本實用新型屬于衛(wèi)星通信技術領域，具體地說，尤其涉及一種應用于衛(wèi)星通信導航的Ku波段上變頻模塊。

背景技術：

全球衛(wèi)星通信導航系統(tǒng)在日常生活、國民經濟發(fā)展等方面發(fā)揮著至關重要的作用，Ku波段變頻器作為衛(wèi)星通信導航前端的關鍵器件，主要完成衛(wèi)星通信導航的中頻信號到所需的射頻Ku頻段信號的頻率變換，提供合適的增益并實現鏈路增益的調整，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個衛(wèi)通通信導航系統(tǒng)的性能。受限于微波器件及封裝技術的發(fā)展，國內在Ku波段上變頻的研究上處于較為落后的狀態(tài),輸出相噪、雜散以及體積等關鍵指標都有待進一步提高，也間接影響了我國衛(wèi)星通信前端產品的設計開發(fā)，造成目前我國很多衛(wèi)星通信系統(tǒng)對國外產品的嚴重依賴。

通常上變頻只涉及頻譜的搬移，對所攜帶的信號一般不進行處理。為避免在頻譜搬移過程中對信號本身的影響，產品對相位噪聲、增益平坦度、雜散抑制、信號交調以及頻率穩(wěn)定度等關鍵技術指標都有嚴格的要求。同時，由于混頻器本身的非線性效應，在頻譜搬移過程將產生大量的交調分量。如果交調分量落入信號帶寬內，將對信號產生嚴重的失真?，F有的衛(wèi)星通信Ku上變頻模塊產品體積大、相噪與雜散低，信號交調嚴重，工作不穩(wěn)定，為解決這些技術缺點，合理地選擇變頻方案是上變頻模塊設計中的關鍵環(huán)節(jié)。

技術實現要素：

為解決以上問題，本實用新型提供了一種應用于衛(wèi)星通信導航的Ku波段上變頻模塊，用于合理有效的抑制交調信號，提高工作穩(wěn)定性。

根據本實用新型的一個實施例，提供了一種應用于衛(wèi)星通信導航的Ku波段上變頻模塊，包括：

信號分離單元，用于從基帶信號中分離出L波段信號和參考信號；

第一預處理單元，與所述信號分離單元連接，用于將L波段信號預處理為中頻信號后輸出；

第二預處理單元，與所述信號分離單元連接，用于將參考信號預處理為本振信號后輸出；

混頻單元，分別與所述第一預處理單元和所述第二預處理單元連接，用于將所述第一預處理單元輸出的中頻信號和所述第二預處理單元輸出的本振信號混頻處理為Ku波段信號。

根據本實用新型的一個實施例，所述第一預處理單元包括與所述信號分離單元連接的第一帶通濾波器、與所述第一帶通濾波器連接的第一可調電平衰減器、與所述第一可調電平衰減器連接的第一低噪聲放大器、與所述第一低噪聲放大器連接的第二可調電平衰減器、與所述第二可調電平衰減器連接的寬帶放大器、分別與所述寬帶放大器和所述混頻單元連接的第二帶通濾波器。

根據本實用新型的一個實施例，在所述第二帶通濾波器和所述第二可調電平衰減器之間設置一個或多個寬帶放大器。

根據本實用新型的一個實施例，所述第二預處理單元包括與所述信號分離單元連接的晶振濾波處理電路、與所述晶振濾波處理電路連接的倍頻器、與所述倍頻器連接的鎖相電路、與所述鎖相電路連接的鎖相環(huán)電路以及分別與所述鎖相環(huán)電路和所述混頻單元連接的本振放大器。

根據本實用新型的一個實施例，所述晶振濾波處理電路采用恒溫控制電路。

根據本實用新型的一個實施例，所述上變頻模塊還設置有與所述混頻單元連接的混頻信號處理單元，用于對混頻信號進行處理。

根據本實用新型的一個實施例，所述混頻信號處理單元包括與所述混頻單元連接的第一Ku頻段帶通濾波器以及與所述第一Ku頻段帶通濾波器連接的Ku頻段寬帶放大器。

根據本實用新型的一個實施例，所述信號分離單元包括與所述第一預處理單元連接的第三帶通濾波器和與所述第二預處理單元連接的第四帶通濾波器，其中，所述第三帶通濾波器用于從基帶信號中分離出L波段信號，所述第四帶通濾波器用于從基帶信號中分離出參考信號。

