一種星載自動切換增益的鎖相接收機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載鎖相接收機，特別涉及一種星載自動切換增益的鎖相接收機。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，宇航系統(tǒng)通過測量多普勒頻率可以計算出衛(wèi)星相對地球運動速度，由于接收功率很低，一般由鎖相接收機完成多普勒頻率的測量。衛(wèi)星在飛行過程中與地面站的距離不斷變化，天線接收到的信號功率并非固定不變，如月球探測器在飛行過程中，接收功率最大可以達到_50dBm，隨著與地球距離的不斷增加，接收功率將低于_125dBm，功率范圍可以變化75dB，因此鎖相接收中一般均采用自動增益切換的方法將信號強度控制在一固定電平，對小信號進行放大的同時可有效避免大信號飽和。
[0003]根據(jù)理論分析，鎖相接收機中，模擬鑒相器的鑒相增益與其輸入功率大小成正比，鑒相增益越大則環(huán)路增益越大，穩(wěn)態(tài)相位誤差越小，能實現(xiàn)的靈敏度越高。根據(jù)自動增益放大器增益控制方式的不同，鎖相接收機中增益控制可分兩種形式:相干自動增益和非相干自動增益。相干自動增益控制中自動增益放大器的增益控制電壓與信號強度成正比，控制電壓由副鑒相器產(chǎn)生，控制電壓越大自動增益放大器增益越大，自動增益放大器輸出功率也越大，非相干自動增益切換中自動增益放大器控制電壓與信號、噪聲、干擾強度總功率成正比，當(dāng)信號功率比噪聲小時自動增益放大器輸出功率大小受噪聲功率控制。
[0004]在衛(wèi)星通信中，由于通信距離十分遙遠，接收信號功率很低，一般都會被噪聲淹沒，此時若僅采用非相干自動增益切換，自動增益放大器增益受噪聲控制，在輸出總功率不變的情況下輸入信號功率越小環(huán)路鑒相增益將越小從而導(dǎo)致環(huán)路帶寬變窄，相應(yīng)的環(huán)路穩(wěn)態(tài)相位誤差增大，環(huán)路容易失鎖，進而影響接收機跟蹤靈敏度。
[0005]一般情況下，對接收機靈敏度要求較高的場合，當(dāng)輸入信號功率比噪聲功率低時，在信號鎖定前接收機增益自動切換為非相干模式，此時環(huán)路帶寬較窄，有利于信號鎖定；信號鎖定之后采用相干模式，此時環(huán)路等效增益變大，有利于信號的跟蹤。由于相干模式下自動增益切換放大器的直流控制電壓需要由副鑒相器輸出信號經(jīng)過平滑濾波后產(chǎn)生，控制方式較復(fù)雜，副鑒相器輸出電壓波動、電源紋波、環(huán)路噪聲都可能造成自動增益切換放大器自激，從而造成環(huán)路失鎖，地球軌道衛(wèi)星使用的鎖相接收機中一般不采用相干自動增益切換。
[0006]隨著深空探測的不斷開展，由于通信距離更加遙遠，對衛(wèi)星接收機靈敏度要求越來越高，如何提高衛(wèi)星接收機靈敏度成為本領(lǐng)域需要解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種星載自動切換增益的鎖相接收機，以解決現(xiàn)有的深空探測中鎖相接收機的靈敏度不高的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種星載自動切換增益的鎖相接收機，包括接收前端變頻器、自動增益放大器、功分器、主鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控晶振、移相器、副鑒相器、鎖定指示產(chǎn)生器及開關(guān)；
所述壓控晶振用于在控制電壓的控制下產(chǎn)生變頻參考信號并輸出該變頻參考信號至所述接收前端變頻器、主鑒相器、副鑒相器及移相器；所述接收前端變頻器用于輸入接收信號，并根據(jù)所述變頻參考信號將接收信號變頻從而輸出中頻信號；所述自動增益放大器用于將所述中頻信號進行自動增益放大，并輸出放大信號至所述功分器；所述功分器用于將所述放大信號分為兩路并分別輸入所述主鑒相器與所述副鑒相器；所述主鑒相器用于根據(jù)變頻參考信號對輸入的放大信號進行鑒相，輸出直流電壓信號和交流差拍信號至所述環(huán)路濾波器；所述環(huán)路濾波器用于濾除所述交流差拍信號，并輸出直流電壓信號作為所述控制電壓；所述移相器用于將所述變頻參考信號進行移相并輸出移相參考信號至所述副鑒相器；
