一種基于sip技術(shù)的微型星載x波段數(shù)傳發(fā)射裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，包括：接口芯片、SIP芯片、遙測接口和電源變換模塊。SIP芯片包括：溫補(bǔ)晶振、鎖相環(huán)、調(diào)制器、一級衰減-濾波-放大電路、二級衰減-濾波-放大電路、檢波電路、電流驅(qū)動電路、極性變換電路；電流驅(qū)動電路放大星上數(shù)據(jù)的驅(qū)動電流，極性變換電路對星上數(shù)據(jù)映射成正負(fù)極性電平信號并輸入調(diào)制器，溫補(bǔ)晶振通過鎖相環(huán)產(chǎn)生X波段本振信號并輸入調(diào)制器，調(diào)制器根據(jù)正負(fù)極性電平信號以及X波段本振信號調(diào)制輸出星上調(diào)制信號，星上調(diào)制信號依次經(jīng)過一級衰減-濾波-放大電路以及二級衰減-濾波-放大電路的濾波和放大后輸入檢波器進(jìn)行檢波輸出，以及輸入天線進(jìn)行數(shù)傳發(fā)射。
【專利說明】—種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星數(shù)傳通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]星載數(shù)傳發(fā)射裝置的主要完成星上數(shù)據(jù)的調(diào)制、濾波和放大，并通過天線對地傳輸。其核心作用是將基帶信號頻譜搬移到衛(wèi)星通信的指定信道上，并使信號滿足星地鏈路EIRP (等效全向輻射功率)的要求，確保地面站的接收誤碼率滿足任務(wù)需求。數(shù)傳發(fā)射裝置是衛(wèi)星數(shù)傳鏈路中的必不可少的設(shè)備。
[0004]一般的數(shù)傳發(fā)射裝置采用數(shù)字邏輯器件、射頻器件、射頻組件以及分立元器件來實(shí)現(xiàn)，通過大規(guī)模邏輯器件如FPGA完成星上數(shù)據(jù)流的串并或并串變換和電流驅(qū)動，通過分立元件完成數(shù)字信號的極性變換，通過晶振、直倍頻器等獨(dú)立射頻組件產(chǎn)生本振信號，通過調(diào)制模塊、濾波器等射頻器件完成調(diào)制和濾波功能。裝置一般采用QPSK調(diào)制方式，調(diào)制速率在10(T450Mbps范圍內(nèi)，體積約為200mmX160mmX50mm，重量約為2kg，功耗不小于13W，其輸出功率為(T4dBm，且不包含功率放大設(shè)備如行波管或固態(tài)功放。
[0005]微納衛(wèi)星是近年來衛(wèi)星發(fā)展的新興方向，通常按衛(wèi)星的質(zhì)量劃分，一般將KTlOOkg的稱為微型衛(wèi)星，f IOkg的稱為納衛(wèi)星。目前的數(shù)傳發(fā)射裝置由于電路復(fù)雜、元器件種類和數(shù)量繁多，采用多個獨(dú)立射頻器件、組件和分立器件來實(shí)現(xiàn)，使裝置內(nèi)部有大量金屬殼體和封裝，造成其體積、重量和功耗都比較大，無法適應(yīng)微納衛(wèi)星的應(yīng)用。同時，采用大規(guī)模邏輯器件使得裝置容易受到單粒子翻轉(zhuǎn)的影響。單粒子翻轉(zhuǎn)是發(fā)生在具有單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)的邏輯器件和邏輯電路的一種帶電粒子輻射效應(yīng)。這種效應(yīng)會使大規(guī)模邏輯器件發(fā)生邏輯或配置錯誤，造成整個數(shù)傳鏈路出現(xiàn)誤碼甚至失效。此外，對于微納衛(wèi)星而言，由于受功耗限制，信號EIRP值比較緊張，在雨天或信道噪聲功率較大的不良環(huán)境條件下往往需要降低數(shù)據(jù)傳輸速率或改變調(diào)制方式來提高信號的信噪比。一般的數(shù)傳發(fā)射裝置采用固定的調(diào)制方式和固定傳輸速率，并不能適應(yīng)這一要求。
[0006]目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，包括:
接口芯片，接收星上數(shù)據(jù)并對星上數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；
