一种星载同步模块的设计_王立亚.pdf

Application 创新应用268 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月接收和发射，图1为工作示意图。产品含有接收和发射通道，主要完成L频段的接收和发射。(1)接收一体化混合网络输出的信号（L波段），进行放大、滤波，利用100MHz的参考信号，产生本振下变频信号，混频到10100MHz信号，输出给接收处理板。（2）将处理板产生的BPSK信号调制到L波段，给到发射通道，放大、滤波后发射出去。（3）收发通道通过开关控制信号，进行切换。2 设计思路因模块为星载使用，对可靠性、工艺成熟度要求较高，因此电路采用传统工艺方式进行设计。电路板采用4层微波板设计，顶层为射频微波器件，底层为低频器件，中间层为内部走线，电路板板材选0 引言随着航天技术的发展，国家在空间探测的投入越来越多，各种星载项目运行上线。其中星载微波组件，是利用微波原理，通过与星载功放模块，天线模块的配合，通过不同频段的微波，实现对空间天体的探测和研究。微波组件相当于人造卫星的眼睛，是实现探测和分析的核心部件。本文介绍的微波组件，工作在L波段，组件内部含有上下变频两个通道，通过变频器、滤波器和放大器等器件，将AD产生的低频信号进行高功率、高频段的放大和频段搬移，实现对深空天体的高分辨率的穿透探测；同时利用低噪声放大器，接收回波小信号，并传送给AD，实现分析和判断。1 模块的工作原理产品含有接收和发射通道，主要完成L频段的作者简介：王立亚，中国电子科技集团公司第十三研究所；研究方向：微波组件、晶振。收稿日期：2022-12-15；修回日期：2023-05-12。摘要：阐述一种星载用途的微波模块，利用L波段的微波，对天体进行探测。模块含有上、下变频两个通道，将BPSK信号调制到L波段，增加发射距离。并将L波段信号搬移到低频，方便数字处理。模块采用传统工艺制作，选用高可靠、抗辐照器件进行设计，满足深空探测的需求。关键词：微波模块，L波段信号，信号调制，BPSK。中图分类号：TN79-4文章编号：1000-0755(2023)05-0268-02文献引用格式：王立亚，颜廷臣，郝志娟.一种星载同步模块的设计J.电子技术,2023,52(05):268-269.一种星载同步模块的设计王立亚，颜廷臣，郝志娟（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北050051）Abstract This paper describes a microwave module for spaceborne use,which uses L-band microwave to detect celestial bodies.The module contains up and down conversion channels to modulate BPSK signals to L-band to increase transmission distance.The L-band signal is moved to low frequency for digital processing.It is made by traditional technology,and is designed with highly reliable and radiation resistant devices to meet the needs of deep space exploration.Index Terms microwave module,L-band signal,signal modulation,BPSK.Design of a Spaceborne Synchronization ModuleWANG Liya,YAN Tingchen,HAO Zhijuan(The 13th Research Institute of China Electronics Technology Corporation,Hebei 050051,China.)图1 模块工作示意图Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 269用FR4板材，表面为喷铅锡工艺。电路板采用螺钉装配固定方式，装配到镁铝合金材质的盒体上，螺钉采用钛金属螺钉，仿真电位差的产生而造成化学腐蚀。盒体在保证阻抗抗辐照设计厚度以及微波接地良好的同时，尽可能减轻重量，以满足星载载荷的要求。所有器件采用回流焊的方式，焊接到PCB板上，满足工艺可靠性的要求。3 设计分析模块的电路具有定制性，在电特性实现上有一定的难度，以下对模块的技术难点进行分析。3.1 调制信号速率的实现和测试整机对调制速率要求最高为1MHz，该指标理论实现较容易分析，但通道模块封盖后，无法通过仪表测试该指标。为验证该指标满足工程要求，在生产过程中，在BPSK的控制端口加1MHz的TTL信号，监测驱动器的输出波形，通过波形的翻转时间，间接证明模块能满足要求。调制电路设计如图2所示，主要由驱动器和调制器组成，调制器是将现有的混频器做调制器使用，将中频端口做调制端口，射频端口作为载波信号的输入，本振端口作为载波信号的输出。驱动器电源端增加小阻值调试电阻，即不消耗功率又能对尖峰脉冲进行抑制；驱动输出后增加一级滤波器，对调制后的信号旁瓣进行抑制；信号链路为常规的滤波放大电路。电路中选用的驱动器的最高调制速率可以到5MHz，满足整机对调制速率最高1MHz的要求。驱动器连接混频器的中频端口，中频端口的最高频率为1.5GHz，远远大于协议1MHz的要求。根据以上分析，驱动器的速率为调制链路的最短板，单板测试时，测试驱动器的速率。在BPSK的控制端口加1.1MHz的TTL信号，监测驱动器的输出波形，通过波形的翻转时间，间接证明模块能满足要求。因混频器内部是二极管堆，因此驱动器后边的波形是二极管电压（约0.7V）在正负翻转。翻转信号无延迟，证明电路能满足速率的要求。图3所示为测试图形。3.2 供电响应时间的实现模块采用上下通道分时工作，对下变频通道的加电响应时间有要求，在链路实现时，采用电源调制方式进行实现，调制电路采用简单的PMOS管驱动，响应时间在20ns左右。通道内含有3个放大器。每个放大器的电源端放置了一个1 000PF电容防止自激，电源加电需要先给电容充电，每级放大器产生20ns左右的上电时间。通道模块测试时，在开关控制绝缘子上加TTL信号，用示波器监测时，会将通道延时一起测试出来。通道的带宽是5MHz，通道延时为带宽的倒数，即为是200ns。用该方法测试出的响应时间，应再减去200ns。产品的测试结果为275ns，包含200ns的通道延迟和75ns的器件上电时间。整机使用时，留给下变频信号的准备时间为500ns，满足了整机的使用环境。4 结语该模块采用传统成熟工艺进行制作，对生产出的产品进行各项电性能测试，满足预期的设计构想和整机的性能要求。模块采用的电路拓扑形式，具有一定的典型项，选用的元器件能满足星载抗辐照的要求，可以继承应用到其他星载项目上。该模块的设计思路可为星载微波领域设计师提供一种案例参考。参考文献1 丁鹭飞，耿福录，陈建春.雷达原理M.北京：电子工业出版社，2013.2 俞顺鑫.微波模块综合测试系统设计与实现D.辽宁：大连理工大学,2015.3 刘斌,范翔宇,张自伟,张烨.基于自适应尺度变换-双稳态随机共振模型的BPSK信号检测算法J.系统工程与电子技术,2022,44(07):2084-2095.4 丁凯.AWGN信道中BPSK误码率仿真分析J.微处理机,2021,42(03):23-26.图2 调制原理图 图3 测试图形