[发明专利]一种星用Ka频段基于单脉冲0/π调制的接收通道

说明书

技术领域

本发明涉及一种星用Ka频段基于单脉冲0/π调制的接收通道，具有低噪声系数、高载波抑制、体积小巧、可靠性高、复杂空间环境适应性等特点，可广泛应用于卫星自跟踪系统中。

背景技术

单通道单脉冲调制体制在航天遥测遥控、目标跟踪等领域有重要地位，并在卫星遥感、气象、中继传输等接收系统中得到了广泛应用，具有节省通道、设备简单、可靠性高、跟踪精度高等优点。传统的双通道体制存在的不足为当两个通道间的相对增益、相对相位发生变化时，接收机系统都需要重新调整增益和相位，可维修性不强，同时还存在体积大、功耗大等缺点。单通道在双通道的体制上，进一步简化系统，接收天线传来的角误差信号，对差信号调制后与和信号合并，形成单通道单脉冲体制，在保持了单脉冲跟踪实时性和快速性的优点同时，由于进行了通道合并，不存在和、差通道合并后的相位和增益不一致问题，大大提高了设备的可靠性、使用性和维护性，并有效降低成本。

在进行单通道变换时，会引起噪声的增加和信号的衰弱，从而导致解调的误差信号信噪比会变差，在一定程度上对跟踪精度有影响，因此具有低噪声系数和高载波抑制特性对单通道单脉冲调制体制至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明实现一种星用Ka频段基于单脉冲 0/π调制的接收通道，是单通道体制，具有低噪声系数和高载波抑制、体积小巧、可靠性高、复杂空间环境适应性特点，在卫星自跟踪系统中长时间可靠工作。

本发明技术方案是：一种星用Ka频段基于单脉冲0/π调制的接收通道，由低噪声放大器(简称低噪放)、波导滤波器、0/π调制器，合路谐波混频器组成；和信号先经低噪声放大器放大后，由滤波器实现带外信号杂波抑制，进入合路谐波混频器的一个输入端；差信号依次经低噪声放大器放大、滤波器带外信号杂波抑制后，由0/π调制器进行0/π相位调制后，进入合路谐波混频器的另一输入端；和信号与差信号在合路谐波混频器内部先进行信号相加合并成一路，再下变频至中频输出，实现单通道传输；

0/π调制器由一对单刀双掷开关、0态传输线、π态传输线组成。两个传输线电长度相差180度，首先占空比为50％的一定频率(如4KHz)方波信号同时施加到一对单刀双掷开关上，在方波信号高电平期间，差信号先经第一个单刀双掷开关切换，切至0态传输线，经第二个单刀双掷开关切换后输出0态相位差信号；在方波信号低电平期间，差信号经第一个单刀双掷开关切换，切至π态传输线，经第二个单刀双掷开关切换后输出π态相位差信号。0态和π态切换交替进行，实现将差信号调制到信标频率f₀±4KHz上。

低噪声放大器(简称低噪放)中的低噪放芯片、0/π调制器中的开关芯片，合路谐波混频器中的混频器芯片，选用辐照不敏感芯片(砷化镓芯片)，同时低噪声放大器、0/π调制器和合路谐波混频器的壳体材料选用纯Al材并加厚盖板，厚度大于等于2.5mm，可大大提升产品的抗辐照能力，抗辐照总剂量远超出30K rad(Si)的要求。

低噪声放大器、0/π调制器，合路谐波混频器均为气密设计，内部填充N₂，采用气密波导微带转换结构和激光封焊技术，保护内部芯片电路，在轨使用寿命可长达5年以上。

气密波导微带转换结构，采用微带平面与波导E面平行的设计方法，微带与波导E面间采用同轴探针连接，同轴探针选用射频玻璃绝缘子，绝缘子一侧插入矩形波导腔宽边中心位置，实现波导与探针耦合，另一侧接线宽为0.76mm的标准50Ω微带线，经锡料焊接同轴探针外导体与壳体实现固定，完成气密波导-微带的转换过渡。

本发明的原理是：通道结构中的低噪声放大器在最前端，在接收到天线波导网络送来的和差信号，如频率为23GHz，直接进行低噪声放大。在多级线性系统级联后，系统的前级增益较大，后级的噪声系数对总噪声系数的影响可以忽略不计，设计低噪声放大器增益25dB，噪声系数仅为2.4dB，可有效降低通道的噪声系数。

差通道中的0/π调制器，接收一定频率(如4KHz)的方波信号，占空比50％，可实现将差信号调制到信标频率f₀±4KHz上。由于调制后的差信号是抑制载波的，被分离到不同频率上，经合路器可与和信号合成一路射频信号后实现单通道传输解调。其中，载波抑制指标与0/π调制器的调制相差精度密切相关，精度越高，载波抑制越高，采用准确设计微带线长度，可实现两路相差精度在2°以内，具体0/π调制器的设计原理如图3所示。

通道中最后一级为合路谐波混频器，采用微带线形式合路器与谐波混频器芯片集成设计，合路后由谐波混频器进行下变频。