專利名稱：一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子通信技術領域，涉及一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù) 接收電路，主要用于衛(wèi)星通信接收機完成對星和數(shù)據(jù)接收兩大功能。
背景技術：
在安裝衛(wèi)星通信設備時，技術人員首先需要對星。所謂對星，就是讓通信設備的天 線與衛(wèi)星對準，以確保通信設備能夠接收到最大的衛(wèi)星信號功率。在對星時，無法用肉眼判 斷是否對準，往往需要電子設備進行輔助判斷。在通常情況下，技術人員通過接收衛(wèi)星的信 標信號，在頻譜儀或功率計上進行功率測量，通過轉動天線，直到頻譜儀或功率計上顯示接 收到的信標信號功率最大時，即可完成對星。但在某些時候，技術人員往往需要在野外架設 衛(wèi)星通信設備，如果攜帶笨重的頻譜儀或功率計就會顯得非常麻煩。
發(fā)明內容本實用新型提供一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，主要用于衛(wèi)星 通信接收機完成對星和數(shù)據(jù)接收兩大功能。本實用新型在接收機中引入了檢波器，可將信 標信號轉換為直流輸出，這樣，技術人員只需要使用萬用表就能夠判斷接收到的信標信號 的功率大小，方便技術人員在野外快捷的完成對星工作；另外，當對星完成以后，還可以利 用此電路來接收數(shù)據(jù)信號。本實用新型的原理是首先接收4193MHz衛(wèi)星信標信號，通過將信標信號進行對數(shù) 檢波輸出直流電壓，利用萬用表觀察電壓幅度變化大小來找到最佳的對星位置；當對星完 成后，通過改變本振信號，接收4685. 5MHz 5467. 5MHz數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)信號同樣經(jīng)過兩 次變頻后輸出再進行數(shù)據(jù)處理。本實用新型的詳細技術方案為一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，如圖1所示，包括一個信號接 收鏈路和一個信號輸出電路；其中所述信號接收鏈路包括兩個混頻器、兩個放大器、一個帶 通濾波器、一個低通濾波器、一個數(shù)控衰減器和一個溫補衰減器，所述信號輸出電路包括一 個耦合器、一個晶體帶通濾波器和一個對數(shù)檢波器。衛(wèi)星信標信號或數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一混頻 器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依次經(jīng)過帶通濾波器濾波、第一放大器放大、數(shù) 控衰減器對接收鏈路進行增益調整和溫補衰減器對增益進行溫度補償后，經(jīng)第二混頻器下 變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號依次經(jīng)低通濾波器濾波和第二放大器放大后得到接 收鏈路的輸出信號。接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合器的直通輸出端輸出一路 信號用于衛(wèi)星通信接收機的后續(xù)電路進行處理；同時，接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電 路中耦合器的耦合端輸出另一路信號，經(jīng)晶體帶通濾波器濾波后由對數(shù)檢波器轉換成直流 電壓信號。本實用新型采用兩次變頻結構，在接收信標信號時，如圖2所示，頻率為4193MHz 的衛(wèi)星信標信號和頻率為5M7. 3MHz的第一本振信號經(jīng)第一混頻器下變頻后，輸出頻率為1054. 3MHz的第一中頻信號；第一中頻信號經(jīng)過一個中心頻率為1042. 5MHz、帶寬不低于 36MHz的帶通濾波器濾除雜波，然后經(jīng)數(shù)控衰減器和溫補衰減器控制接收鏈路的增益變化； 經(jīng)帶通濾波、數(shù)控衰減和溫補衰減后的第一中頻信號與頻率為1065MHz的第二本振信號通 過第二混頻器下變頻得到頻率為10. 7MHz的第二中頻信號；第二中頻信號經(jīng)一個截止頻率 為90MHz的低通濾波器濾波后通過第二放大器放大后輸入到耦合器；耦合器耦合輸出的一 部分能量通過一個中心頻率為10. 7MHz、通帶為15KHz的晶體帶通濾波器濾波后經(jīng)對數(shù)檢 波器轉換成直流電壓信號。使用萬用表來檢測該直流電壓信號的大小，以此來找到最佳的 對星位置。