SIP芯片，連接接口芯片，SIP芯片包括:溫補(bǔ)晶振、鎖相環(huán)、調(diào)制器、一級衰減-濾波-放大電路、二級衰減-濾波-放大電路、檢波電路、電流驅(qū)動電路、極性變換電路；其中，電流驅(qū)動電路連接接口芯片，用以放大星上數(shù)據(jù)的驅(qū)動電流，極性變換電路連接電流驅(qū)動電路，用以對星上數(shù)據(jù)映射成正負(fù)極性電平信號并輸入調(diào)制器，溫補(bǔ)晶振通過鎖相環(huán)產(chǎn)生X波段本振信號并輸入調(diào)制器，調(diào)制器根據(jù)正負(fù)極性電平信號以及X波段本振信號調(diào)制輸出星上調(diào)制信號，星上調(diào)制信號依次經(jīng)過一級衰減-濾波-放大電路以及二級衰減-濾波-放大電路的濾波和放大后輸入檢波器進(jìn)行檢波輸出，以及輸入一天線進(jìn)行數(shù)傳發(fā)射；
遙測接口，連接檢波器，將檢波輸出作為遙測信號進(jìn)行輸出；
電源變換模塊，連接SIP芯片，用以完成一次電源變換。
[0009]較佳的，一級衰減-濾波-放大電路進(jìn)行飽和輸出，包括依次連接的:衰減器、微帶濾波器以及一級LNA放大器；二級衰減-濾波-放大電路用以淺飽和輸出，包括依次連接的:衰減器、MEMS濾波器以及二級功放器。
[0010]較佳的，二級衰減-濾波-放大電路的輸出端連接有一微帶濾波器，用以控制輸出頻率范圍。
[0011]較佳的，檢波器采用平行耦合線耦合出部分經(jīng)過二級衰減-濾波-放大電路的濾波和放大后的星上調(diào)制信號的功率，在通過肖特基二極管進(jìn)行檢波，檢波后通過遙測接口放大并輸出1.5V-3.3V的直流信號。
[0012]較佳的，基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置采用的電路板為多層復(fù)合介質(zhì)，將微帶板與普通印制板結(jié)合，用以保證高頻新能和力學(xué)強(qiáng)度。
[0013]本發(fā)明可用于微納衛(wèi)星的數(shù)傳發(fā)射裝置，以解決一般星載數(shù)傳發(fā)射裝置體積、重量、功耗無法適應(yīng)微小衛(wèi)星應(yīng)用的問題。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1所示的是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示的是本發(fā)明的SIP芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]為了便于對本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以具體實(shí)施例為例作進(jìn)一步的解釋說明，且各個實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，包括:LVDS (Low Voltage Differential Signaling,低壓差分信號)數(shù)據(jù)接口 USIP (SystemIn Package，系統(tǒng)級封裝)芯片2、電源變換模塊3、遙測接口 4。本發(fā)明的工作流程為:通過LVDS接口 I接收來自星上的數(shù)字信號，由SIP芯片2完成數(shù)字信號的電流驅(qū)動、極性映射，產(chǎn)生X波段本振信號，由SIP芯片2中的調(diào)制器完成調(diào)制，再通過兩級濾波放大電路進(jìn)行已調(diào)信號的放大濾波，最后將信號送天線進(jìn)行發(fā)射。電源變換模塊，完成一次電源變換。同時，SIP芯片2中的耦合檢波電路將輸出信號的功率轉(zhuǎn)化為直流電壓，通過遙測電路放大后對外輸出。本發(fā)明的電路板采用多層復(fù)合介質(zhì)電路進(jìn)行設(shè)計，將微帶板與普通印制板結(jié)合使用，既保證了高頻性能，又具備了力學(xué)強(qiáng)度。
[0020]如圖2所示，SIP芯片2包括:溫補(bǔ)晶振、鎖相環(huán)、調(diào)制器、兩級衰減-濾波-放大電路、檢波電路、電流驅(qū)動、極性變換電路。通過SIP技術(shù)將裸芯片及電路集成到I塊芯片內(nèi)，單片SIP芯片完全實(shí)現(xiàn)本振產(chǎn)生、數(shù)字信號驅(qū)動、極性變換、X波段射頻直調(diào)、限帶濾波和功率放大功能。外圍電路僅需要電源變換模塊、數(shù)據(jù)接口芯片和遙測接口電路即可實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)傳功能，極大的簡化了電路的設(shè)計，縮小了電路規(guī)模。