根據本實用新型的一個實施例，所述第一預處理單元與所述信號分離單元中的第三帶通濾波器連接，用于選擇基帶信號中的L波段信號。

根據本實用新型的一個實施例，所述第二預處理單元與所述信號分離單元中的第四帶通濾波器連接，用于選擇基帶信號中的參考信號。

本實用新型的有益效果：

通過良好的阻抗匹配電路設計，高效的散熱技術與每級每通道隔離、濾波、腔體屏蔽等設計處理措施，使得本實用新型很好的解決了Ku上變頻模塊因體積大、相位噪聲和雜散抑制度低、增益平坦度不好、信號交調嚴重以及頻率穩(wěn)定度差等方面的技術缺陷，可替代國外產品，在部分指標、體積重量和環(huán)境適應性方面比國外產品有優(yōu)勢，并且具有操作簡易、重量體積小、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據本實用新型的一個實施例的Ku波段上變頻模塊結構示意圖；

圖2是根據本實用新型的一個實施例的Ku波段上變頻模塊工作原理框圖；

圖3是根據本實用新型的一個實施例的Ku波段上變頻模塊指標分配示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本實用新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本實用新型的保護范圍之內。

如圖1所示為根據本實用新型的一個實施例的一種應用于衛(wèi)星通信導航的Ku波段上變頻模塊結構示意圖，圖2所示為根據本實用新型的一個實施例的Ku波段上變頻模塊工作原理框圖，以下參考圖1和圖2來對本實用新型進行詳細說明。

如圖1所示，該Ku波段上變頻模塊包括信號分離單元1、第一預處理單元21、第二預處理單元22和混頻單元3。其中，信號分離單元1用于從基帶信號中分離出L波段信號和參考信號；第一預處理單元21與信號分離單元1連接，用于將L波段信號預處理為中頻信號后輸出；第二預處理單元22與信號分離單元1連接，用于將參考信號預處理為本振信號后輸出；混頻單元3分別與第一預處理單元21和第二預處理單元22連接，用于將第一預處理單元21輸出的中頻信號和第二預處理單元22輸出的本振信號采用低本振方式混頻處理為Ku波段信號。

上變頻模塊電路主要是將來自基帶單元的L波段信號上變頻到Ku波段頻率輸出。在本實用新型中，以10.0MHz參考信號為例進行說明。上變頻模塊電路的具體工作原理是：首先將來自基帶的混合的L波段信號和10.0MHz參考信號分離出來，然后經第一預處理單元處理后的L波段信號和經第二預處理單元處理后的10.0MHz參考信號再經混頻單元采用低本振方式進行混頻處理，從而上變頻為14000MHz～14500MHz的Ku頻段信號。

在本實用新型中，混頻時內部本振采用本振信號fLo加中頻信號fIF的低本振方式得到射頻信號，可以減少雜散的影響。具體的，輸出頻率如果是從低到高輸出，則要求前級中頻單元輸入到Ku模塊的頻率需也從低到高的方式輸入(即13.05GHz+0.95GHz＝14.0GHz，13.05GHz+1.45GHz＝14.5GHz)。其中，10MHz參考信號經過倍頻處理產生50MHz的信號，該信號再作為信道本振的參考得到13.050GHz的本振信號

在本實用新型的一個實施例中，該信號分離單元1包括與第一預處理單元21連接的第三帶通濾波器(高通濾波器H)和與第二預處理單元連接的第四帶通濾波器(低通濾波器L)，其中，高通濾波器H用于從基帶信號中分離出高頻率(0.95GHz-1.45GHz)的L波段信號，低通濾波器L用于從基帶信號中分離出低頻率的10MHz參考信號，并可以抑制鏡像效應，如圖2所示。

在本實用新型的一個實施例中，該第一預處理單元21包括與信號分離單元1連接的第一帶通濾波器BPF1、與第一帶通濾波器BPF1連接的第一可調電平衰減器WA1、與第一可調電平衰減器WA1連接的第一低噪聲放大器LNA、與第一低噪放大器LNA連接的第二可調電平衰減器WA2、與第二可調電平衰減器WA2連接的寬帶放大器LPA、分別與寬帶放大器LPA和混頻單元連接的第二帶通濾波器BPF2。具體的，該第一預處理單元21與信號分離單元1中的高通濾波器H連接，用于處理高通濾波器H輸出的L波段信號。在頻率上最近的大諧波源于本振向射頻端口泄漏的信號，與中頻的2次諧波信號與本振混頻后所得的信號，均與射頻輸出信號相近，可以通過第二帶通濾波器BPF2進行諧雜波抑制。為降低混頻產生的雜散等信號，可以通過降低混頻器的輸入電平值來實現。通過合理地分配鏈路上每級的增益，可以保證設計的指標滿足要求。控制處理器M&C用于控制第一可調電平衰減器WA1和第二可調電平衰減器WA2電平信號。