當對星完成后，再利用本實用新型來接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號，如圖3所示，通過改變兩 個混頻器的本振信號來接收頻率為4685. 5MHz 5467. 5MHz的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號；第一本振信 號頻率變?yōu)?643MHz 4425MHz，通過第一混頻器下變頻得到頻率為1042. 5MHz的第一中頻 信號，然后同樣將信號放大后通過數(shù)控衰減器和溫補衰減器控制增益變化；第二本振信號 頻率變?yōu)?112. 5MHz，通過第二混頻器下變頻得到頻率為70MHz第二中頻信號；第二中頻信 號經(jīng)第二放大器放大后，通過耦合器的直通端輸出。本實用新型的優(yōu)點在于1)有良好的靈敏度和動態(tài)范圍。為了提高檢波的靈敏度和動態(tài)范圍，就需減少其它無用信號進入到檢波器，我們 在對數(shù)檢波器的射頻輸入端接了一個中心頻率為10. 7MHz，通帶為15KHZ的晶體帶通濾波 器。這樣只需要將衛(wèi)星信標信號下變頻到晶體帶通濾波器的通帶內，就可利用晶體濾波器 極窄的通帶濾除無用的干擾噪聲和雜波，減小帶內噪聲。選擇晶體濾波器是因為與傳統(tǒng)的 LC諧振回路濾波器相比，在低頻段，晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過渡帶陡度、插 入損耗和體積等方面都優(yōu)越得多。2)各種雜波干擾較小。因為對數(shù)檢波器具有靈敏度高和帶寬寬的特點，使得對數(shù)檢波器的很容易受到 各種雜波和噪聲干擾。所以，在第二混頻器后面用了截止頻率為90MHz的低通濾波器，保 證10. 7MHz信標信號和70MHz士 18MHz衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號通過的同時，濾除掉了第二本振信號 (1065MHz或者1042. 5MHz)，以及中頻信號經(jīng)過兩級放大后產(chǎn)生的二次諧波及因此而抬升 的各種噪聲。3)攜帶方便，利于室外測量。在通常情況下，技術人員通過在頻譜儀或功率計上觀察接收到的衛(wèi)星信標信號功 率大小來完成對星工作，但在實際工作中，技術人員往往需要在野外架設衛(wèi)星通信設備，如 果攜帶笨重的頻譜儀或功率計就會顯得非常麻煩。本實用新型利用檢波器直接信標信號轉 換為直流電壓，這樣，技術人員只需要使用萬用表就能夠判斷接收到的信標信號的功率大 小，方便技術人員在野外快捷的完成對星工作。

圖1是本實用新型提供的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路的結構示 意圖。圖2是本實用新型提供的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路接收衛(wèi)星信標信號時的原理框圖。圖3是本實用新型提供的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路接收衛(wèi)星 數(shù)據(jù)信號時的原理框圖。
具體實施方式
本實用新型采用兩次變頻結構，在進行對星時，頻率為4193MHz的信標信號通過 兩次下變頻后輸出10.7MHz的中頻信號。對星完成后，通過改變兩級本振信號，接收頻率 3643MHz 4425MHz的數(shù)據(jù)信號。本實用新型的電路結構示意圖如圖1所示。本實用新型中兩個混頻器都采用硅基雙極有源雙平衡混頻器，內部集成了本振放大器和中頻放 大器；工作頻段為0. 1 5GHz，中頻輸出為DC 1GHz，本振所需典型功率為_5daii。單電 源5V供電，表貼小封裝，非常適合于系統(tǒng)小型化設計。在第一級下變頻中第一混頻器提供 的變頻增益為OdB，在第二級下變頻中第二混頻器提供的變頻增益約為8dB。第一混頻器后接入一帶通濾波器，目的是為了濾除混頻后由于混頻器L0/IF隔離 度不好而泄露的高本振信號，同時還要濾除本振和射頻信號的各種低階組合頻率分量。此 濾波器中心頻率4為1042. 5MHz，插損小于3dB，帶寬大于36MHz，帶外抑制大于50dBc@ fQ 士 70MHz。第二混頻器后接入一截止頻率為90MHz低通濾波器，保證10. 7MHz信標信號 和70MHz士 18MHz衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號通過的同時，濾除掉了第二本振信號(1065MHz或者 1042. 5MHz)，以及中頻信號經(jīng)過兩級放大后產(chǎn)生的二次諧波及因此而抬升的各種噪聲。兩個放大器中，第一放大器的增益為25dB，第二放大器的增益為45dB ；其中第二 放大器采用串聯(lián)的兩級放大結構，前一級放大增益為20dB，后一級放大增益為25dB。