[0021]其工作原理描述如下:電流驅(qū)動電路用于放大數(shù)字信號的驅(qū)動電流，再由極性變換電路將數(shù)字信號映射成正負(fù)極性電平信號。溫補(bǔ)晶振信號通過鎖相倍頻的方式產(chǎn)生X波段本振信號，送入調(diào)制器中作為星上調(diào)制數(shù)據(jù)的載波信號，兩級衰減-濾波-放大電路完成已調(diào)信號的放大和濾波功能。通過使第一級放大器飽和輸出，第二級放大器淺飽和輸出，克服了三種調(diào)制方式下調(diào)制器輸出功率變化超過4dB的問題，使芯片輸出功率變化小于±ldB ;此外，SIP芯片中的檢波電路耦合出一部分輸出功率信號，通過遙測接口電路放大后作為遙測信號輸出。
[0022]SIP芯片內(nèi)部的調(diào)制器采用砷化鎵工藝的雙平衡混頻器，支持4~8.5GHz頻率的射頻信號和DCT3.5Gbps的基帶信號進(jìn)行直調(diào)，通過選擇使用調(diào)制器兩個中頻接口中的I個或2個，或者使兩路中頻輸入信號的相對相位延時為90°，可實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK、OQPSK三種調(diào)制方式的無縫切換。
[0023]SIP芯片中集成了檢波電路，采用平行耦合線耦合出部分輸出功率，再通過肖特基二極管進(jìn)行檢波，被檢波的 信號為X波段已調(diào)寬帶信號，檢波后的直流信號通過遙測接口電路放大至1.5^3.3V電壓之間。
[0024]通過SIP專有技術(shù)如覆晶技術(shù)、線結(jié)合技術(shù)、多層堆疊技術(shù)、高密度黏著技術(shù)等將未封裝的裸芯片集成到一塊芯片內(nèi)，完整集成了數(shù)傳發(fā)射系統(tǒng)的核心功能。SIP芯片2采用鎖相環(huán)倍頻產(chǎn)生本振信號，參考源采用20MHz溫補(bǔ)晶振，采用鑒相頻率為20MHz的鑒相器進(jìn)行倍頻，參考源經(jīng)400倍頻產(chǎn)生8000 MHz的X波段本振信號；SIP芯片2中的調(diào)制器采用砷化鎵工藝的雙平衡混頻器，支持4~8.5GHz頻率的射頻信號和D(T3.5Gbps的基帶信號進(jìn)行直調(diào)。如圖3所示，通過選擇使用調(diào)制器兩個中頻接口中的I個或2個，或者使兩路中頻輸入信號的相對相位延時保持90°，可分別實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK, OQPSK三種調(diào)制方式；SIP芯片中集成了兩級濾波放大電路，兩級濾波器分別采用微帶濾波器和MEMS濾波器實(shí)現(xiàn)。先將調(diào)制后的(TldBm射頻信號通過一級放大得到IOdBm信號，再通過二級放大使輸出信號功率大于2W，對不同調(diào)制方式而言，BPSK下輸出功率為0~ldBm，QPSK及OQPSK下輸出功率為3~4dBm,通過使第一級放大器(LNA, low-noise amplifier,低噪音放大器)飽和輸出，第二級放大器(功放)淺飽和輸出，可使三種調(diào)制方式下輸出功率變化小于±ldB ； SIP芯片中集成了檢波電路，采用平行耦合線耦合出部分輸出功率，并通過肖特基二極管完成檢波，被檢波的信號為X波段已調(diào)寬帶信號，檢波后的直流信號通過遙測接口電路放大至1.5^3.3V電壓之間。
[0025]本發(fā)明的體積為45mmX45mmX 30mm,重量小于70g,總功耗不超過9W。由于體積小、重量輕，該裝置可以直接安裝在數(shù)傳天線口上，輸出與數(shù)傳天線直接連接，無需通過饋線傳輸，最大程度的減小了下行數(shù)傳鏈路的饋線損耗。本發(fā)明中不包含F(xiàn)PGA，無需對數(shù)字信號進(jìn)行處理即可直接完成調(diào)制。因此該裝置對單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)完全免疫?？山邮兆罡?00Mbps碼速率的數(shù)據(jù)完成調(diào)制，并且無需做任何改動，可自適應(yīng)碼速率從D(T300Mbps的變化。
[0026]同一般的數(shù)傳發(fā)射裝置相比，本發(fā)明通過SIP技術(shù)在單片芯片中實(shí)現(xiàn)了本振產(chǎn)生、信號驅(qū)動、極性變換、X波段射頻調(diào)制、限帶濾波和功率放大等功能。通過SIP專有技術(shù)如覆晶技術(shù)、線結(jié)合技術(shù)、多層堆疊技術(shù)、高密度黏著技術(shù)等將未封裝的裸芯片集成到I塊芯片內(nèi)，完整集成了數(shù)傳發(fā)射系統(tǒng)的核心功能，簡化了外圍電路的設(shè)計，極大的減小了裝置的體積、重量和功耗。