月面巡視器UHF頻段發射機的設計

黃波 潘強 周豐華 張康雷 李上彥

摘要：由于月球表面特殊的環境，要求UHF頻段發射機具有更小的體積、更輕的質量以及更低的功耗。本文闡述了月面巡視器UHF頻段發射機的組成原理、設計方案和實現方法，最后通過單機測試，結果表明該設計滿足任務要求。

關鍵詞：UHF；發射機；BPSK調制

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

1 引言

巡視器UHF頻段發射機是巡視器測控數傳分系統的重要組成部分。UHF頻段發射機的主要任務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與探測數據發送給著陸器。受到巡視器體積、質量以及功耗的限制，UHF頻段發射機的設計需盡可能具有更低的功耗、更輕的重量和更小的體積。

2 UHF頻段發射機的基本組成和工作原理

UHF頻段發射機由電源模塊、倍頻調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：溫補晶振與供電電源。溫補晶振是UHF發射機載波頻率的信號源，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行抗浪涌設計、EMI濾波、以及電壓變換后供發射機的其它模塊使用。

倍頻調制模塊的功能主要有兩個：一是將輸入參考信號倍頻至載波頻率，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；二是將輸入的數據整形并將數據BPSK調制到載波上。由綜合電子輸入的數據與時鐘信號分別經LVDS芯片轉換成LVTTL電平的信號。BPSK調制器將數據信號調制到載波上，然后經過濾波器濾除帶外信號。

功放模塊的功能是將已調信號進行功率放大。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功放級電路。檢波電路的功能是將功放輸出的信號轉換成遙測電壓，用于監測功放輸出功率的強弱。

3 UHF頻段發射機的設計

3.1 頻率參考源的設計

為滿足發射機輸出的頻率準確度、穩定度以及相位噪聲的要求，發射機本振源可以采用溫補晶振和恒溫晶振，但考慮到UHF頻段發射機體積、質量以及功耗的限制，本設計采用溫補晶振，具有高度的頻率穩定性，體積小，同時可以工作在較小的工作電流下驅動。

3.2 倍頻調制模塊的設計

目前，頻率合成技術主要有三種形式，直接頻率合成、鎖相環式頻率合成和直接數字式頻率合成。本設計采用鎖相環式頻率合成技術。該頻率合成技術的優點是：頻譜純、相噪好、結構簡單、體積小，以滿足更輕的重量和更小的體積的要求。

倍頻調制電路原理如圖2所示。

參考輸入的晶振信號，經參考分頻（÷2）后送入鑒相器。壓控振蕩器的輸出經（÷83）分頻后也送入鑒相器。鑒相器在鎖相環中起到相位誤差-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環路濾波器的濾波和放大后加到壓控振蕩器上，調整壓控振蕩器的輸出頻率逐漸接近基準頻率，最后形成頻率相等，相位鎖定。

環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容二極管，用改變變容管偏壓的方法來控制振蕩器的頻率。

LVDS接口和驅動電路采用標準集成電路SN55LVDS32和54LS05將輸入LVDS差分信號轉換為BPSK調制器的驅動信號，BPSK調制器采用雙平衡混頻器實現。

輸出電路采用AT42070放大器和聲表濾波器，輸出所需的BPSK調制信號。

3.3 固態放大器的設計

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發射機所需要的功率，并抑制可能產生的帶外諧雜波；電源電路則將+12V電源轉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，輸入通過標準衰減為兩個3dB溫補衰減器，使功放在溫度改變時，補償功放的鏈路增益，使放大器放大后的信號輸出功率保持不變，放大器最后經由濾波器與隔離器輸出，輸出功率為33.5dBm左右。

4 測試結果

本文設計的 UHF頻段發射機方案，已經成功應用于某衛星型號中，通過發射機的硬件設計和調試后，對產品主要性能指標進行了測試，測試情況見表1 所示。由表可見，測試指標都是符合當初的設計指標的。在產品重量、體積和功耗等方面獲得了較大提升，對今后星上產品的小型化、輕量化設計工作具有積極意義。

參考文獻

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