在檢波器之前接入一中心頻率為10. 7MHz，通帶為15KHz的晶體帶通濾波器，這種 極窄通帶可以濾除無用的干擾噪聲和雜波，減小帶內噪聲，以達到進一步減少無用信號進 入檢波器的目的，從而提高檢波的靈敏度和動態(tài)范圍。數(shù)控衰減器主要起到調節(jié)增益范圍的作用，在長時間雨雪天氣中天線接收信號非 常弱，可以通過調節(jié)衰減器來改變信號接收鏈路的增益以保證足夠的輸出功率。在此選用 增益變化范圍在G = -2 -33dB，擁有31dB的可變增益范圍的Hittite公司生產(chǎn)的6位數(shù) 控衰減器-HMC472LP4。該數(shù)控衰減器工作頻率范圍是DC 3. OGHz，在設置成無衰減狀態(tài) 時插損小于2dB，典型衰減準確度為士0. 25dB。衰減控制位上的衰減值分別是0. 5dB (LSB)、 ldB、2dB、4dB、8dB和16dB，總的衰減量是31. 5dB，所有的衰減控制位都適用于TTL/CM0S電 平控制。當衰減控制位為高電平時，則該位無效，及無衰減；當該衰減控制位為低電平時，該 位有效，即有衰減。通過6個衰減控制的電平組合來完成所需的衰減量。在信號接收鏈路 中由于要求的衰減步進是ldB，精確度要求士0. 2dB，所以，通過在其輸入和輸出口加一定 衰減量的η型電阻衰減器可以改善駐波，同時，其性能同樣受到控制電壓的影響，在監(jiān)控 板上FPGA的控制電壓是3V時，測試發(fā)現(xiàn)其步進的精確度較差，在將控制端的電壓改成5V 后，步進的精確度得到很大改善。由于隨著環(huán)境溫度的升高，放大器的增益會下降。為了避免這種情況，本實用新型 中加入了溫補衰減器，在常溫時衰減一定量的數(shù)值，根據(jù)型號的不同，衰減量也不同。隨著環(huán)境溫度的升高，其衰減量會按照一定的斜率而線性變小，從而可以對系統(tǒng)中放大器由于 溫度升高而造成增益下降進行補償。這里選擇了深圳市yantel公司生產(chǎn)的6N9系列的溫補 衰減器來補償接收鏈路的增益。該衰減器在常溫下(25°C)的DC 3GHz的衰減量是6dB， 最大承載功率達2W，輸入輸出均為50歐姆匹配，工作溫度范圍-55°C +150°C。除了接收下變頻模塊提供的31dB的可變增益范圍，放大器提供了大于47dB的增 益，帶通濾波器后面的放大器提供了 25dB的放大增益，低通濾波器后的兩級放大器分別提 供了 20dB和25dB的增益，這是為了滿足整個電路中接收鏈路的增益(大于45dB)要求。檢波器，是一種檢出波動信號中某種有用信息的裝置。用于識別波、振蕩或信號存 在或變化的器件。檢波器通常用來提取所攜帶的信息。利用檢波器的這種功能，可以設計 出一種接收檢波電路。接收檢波電路是通過檢測接收的衛(wèi)星信標信號功率的大小，來判斷 對準衛(wèi)星的好壞程度。本實用新型選用的對數(shù)檢波器是AD公司生產(chǎn)的業(yè)界首款射頻功率 對數(shù)檢波器AD8318，通過AD8318實現(xiàn)對信標信號0193MHz)下變頻輸出的中頻信號的功率 檢波。AD8318是基于AD公司SiGe生產(chǎn)技術的單片檢波器，相比傳統(tǒng)的分立二極管檢波器 有更高的精確度和更寬的動態(tài)范圍。通過對本實用新型進行測試，將本振頻率都調整到對星時的頻率點，在沒有輸入 信號的情況下，測得AD8318的輸出電壓是3. 65V(理想為4. 2V)；在輸入_85dBm(受信號源 最低電平的限制，-85daii是可以輸入的最小功率)的信標功率時，輸出接收機檢波輸出電 壓是2. 905V ；在輸入功率為_45dBm時，輸出電壓是1. 125V?？梢娫摻邮諜C檢波動態(tài)范圍優(yōu) 于40dB，靈敏度優(yōu)于_85dBm。在外場對星實驗中，該對星功能得到很好的驗證，收到良好的 效果。
權利要求1.一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，包括一個信號接收鏈路和一個信 號輸出電路；其中所述信號接收鏈路包括兩個混頻器、兩個放大器、一個帶通濾波器、一個 低通濾波器、一個數(shù)控衰減器和一個溫補衰減器，所述信號輸出電路包括一個耦合器、一個 晶體帶通濾波器和一個對數(shù)檢波器；衛(wèi)星信標信號或數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一混頻器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依次 經(jīng)過帶通濾波器濾波、第一放大器放大、數(shù)控衰減器對接收鏈路進行增益調整和溫補衰減 