本發(fā)明在發(fā)射裝置中集成了調(diào)制信號放大功能，無需專有功率設(shè)備如行波管、固態(tài)功放等對信號進(jìn)行放大，可直接與數(shù)傳天線連接。通過在SIP芯片中集成了兩級衰減-濾波-放大網(wǎng)絡(luò)替代隔離器，實(shí)現(xiàn)了反射信號的抑制，縮小了裝置的體積和重量；本發(fā)明中該裝置不包含大規(guī)模邏輯器件，因而不受單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響；支持BPSK、QPSK,OQPSK三種調(diào)制方式的無縫切換；調(diào)制速率能夠自適應(yīng)D(T300Mbps ;支持衛(wèi)星在雨天或信道噪聲功率較大的不良環(huán)境條件下切換調(diào)制方式或降級傳輸速率。本發(fā)明的體積約為一般數(shù)傳發(fā)射裝置的1/42，重量約為一般數(shù)傳發(fā)射裝置2.5%，功耗約為一般數(shù)傳發(fā)射裝置的1/2。由于其體積小，質(zhì)量輕，可安裝在天線接口端，直接與數(shù)傳天線連接，最大程度的減小饋線損耗。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于小衛(wèi)星或微納衛(wèi)星的數(shù)傳系統(tǒng)中。另外，本裝置還可應(yīng)用于微小衛(wèi)星的數(shù)傳測控一體化設(shè)計中，并可向常規(guī)衛(wèi)星的數(shù)傳系統(tǒng)推廣。
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，其特征在于，包括: 接口芯片，接收星上數(shù)據(jù)并對星上數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換； SIP芯片，連接所述接口芯片，所述SIP芯片包括:溫補(bǔ)晶振、鎖相環(huán)、調(diào)制器、一級衰減-濾波-放大電路、二級衰減-濾波-放大電路、檢波電路、電流驅(qū)動電路、極性變換電路；其中，所述電流驅(qū)動電路連接所述接口芯片，用以放大星上數(shù)據(jù)的驅(qū)動電流，所述極性變換電路連接所述電流驅(qū)動電路，用以對星上數(shù)據(jù)映射成正負(fù)極性電平信號并輸入所述調(diào)制器，所述溫補(bǔ)晶振通過所述鎖相環(huán)產(chǎn)生X波段本振信號并輸入所述調(diào)制器，所述調(diào)制器根據(jù)所述正負(fù)極性電平信號以及所述X波段本振信號調(diào)制輸出星上調(diào)制信號，所述星上調(diào)制信號依次經(jīng)過所述一級衰減-濾波-放大電路以及所述二級衰減-濾波-放大電路的濾波和放大后輸入所述檢波器進(jìn)行檢波輸出，以及輸入一天線進(jìn)行數(shù)傳發(fā)射； 遙測接口，連接所述檢波器，將檢波輸出作為遙測信號進(jìn)行輸出； 電源變換模塊，連接所述SIP芯片，用以完成一次電源變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，其特征在于，所述一級衰減-濾波-放大電路進(jìn)行飽和輸出，包括依次連接的:衰減器、微帶濾波器以及一級LNA放大器；所述二級衰減-濾波-放大電路用以淺飽和輸出，包括依次連接的:衰減器、MEMS濾波器以及二級功放器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，其特征在于，所述二級衰減-濾波-放大電路的輸出端連接有一微帶濾波器，用以控制輸出頻率范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，其特征在于，所述檢波器采用平行耦合線耦合出部分經(jīng)過所述二級衰減-濾波-放大電路的濾波和放大后的星上調(diào)制信號的功率，在通過肖特基二極管進(jìn)行檢波，檢波后通過所述遙測接口放大并輸出1.5V-3.3V的直流信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置，其特征在于，所述基于SIP技術(shù)的微型星載X波段數(shù)傳發(fā)射裝置采用的電路板為多層復(fù)合介質(zhì)，將微帶板與普通印制板結(jié)合，用以保證高頻新能和力學(xué)強(qiáng)度。
【文檔編號】H04B1/04GK103944631SQ201410199218
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】陳劼, 張朝路, 陸衛(wèi)強(qiáng) 申請人:上海航天電子通訊設(shè)備研究所