在本實用新型的一個實施例中，該第二預處理單元22包括與信號分離單元1連接的晶振濾波處理電路CO、與晶振濾波處理電路CO連接的倍頻器X5、與倍頻器X5連接的鎖相電路PL以及分別與鎖相電路PL和混頻單元連接的鎖相環(huán)電路PLL。具體的，第二預處理單元21與信號分離器單元1的低通濾波器L連接，用于處理低通濾波器L輸出的10MHz參考信號。其中，晶振濾波處理電路包括第五帶通濾波器BPF5，并且采用高穩(wěn)定高相噪的恒溫橋設計，用于輸出10MHz本振參考源和同步時鐘信號，從10MHz信號經過倍頻器X5產生50MHz的信號，并經鎖相電路PL鎖相后再作為信道本振的參考經鎖相環(huán)電路PLL得到13.050GHz的本振信號，該本振信號經本振放大器PA放大后進入混頻單元3。鎖相環(huán)電路PLL由M&C轉換器。在本實用新型中，鎖相環(huán)電路采用小數分頻PLL鎖相頻率合成技術，結合倍頻、混頻等現代頻率合成技術，實現信號的雜散抑制處理，實現產品的穩(wěn)定性。

在本實用新型的一個實施例中，在混頻單元3之后還設有混頻信號處理單元4，用于對混頻信號進行處理。該混頻信號處理單元包括與混頻單元3連接的第六帶通濾波器BPF6(第一Ku頻段帶通濾波器)以及與第六帶通濾波器BPF6連接的調制脈沖放大器MPA(Ku頻段寬帶放大器)，其中，第六帶通濾波器BPF6用于將指定帶寬范圍內的信號通過，調制脈沖放大器MPA用于將第六帶通濾波器BPF6輸出的帶通信號調制放大形成Ku頻段射頻信號輸出。從電源轉換過來的+12V電源和+5V電源，為低噪放以及其它功能器件供電。

在本實用新型中，本振信號先經過本振放大器放大后，接入混頻器的本振端口，中頻信號放大后，接入混頻器的中頻端口。經混頻器混頻后，在射頻端口輸出。

在保證設計的指標滿足要求時，可以通過合理地分配鏈路上每級的增益，實現產品技術指標各項要求。例如產品技術指標包括：

(1)Ku波段工作頻率：14.0GHz～14.5GHz；

(2)L波段中頻輸入頻率：950.0MHz～1450.0MHz；

(3)中頻輸入功率：-15dBm±1dBm；

(4)輸出電平：7±1dBm；

(5)增益：≥20.0dB；

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

(7)相位噪聲：≤-80dBc@1KHz，≤-90dBc@10KHz；

(8)雜散輸出：≤-60dBc；

(9)三階交調:≤30dBc；

(10)頻率穩(wěn)定度：1X10-7/d；

(11)供電：供電+12V，范圍為9VDC～18VDC；

(12)工作溫度：-40℃～+55℃。

選取低本振方式。Ku波段上變頻模塊對本振驅動功率的要求大于13dBm，鎖相本振源輸入功率為0dBm，所以需要用放大器將本振信號放大15dB左右?？紤]到濾波器插損，最后Ku波段上變頻器本振端口得到的功率約為13dBm。

Ku波段上變頻器技術指標分配如下圖3所示，根據指標設計要求，對上頻器的增益和電平進行估算分析，以驗證整個上變頻器設計的性能指標。

1)上變頻器增益計算

公式計算出的總增益為：

G＝21+(-2)+(-9)+(-3)+25+(-3)＝29dB

從計算結果看到系統(tǒng)增益為29dB，滿足指標要求。

2)Ku波段上變頻器的電平參數估算

如圖3所示，根據鏈路上各器件的增益、電平大小進行了計算，具體如下：

Pout＝(-20)+21+(-2)+(-9)+(-3)+25+(-3)＝9.0dBm＞7.0dBm。從計算結果看到輸出功率電平為9.0dB，大于設計指標7.0dBm，滿足指標要求。

從提出的技術指標，通過詳細的計算和分析，最終形成了Ku波段上變頻模塊的設計方案。

通過良好的阻抗匹配電路設計，高效的散熱技術與每級每通道隔離、濾波、腔體屏蔽等設計處理措施，使得本實用新型很好的解決了Ku上變頻模塊因體積大、相位噪聲和雜散抑制度低、增益平坦度不好、信號交調嚴重以及頻率穩(wěn)定度差等方面的技術缺陷，可替代國外產品，在部分指標、體積重量和環(huán)境適應性方面比國外產品有優(yōu)勢，并且具有操作簡易、重量體積小、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。

雖然本實用新型所公開的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本實用新型而采用的實施方式，并非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本實用新型所公開的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。