黃波 潘強(qiáng) 周豐華 張康雷 李上彥

摘要：由于月球表面特殊的環(huán)境，要求UHF頻段發(fā)射機(jī)具有更小的體積、更輕的質(zhì)量以及更低的功耗。本文闡述了月面巡視器UHF頻段發(fā)射機(jī)的組成原理、設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，最后通過單機(jī)測試，結(jié)果表明該設(shè)計(jì)滿足任務(wù)要求。

關(guān)鍵詞：UHF；發(fā)射機(jī)；BPSK調(diào)制

中圖分類號：V11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0167-02

1 引言

巡視器UHF頻段發(fā)射機(jī)是巡視器測控?cái)?shù)傳分系統(tǒng)的重要組成部分。UHF頻段發(fā)射機(jī)的主要任務(wù)建立巡視器與著陸器之間的單向通信鏈路，將巡視器的遙測參數(shù)與探測數(shù)據(jù)發(fā)送給著陸器。受到巡視器體積、質(zhì)量以及功耗的限制，UHF頻段發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)需盡可能具有更低的功耗、更輕的重量和更小的體積。

2 UHF頻段發(fā)射機(jī)的基本組成和工作原理

UHF頻段發(fā)射機(jī)由電源模塊、倍頻調(diào)制模塊以及功放模塊三個模塊組成，如圖1所示。

電源模塊由兩部分組成：溫補(bǔ)晶振與供電電源。溫補(bǔ)晶振是UHF發(fā)射機(jī)載波頻率的信號源，輸出給倍頻電路作為參考源使用。電源部分功能是對各路二次電源進(jìn)行抗浪涌設(shè)計(jì)、EMI濾波、以及電壓變換后供發(fā)射機(jī)的其它模塊使用。

倍頻調(diào)制模塊的功能主要有兩個：一是將輸入?yún)⒖夹盘柋额l至載波頻率，采用鎖相倍頻方式將參考信號倍頻至載波信號，濾波器濾除倍頻電路的諧波信號；二是將輸入的數(shù)據(jù)整形并將數(shù)據(jù)BPSK調(diào)制到載波上。由綜合電子輸入的數(shù)據(jù)與時鐘信號分別經(jīng)LVDS芯片轉(zhuǎn)換成LVTTL電平的信號。BPSK調(diào)制器將數(shù)據(jù)信號調(diào)制到載波上，然后經(jīng)過濾波器濾除帶外信號。

功放模塊的功能是將已調(diào)信號進(jìn)行功率放大。功放級部分由兩級級砷化鎵功率放大器組成，將信號功率放大至2W左右。末級功放管工作在非線性狀態(tài)下，輸出信號的諧波分量較多，濾波器用于濾除諧波信號。端口隔離電路用于保護(hù)功放級電路。檢波電路的功能是將功放輸出的信號轉(zhuǎn)換成遙測電壓，用于監(jiān)測功放輸出功率的強(qiáng)弱。

3 UHF頻段發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)

3.1 頻率參考源的設(shè)計(jì)

為滿足發(fā)射機(jī)輸出的頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度以及相位噪聲的要求，發(fā)射機(jī)本振源可以采用溫補(bǔ)晶振和恒溫晶振，但考慮到UHF頻段發(fā)射機(jī)體積、質(zhì)量以及功耗的限制，本設(shè)計(jì)采用溫補(bǔ)晶振，具有高度的頻率穩(wěn)定性，體積小，同時可以工作在較小的工作電流下驅(qū)動。

3.2 倍頻調(diào)制模塊的設(shè)計(jì)

目前，頻率合成技術(shù)主要有三種形式，直接頻率合成、鎖相環(huán)式頻率合成和直接數(shù)字式頻率合成。本設(shè)計(jì)采用鎖相環(huán)式頻率合成技術(shù)。該頻率合成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：頻譜純、相噪好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小，以滿足更輕的重量和更小的體積的要求。

倍頻調(diào)制電路原理如圖2所示。

參考輸入的晶振信號，經(jīng)參考分頻（÷2）后送入鑒相器。壓控振蕩器的輸出經(jīng)（÷83）分頻后也送入鑒相器。鑒相器在鎖相環(huán)中起到相位誤差-電壓的變換作用，它將參考信號和壓控振蕩器的輸出信號進(jìn)行相位比較，其輸出直流電壓與輸入信號之間的相位差成正比。鑒相器的輸出電壓經(jīng)環(huán)路濾波器的濾波和放大后加到壓控振蕩器上，調(diào)整壓控振蕩器的輸出頻率逐漸接近基準(zhǔn)頻率，最后形成頻率相等，相位鎖定。

環(huán)路濾波器用以濾除鑒相器輸出信號中的高頻分量及其噪聲，并對有用的低頻或直流信號進(jìn)行放大。

壓控振蕩器的振蕩頻率隨控制電壓作線性變化，這是由于在振蕩器中接入變?nèi)荻O管，用改變變?nèi)莨芷珘旱姆椒▉砜刂普袷幤鞯念l率。

LVDS接口和驅(qū)動電路采用標(biāo)準(zhǔn)集成電路SN55LVDS32和54LS05將輸入LVDS差分信號轉(zhuǎn)換為BPSK調(diào)制器的驅(qū)動信號，BPSK調(diào)制器采用雙平衡混頻器實(shí)現(xiàn)。

輸出電路采用AT42070放大器和聲表濾波器，輸出所需的BPSK調(diào)制信號。

3.3 固態(tài)放大器的設(shè)計(jì)

功放主要由微波鏈路和電源電路組成，功放組成框圖如圖3所示。

微波鏈路的功能為放大輸入的微波信號，將其放大至UHF發(fā)射機(jī)所需要的功率，并抑制可能產(chǎn)生的帶外諧雜波；電源電路則將+12V電源轉(zhuǎn)換至各放大管所需的電壓，并提供功率遙測與溫度遙測信號。功率放大器微波信號輸入功率為2±2dBm，輸入通過標(biāo)準(zhǔn)衰減為兩個3dB溫補(bǔ)衰減器，使功放在溫度改變時，補(bǔ)償功放的鏈路增益，使放大器放大后的信號輸出功率保持不變，放大器最后經(jīng)由濾波器與隔離器輸出，輸出功率為33.5dBm左右。

4 測試結(jié)果

本文設(shè)計(jì)的 UHF頻段發(fā)射機(jī)方案，已經(jīng)成功應(yīng)用于某衛(wèi)星型號中，通過發(fā)射機(jī)的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試后，對產(chǎn)品主要性能指標(biāo)進(jìn)行了測試，測試情況見表1 所示。由表可見，測試指標(biāo)都是符合當(dāng)初的設(shè)計(jì)指標(biāo)的。在產(chǎn)品重量、體積和功耗等方面獲得了較大提升，對今后星上產(chǎn)品的小型化、輕量化設(shè)計(jì)工作具有積極意義。

參考文獻(xiàn)

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