器對增益進行溫度補償后，經(jīng)第二混頻器下變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號依次經(jīng) 低通濾波器濾波和第二放大器放大后得到接收鏈路的輸出信號；接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合器的直通輸出端輸出一路信號用于衛(wèi)星 通信接收機的后續(xù)電路進行處理；同時，接收鏈路的輸出信號經(jīng)信號輸出電路中耦合器的 耦合端輸出另一路信號，經(jīng)晶體帶通濾波器濾波后由對數(shù)檢波器轉換成直流電壓信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述兩個混頻器為硅基雙極有源雙平衡混頻器，內部集成了本振放大器和中頻放大器；工 作頻段為0. 1 5GHz，中頻輸出為DC 1GHz，本振所需典型功率為_5daii。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述帶通濾波器中心頻率f。為1042. 5MHz，插損小于3dB，帶寬大于36MHz，帶外抑制大于 50dBc@fQ± 70MHz。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述低通濾波器為截止頻率為90MHz的低通濾波器。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述兩個放大器中，第一放大器的增益為25dB，第二放大器的增益為45dB ；其中第二放大 器采用串聯(lián)的兩級放大結構，前一級放大增益為20dB，后一級放大增益為25dB。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述晶體帶通濾波器中心頻率為10. 7MHz，通帶為15KHZ。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述數(shù)控衰減器為Hittite公司生產(chǎn)的6位數(shù)控衰減器-HMC472LP4 ；所述溫補衰減器為深 圳市yantel公司生產(chǎn)的6N9系列的溫補衰減器。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在于， 所述對數(shù)檢波器是AD公司生產(chǎn)的射頻功率對數(shù)檢波器AD8318。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征在 于，當整個接收電路用于對星時，衛(wèi)星信標信號的頻率為4193MHz，第一本振信號的頻率為 5247. 3MHz，第一中頻信號頻率為1054. 3MHz，第二本振信號的頻率為1065MHz。
10.根據(jù)權利要求1所述的用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，其特征 在于，當整個接收電路用于接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號時，衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號的頻率為4685. 5MHz 5467. 5MHz，第一本振信號的頻率為3643MHz 4425MHz，第一中頻信號頻率為1042. 5MHz, 第二本振信號的頻率為1112. 5MHz，第二中頻信號頻率為70MHz。
專利摘要一種用于衛(wèi)星通信接收機的對星及數(shù)據(jù)接收電路，屬于電子通信技術領域。衛(wèi)星信標信號或數(shù)據(jù)信號經(jīng)第一混頻器下變頻得到第一中頻信號；第一中頻信號依次經(jīng)帶通濾波器、第一放大器、數(shù)控衰減器和溫補衰減器，經(jīng)第二混頻器下變頻得到第二中頻信號；第二中頻信號依次經(jīng)低通濾波器和第二放大器后，通過耦合器的直通輸出端輸出一路信號用于后續(xù)處理，通過耦合端輸出的另一路信號經(jīng)晶體帶通濾波器濾波后由對數(shù)檢波器轉換成直流電壓信號。本實用新型在接收機中引入了檢波器，將信標信號轉換為便于測量的直流電壓，便于在野外完成對星工作；當對星完成以后，還可以利用此電路來接收數(shù)據(jù)信號。本實用新型局具有良好的靈敏度和動態(tài)范圍、各種雜波干擾較小、攜帶方便的特點。
文檔編號H04B1/16GK201887757SQ201020644169
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者于實, 劉輝, 張志喜, 楊濤, 楊自強, 黃海 申請人:電子科技大學