CN112187296A

CN112187296A - 一种基于频综可移的Ka频段发射机及其实现方法

Info

Publication number: CN112187296A
Application number: CN202010932442.5A
Authority: CN
Inventors: 李文裕
Original assignee: Starway Communications
Current assignee: Starway Communications
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-01-05

Abstract

本发明公开了一种基于频综可移的Ka频段发射机及其实现方法，其中Ka频段发射机包括二次变频模块，用于对输入的第一信号进行变频处理；微波驱动模块，用于对所述第二信号执行放大及滤波处理；末级空间功率合成模块，用于通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对所述第三信号进行功率放大；耦合检波模块，用于对所述第四信号进行耦合和检波。本发明通过在传统方法中的变频环节增加基于频综可移的二次变频技术，在功率合成环节使用空间功率合成和波导功分合成的组合技术，实现了发射机无需定制化即可适用于Ka频段全频段的技术效果，同时有效提升了发射机的功率合成效率，使得Ka频段发射机可以适用于更多的应用场景。

Description

一种基于频综可移的Ka频段发射机及其实现方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于频综可移的Ka频段发射机及其实现方法。

背景技术

伴随着近些年卫星通信领域中高通量卫星移动通信技术的迅猛发展，Ka频段经过广泛地开发和利用，已经成为了未来高通量通信应用的主要频段之一。但由于Ka频段整体频带较宽，应用领域所占有的频段只是其中一部分，在中频输入相同的情况下，由于应用途径不同毫米波的输出频段各不相同，往往导致其之间不能兼容使用。

对于目前Ka频段发射机而言，传统方法是通过固定一个本振频率，将一定范围内的中频输入去对应固定范围的毫米波输出，输出对应的频段窄，不能覆盖整个Ka频段，同时又因为本振频率是固定的，毫米波输出频率无法改变，所以需要根据应用场景的需求进行定制化设计；与此同时，目前实际应用的功率放大器多采用微带或波导的平面合成方式进行功率合成，受二叉树多级合成插损增加的影响，输出功率通常为20W左右，输出功率较小；上述缺点极大地限制了Ka频段发射机的应用场景和性能，因此如何改进以上不足是当前急需解决的技术问题。

发明内容

为至少解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于频综可移的Ka频段发射机及其实现方法。

根据本发明实施例的第一方面，一种基于频综可移的Ka频段发射机，包括：

二次变频模块，用于对输入的第一信号进行变频处理，输出第二信号；

微波驱动模块，与所述二次变频模块连接，用于对所述第二信号执行放大及滤波处理，输出第三信号；

末级空间功率合成模块，与所述微波驱动模块连接，用于通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出第四信号；

耦合检波模块，与所述末级空间功率合成模块连接，用于对所述第四信号进行耦合和检波。

进一步，所述二次变频模块，包括：

中频放大单元，用于对所述第一信号进行中频放大和滤波，输出第一放大信号；

固定频综本振单元，与所述中频放大单元连接，用于对所述第一放大信号进行混频，输出第一混频信号；

高频放大单元，与所述固定频综本振单元连接，用于对所述第一混频信号进行高频放大和滤波，输出第二放大信号；

可移频综本振单元，与高频放大单元连接，用于对所述第二放大信号进行混频，输出所述第二信号。

进一步，所述末级空间功率合成模块，包括：

一分四路功放器，用于将所述第三信号分配输入至四通道分别进行功率放大；

空间功率合成单元，与所述一分四路功放器连接，用于通过空间功率合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出空间功率放大信号；