所述副鑒相器根據(jù)所述移相參考信號對輸入的放大信號進行鑒相，輸出鑒相電壓，當(dāng)移相參考信號與該放大信號相位相同時，鑒相電壓達到最大并輸入至所述鎖定指示產(chǎn)生器控制開關(guān)斷開，否則所述鎖定指示產(chǎn)生器控制開關(guān)閉合；
其中，所述開關(guān)與所述自動增益放大器相連，所述自動增益放大器輸出功率在開關(guān)斷開時大于開關(guān)閉合時的輸出功率。
[0009]較佳地，當(dāng)所述鑒相電壓達到最大時，所述中頻信號在接收機中鎖定，經(jīng)鎖定指示產(chǎn)生器后產(chǎn)生鎖定指示信號，此時鎖定指示信號為高電平，控制所述開關(guān)斷開，否則所述中頻信號在接收機中失鎖，鎖定指示信號為低電平，控制所述開關(guān)閉合。
[0010]較佳地，所述開關(guān)與所述自動增益放大器的輸出功率的調(diào)整電阻相連，所述調(diào)整電阻包括相互并聯(lián)的第一電阻及第二電阻，所述開關(guān)與所述第一電阻串聯(lián)。
[0011]較佳地，所述第一電阻的阻值小于所述第二電阻的阻值。
[0012]較佳地，所述中頻信號為9ΜΗζ~11ΜΗζ。
[0013]本發(fā)明采用了一種增益自動切換的方法來設(shè)置鎖相接收機以便適當(dāng)提高接收機靈敏度:包含常規(guī)的鎖相接收機和自動增益放大器，且自動增益放大器設(shè)置在主鑒相器前。自動增益放大器控制電壓不受副鑒相器直接控制，通過鎖定指示產(chǎn)生器控制開關(guān)從而控制自動增益放大器輸出總功率調(diào)整電阻的大小實現(xiàn)改變環(huán)路帶寬，提高接收機靈敏度。在這種增益自動切換方式中，信號功率較小被噪聲淹沒，在信號未鎖定前自動增益放大器輸出功率較小，環(huán)路帶寬較窄，可以提高接收機捕獲靈敏度；信號鎖定后提高自動增益放大器輸出總功率，此時噪聲和信號功率均提高，鑒相增益僅受信號功率影響，此時環(huán)路帶寬將變寬，環(huán)路穩(wěn)態(tài)相位誤差減小，信號跟蹤范圍將變寬，接收機跟蹤靈敏度將提高。
[0014]本發(fā)明提供的星載自動切換增益的鎖相接收機實現(xiàn)了以下技術(shù)效果:
1.該鎖相接收機在增益自動切換方式中，自動增益放大器控制電壓并非受副鑒相器控制，而是通過改變自動增益放大器輸出總功率來改變自動增益放大器的增益，通過這種間接的控制方法可以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性，并且提高接收機靈敏度。
[0015]2.該鎖相接收機采用純模擬設(shè)計方法，內(nèi)部無數(shù)字器件，無需軟件設(shè)計，避免了大規(guī)模數(shù)字器件需要重點解決的抗單粒子風(fēng)險，并且抗空間輻照能力強，成本、功耗低，簡單可靠。
[0016]3.該鎖相接收機與非相干自動增益切換相比可以提高接收機靈敏度，與傳統(tǒng)的相干自動增益切換相比電路簡單，穩(wěn)定可靠，具有較高的實用性。
[0017]4.該鎖相接收機可以應(yīng)用到所有衛(wèi)星通信接收機中，特別適合月球、火星等對靈敏度要求較高的深空探測應(yīng)用場合。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一種星載自動切換增益的鎖相接收機組成結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明一種星載自動切換增益的鎖相接收機增益自動切換控制結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合圖1、圖2更詳細地描述本發(fā)明的一優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。
[0020]如圖1所示，本實施例所提供的星載自動切換增益的鎖相接收機，包括接收前端變頻器N1、自