X频段高速数传通信机的设计与实现

发布时间：2020-07-04 03:32

【摘要】：微小卫星具有成本低、功能密度大、灵活性高及研制周期短等优点,在航天、通信、遥感及微系统等诸多领域得到了广泛应用。作为卫星的核心模块,星载通信机是实现卫星与地面间遥测、遥控、测距、测速和数传等功能的关键。同时,随着卫星任务的增多,卫星需要传输的数据量越来越大,对星载通信机数传速率的要求也越来越高。因此,研制一款适用于微小卫星的高速、小型化、低功耗和集成化的星载通信机具有重要意义。针对现阶段的应用需求,本文设计并实现了一款工作于X频段的星载通信机。该通信机集成了测控和高速数传功能,包含测控收发、数传发射和数字处理三个模块。测控收发部分采用了一次下变频、带通欠采样的外差式接收机结构和两次上变频的发射机结构。根据高速数传的功能要求,数传发射部分的硬件链路采用了直接调制结构,调制和上变频均在集成的I/Q调制器芯片中完成。为保证信息传输的正确性,本文探索了适用于高速数字通信的信道编码技术—LDPC编码,并参照CCSDS标准,对LDPC(8160,7136)码进行了编码实现。为使数传发射链路的输出功率保持稳定,本文提出了基于数字衰减器和微带线耦合器的闭环功率控制方案。经高低温验证,在-30℃～+70℃温度环境下,数传输出功率的波动小于1dB。X频段高速数传通信机的面积为180mm×174mm,质量约259g,功耗小于8.9W。经测试,测控收发模块的接收机灵敏度为-112dBm,动态范围大于60dB,测控发射功率为24dBm,测距误差小于0.8m,测速误差小于0.3cm/s,能够达到较好的测距测速效果。数传模块的最高码速率可达到100Mbps,调制信号的EVM值小于7.94%,幅度误差小于0.5dB,相位误差小于3.29°,各项指标良好。测试结果表明X频段高速数传通信机同时具有测控和高速数传功能,满足小型化、低功耗、高速和集成化的微小卫星工程应用需求。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V443.1
【图文】：

原理框图,应答机

Ｓｐａｃｅ－Ｉｔａｌｙ）为星间邋Ｒｏｓｅｔｔａ，邋Ｍａｒｓ邋Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｅｎｕｓ邋Ｅｘｐｒｅｓｓ邋等任务开发的邋Ｓ／Ｘ频段ＤＳＴ可以逡逑被认为是ＥＳＡ低中频测控应答机的代表［２３］。Ｓ／ＸＤＳＴ的接收机采用两次下变频结构，如逡逑图１．１所示，本振信号通过ＳＰＬＬ结构将ＴＣＸＯ或ＵＳＯ产生的基频频率倍频得到，ＡＤＣ在逡逑低中频采样。接收环路采用数字和模拟的混合结构，在模拟域的第二级变频处闭合，逡逑使得本振信号与接收信号具有相同的多普勒频偏，从而实现载波锁定［２４］。发射部分支逡逑持Ｓ和Ｘ两种频段，由ＳＰＬＬ、相位调制器和功放组成，遥测和测距信号由数字模块控制逡逑调相器完成调制。当工作于相干模式时，Ｓ和Ｘ波段的转发比分别为２２１／２４０和７４９／８８０，逡逑当工作于非相关模式时，下行频率由板上参考频率确定。该应答机重约６．２ｋｇ，体积逡逑为邋２５４ｍｍ邋ｘ邋１８５邋ｍｍ邋ｘ邋１６０ｍｍ邋０逡逑枿着数字信号处理能力的进一步增强和软件无线电思想的发展，采样越来越逡逑靠近天线，绝大多数的信号处理都可在数字域完成，中频数字测控应答机应运而逡逑生。如ＥＳＡ为ＢｅｐｉＣｏｌｏｍｂｏ任务设计的Ｘ／ＫａＤＳＴ即为中频数字测控应答机的代表

结构图,调制原理,直接调制,芯片

QPSK调制原理图

【参考文献】