四合一合成器，与所述空间功率合成单元连接，用于通过波导功分合成的方式将所述空间功率放大信号进行合成，输出所述第四信号。

进一步，所述空间功率合成单元采用氮化镓芯片。

进一步，还包括：

电源单元，用于向发射机供能；

监控单元，与电源单元连接，用于对所述发射机进行功能设置，监控所述发射机的运行状态并上报运行数据。

根据本发明实施例的第二方面，一种方法，包括：

获取第一信号，并对所述第一信号进行变频处理，输出第二信号；

对所述第二信号执行放大及滤波处理，输出第三信号；

通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出第四信号；

对所述第四信号进行耦合和检波。

进一步，所述获取第一信号，并对所述第一信号进行变频处理，输出第二信号这一步骤，包括：

对所述第一信号进行中频放大和滤波，输出第一放大信号；

对所述第一放大信号进行混频，输出第一混频信号；

对所述第一混频信号进行高频放大和滤波，输出第二放大信号；

对所述第二放大信号进行混频，输出所述第二信号。

进一步，所述通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出第四信号这一步骤，包括：

将所述第三信号分配输入至四通道分别进行功率放大；

通过空间功率合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出空间功率放大信号；

通过波导功分合成的方式将所述空间功率放大信号进行合成，输出所述第四信号。

本发明的有益效果是：通过在传统方法中的变频环节增加基于频综可移的二次变频技术，在功率合成环节使用空间功率合成和波导功分合成的组合技术，实现了发射机无需定制化即可适用于Ka频段全频段的技术效果，同时有效提升了发射机的功率合成效率，使得Ka频段发射机可以适用于更多的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本方明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例提供的***连接图；

图2是本发明实施例提供的实施例A的示意图；

图3是本发明实施例提供的实施例B的示意图；

图4是本发明实施例提供的步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参照图1，所示为根据本发明实施例提供的***连接图，包括：

二次变频模块100，用于对输入的第一信号进行变频处理，输出第二信号，需要说明的是，第一信号一般为中频信号；其中，二次变频模块100还包括：中频放大单元101，用于对第一信号进行中频放大和滤波，输出第一放大信号；固定频综本振单元102，与中频放大单元101连接，用于对第一放大信号进行混频，输出第一混频信号；高频放大单元103，与固定频综本振单元102连接，用于对第一混频信号进行高频放大和滤波，输出第二放大信号；可移频综本振单元104，与高频放大单元103连接，用于对第二放大信号进行混频，输出第二信号。

微波驱动模块200，与二次变频模块100连接，用于对第二信号执行放大及滤波处理，输出第三信号。

末级空间功率合成模块300，与微波驱动模块200连接，用于通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对第三信号进行功率放大，输出第四信号；其中，末级空间功率合成模块300还包括：一分四路功放器301，用于将第三信号分配输入至四通道分别进行功率放大；空间功率合成单元302，用于通过空间功率合成的方式对第三信号进行功率放大，输出空间功率放大信号；四合一合成器303，与空间功率合成单元302连接，用于通过波导功分合成的方式将空间功率放大信号进行合成，输出第四信号。

需要说明的是，在部分实施例中，空间功率合成单元302一般存在4个，分别与一分四路功放器301连接，均采用氮化镓芯片设计，主要得益于氮化镓本身具有高功率、高稳定性、更宽带宽的特点；每个空间功率合成单元302可以输出80W的功率，再经由四合一合成器303进行功率合成，可以输出大于200W的功率，由此保证了发射机再通过耦合组件后，总功率大于200W。

耦合检波模块400，与末级空间功率合成模块300连接，用于对第四信号进行耦合和检波。

需要说明的是，基于频综可移的Ka频段发射机还包括电源单元，用于向发射机供能；监控单元，与电源单元连接，用于对发射机进行功能设置，监控发射机的运行状态并上报运行数据。

