月面巡视器UHF频段发射机的设计

黄波 潘强 周丰华 张康雷 李上彦

摘要：由于月球表面特殊的环境，要求UHF频段发射机具有更小的体积、更轻的质量以及更低的功耗。本文阐述了月面巡视器UHF频段发射机的组成原理、设计方案和实现方法，最后通过单机测试，结果表明该设计满足任务要求。

关键词：UHF；发射机；BPSK调制

中图分类号：V11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0167-02

1 引言

巡视器UHF频段发射机是巡视器测控数传分系统的重要组成部分。UHF频段发射机的主要任务建立巡视器与着陆器之间的单向通信链路，将巡视器的遥测参数与探测数据发送给着陆器。受到巡视器体积、质量以及功耗的限制，UHF频段发射机的设计需尽可能具有更低的功耗、更轻的重量和更小的体积。

2 UHF频段发射机的基本组成和工作原理

UHF频段发射机由电源模块、倍频调制模块以及功放模块三个模块组成，如图1所示。

电源模块由两部分组成：温补晶振与供电电源。温补晶振是UHF发射机载波频率的信号源，输出给倍频电路作为参考源使用。电源部分功能是对各路二次电源进行抗浪涌设计、EMI滤波、以及电压变换后供发射机的其它模块使用。

倍频调制模块的功能主要有两个：一是将输入参考信号倍频至载波频率，采用锁相倍频方式将参考信号倍频至载波信号，滤波器滤除倍频电路的谐波信號；二是将输入的数据整形并将数据BPSK调制到载波上。由综合电子输入的数据与时钟信号分别经LVDS芯片转换成LVTTL电平的信号。BPSK调制器将数据信号调制到载波上，然后经过滤波器滤除带外信号。

功放模块的功能是将已调信号进行功率放大。功放级部分由两级级砷化镓功率放大器组成，将信号功率放大至2W左右。末级功放管工作在非线性状态下，输出信号的谐波分量较多，滤波器用于滤除谐波信号。端口隔离电路用于保护功放级电路。检波电路的功能是将功放输出的信号转换成遥测电压，用于监测功放输出功率的强弱。

3 UHF频段发射机的设计

3.1 频率参考源的设计

为满足发射机输出的频率准确度、稳定度以及相位噪声的要求，发射机本振源可以采用温补晶振和恒温晶振，但考虑到UHF频段发射机体积、质量以及功耗的限制，本设计采用温补晶振，具有高度的频率稳定性，体积小，同时可以工作在较小的工作电流下驱动。

3.2 倍频调制模块的设计

目前，频率合成技术主要有三种形式，直接频率合成、锁相环式频率合成和直接数字式频率合成。本设计采用锁相环式频率合成技术。该频率合成技术的优点是：频谱纯、相噪好、结构简单、体积小，以满足更轻的重量和更小的体积的要求。

倍频调制电路原理如图2所示。

参考输入的晶振信号，经参考分频（÷2）后送入鉴相器。压控振荡器的输出经（÷83）分频后也送入鉴相器。鉴相器在锁相环中起到相位误差-电压的变换作用，它将参考信号和压控振荡器的输出信号进行相位比较，其输出直流电压与输入信号之间的相位差成正比。鉴相器的输出电压经环路滤波器的滤波和放大后加到压控振荡器上，调整压控振荡器的输出频率逐渐接近基准频率，最后形成频率相等，相位锁定。

环路滤波器用以滤除鉴相器输出信号中的高频分量及其噪声，并对有用的低频或直流信号进行放大。

压控振荡器的振荡频率随控制电压作线性变化，这是由于在振荡器中接入变容二极管，用改变变容管偏压的方法来控制振荡器的频率。

LVDS接口和驱动电路采用标准集成电路SN55LVDS32和54LS05将输入LVDS差分信号转换为BPSK调制器的驱动信号，BPSK调制器采用双平衡混频器实现。

输出电路采用AT42070放大器和声表滤波器，输出所需的BPSK调制信号。

3.3 固态放大器的设计

功放主要由微波链路和电源电路组成，功放组成框图如图3所示。

微波链路的功能为放大输入的微波信号，将其放大至UHF发射机所需要的功率，并抑制可能产生的带外谐杂波；电源电路则将+12V电源转换至各放大管所需的电压，并提供功率遥测与温度遥测信号。功率放大器微波信号输入功率为2±2dBm，输入通过标准衰减为两个3dB温补衰减器，使功放在温度改变时，补偿功放的链路增益，使放大器放大后的信号输出功率保持不变，放大器最后经由滤波器与隔离器输出，输出功率为33.5dBm左右。

4 测试结果

本文设计的 UHF频段发射机方案，已经成功应用于某卫星型号中，通过发射机的硬件设计和调试后，对产品主要性能指标进行了测试，测试情况见表1 所示。由表可见，测试指标都是符合当初的设计指标的。在产品重量、体积和功耗等方面获得了较大提升，对今后星上产品的小型化、轻量化设计工作具有积极意义。

参考文献

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