进衰减控制电路(21)相接。
2.按照权利要求1所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述本振链路(2)包括参考信号倍频放大电路(15)、DR0振荡电路(18)、分别与参考信号倍频放大电路(15)和DR0振荡电路(18)相接的锁相环电路(17)以及对DR0振荡电路(18)所输出本振信号进行放大处理的本振放大器(19)。
3.按照权利要求1或2所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述微带滤波器(9)和第一级Ka频段放大器(11)之间以及第一级Ka频段放大器(11)和第二级Ka频段放大器(13)之间均接有Ka频段微带隔离器。
4.按照权利要求1或2所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述二次谐波混频器(8)由梁式引线二极管对管及所述梁式引线二极管对管的匹配电路组成。
5.按照权利要求4所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述梁式引线二极管为梁式引线二极管MA4E2039。
6.按照权利要求2所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述第一级Ka频段放大器(11)和第二级Ka频段放大器(13)均为MMIC低噪声放大器；所述X频段放大器(5)为场效应管放大器。
7.按照权利要求6所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述MMIC低噪声放大器为芯片CHA2069。
8.按照权利要求6所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述场效应管放大器为场效应管FLK027WG。
9.按照权利要求1或2所述的一种低功耗星用Ka频段上变频器，其特征在于：所述射频链路(1)的射频输入接口为SMA-K型接口且其射频输出接口为SMA-K型或SMA-K2.9型接口；本振链路(2)的参考信号输入接口为SMA-K接口；所述二次电源与星上一次电源的接口为J36A-26ZJ接口。
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Assignee: Xi'an spaceflight Hengxing precision electromechanical Co., Ltd. Assignor: No.504 Institute of China Space Technology Group No.5 Academy Contract record no.: 2011610000116 Denomination of utility model: Ka frequency range up converter for low power dissipation star Granted publication date: 20091111 License type: Exclusive License Record date: 20110715 |
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Granted publication date: 20091111 |