参照图2，所示为根据本发明实施例提供的实施例A的示意图，实施例A展示的是可移频综原理，需要说明的是，可移频综可以理解成为了覆盖输出更宽的带宽应用，在对第二放大信号进行混频时采用的本振频率可以在一定范围内变化，进而使得混频后的频率也可以在一定范围内变化；主要通过MCU中存储的程序控制可移频综本振单元104输出的本振频率；上位机在根据实际需求设置对应频率后，MCU对鉴相器进行配置；配置后，压控振荡器输出一个初始本振频率，经过分频后与参考输入信号进行鉴相，输出CP电流，经过环路滤波后转换为电压控制压控振荡器，直到锁定后输出本振频率；通过上位机设置本振频率输出范围为f1～f2，设置步进为10MHz；压控振荡器输出本振频率后，会经过滤波、倍频、再次滤波后与MIX2进行第二次混频，即与第二放大信号进行混频；输出Ka频段，通过频综移动后覆盖27.5-31GHz的毫米波频段信号；频率步进为20MHz；混频公式为：

LO+IF＝RF,

其中IF代表固定带宽频率，LO代表可变频率f1～f2，RF代表跟随LO变化的可移动频率。

通过该方法，可以在中频带宽固定的情况下，经由混频环节达到覆盖更宽的毫米波范围，满足不同应用场景需求。

参照图3，所示为根据本发明实施例提供的实施例B的示意图，实施例B展示的是整体流程，具体包括：

输入第一信号至中频放大单元101，此处所提及的中频放大单元101实际为一个中频放大电路，经由中频放大单元101对第一信号进行中频放大和滤波，进而输出第一放大信号至固定频综本振单元102；固定频综本振单元102用固定的本振频率与第一放大信号进行第一次混频，进而输出第一混频信号至高频放大单元103，此处所提及的高频放大单元103实际为一个高频放大电路；经由高频放大单元103对第一混频信号进行高频放大和滤波，进而输出第二放大信号至可移频综本振单元104，对于可移频综本振单元104中本振频率的变化原理参照关于图2的表述内容；进而输出第二信号至微波驱动模块200，经由微波驱动模块200对第二信号执行放大及滤波处理；进而输出第三信号至末级空间功率合成模块300，第三信号经过末级空间功率合成模块300中空间功率合成和波导功分合成组合的方式进行合成；进而输出第四信号至耦合检波模块400，对第四信号进行耦合和检波；最终输出的即根据实际应用场景需求的Ka频段信号。

参照图4，所示为根据本发明实施例提供的步骤流程图，包括步骤S100～S400：

S100、获取第一信号，并对所述第一信号进行变频处理，输出第二信号；

可选的，S100可以通过以下步骤实现：

S101、对所述第一信号进行中频放大和滤波，输出第一放大信号；

S102、对所述第一放大信号进行混频，输出第一混频信号；

S103、对所述第一混频信号进行高频放大和滤波，输出第二放大信号；

S104、对所述第二放大信号进行混频，输出所述第二信号。

S200、对所述第二信号执行放大及滤波处理，输出第三信号；

S300、通过结合空间功率合成与波导功分合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出第四信号；

可选的，步骤S300可以通过以下步骤实现：

S301、将所述第三信号分配输入至四通道分别进行功率放大；

S302、通过空间功率合成的方式对所述第三信号进行功率放大，输出空间功率放大信号；

S303、通过波导功分合成的方式将所述空间功率放大信号进行合成，输出所述第四信号。

S400、对所述第四信号进行耦合和检波。

图1所示的***实施例中的内容均适用于本方法实施例，本方法实施例所实现的功能与图1所示的***实施例相同，并且达到的有益效果与图1所示的***实施例所达到的有益效果也相同。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种基于频综可移的Ka频段发射机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于频综可移的Ka频段发射机，其特征在于，所述二次变频模块，包括：

3.根据权利要求1所述的基于频综可移的Ka频段发射机，其特征在于，所述末级空间功率合成模块，包括：

4.根据权利要求3所述的基于频综可移的Ka频段发射机，其特征在于，所述空间功率合成单元采用氮化镓芯片。

5.根据权利要求1所述的基于频综可移的Ka频段发射机，其特征在于，所述Ka频段发射机还包括：