星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计

《星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第30卷第6期宇航学报Vo1．30No．62009年11月JournalofAstronauticsNovember2Oo9星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计梁广一，龚文斌，刘会杰，余金培(1．上海微小星工程中心，E海200050；2．中科院上海徽系统与信息技术研究所，上海200050)摘要：针对多波束发射阵列天线输入为中频宽带信号的特点，设计r数字波束成形网络方案，提出了一种适合于工程实施的多通道数字七变频并7_j_处理算法，同时设计了一个集混频滤波和预加重处理功能于一体的复合滤波器，并结合反馈式增强锁相环和逻辑锁定技术提高了阵列天线各通道的幅相一致性。

2、通过仿真分析和工程试验表明，提出的算法利用多相滤波器结构、分布式算法和复用式设汁既减少了运算量，又有效降低了硬件资源消耗；采用的复合滤波技术及时钟同步技术提高了通道的幅相一致性，确保了相控阵天线波束赋形的效果。该设计的算法和硬件实施技巧埘资源有限的大规模阵列信号处理有较好的借鉴价值，对宽带数字收发信机信号流设计也有一定的参考意义。关键词：相拧阵天线；多波束；数字波束形成；星通信；数字上变频中图分类号：TN927文献标识码：A文章编号：1000—1328(2009)06—2270—07DOI：10．3873／i．issn．1000—1328．2009．00．036当

3、前由我单位主体负责的“十一五”重大预研项目0引言“星载多波束相控阵天线”，已经完成一个l6波束，61上世纪九十年代，有源相控阵技术开始用于通通道的发射天线原理样机的研制，准备研制适合未来信卫星星载天线，它具有损耗低、可大角度动态扫描中低轨卫星通信的星载多波束天线正样产品。的优势，而且利用阵列天线的空间分集效果在地球1DBF方式相控阵发射天线组成及接口要求表面实现多波束覆盖，通过波束问频率复用，极大提高了卫星通信系统的用户容量。有源相控阵天线可星载多波束相控阵天线包括阵列挽线、多通道通过馈电网络在射频实现模拟波束形成，或者通过射频前端、上变频部分、幅相调整单元和波束

4、形成单数字域处理在基带或中频实现。近年来，采用数字元外，还有与有效载荷接人单元、星载计算机的接口技术实现波束形成受到了广泛关注。与模拟波束形电路⋯，如图1所示。成网络相比，数字波束形成网络具有不漂移、不老对相控阵天线波束成形部分进行数学建模。卫星化、工作可靠、可自检、可编程、精度高等一系列优载荷接人单元发射M个波束信号，以矢量表示：点。而且数字波束形成技术配置灵活，支持动态在(S，S，⋯，S)；相控阵天线共有Ⅳ个阵元用向量轨重构。它们重量更轻，体积更小，使得相控阵天线(T，，⋯，71~)表示，波束成形部分的成型矩阵．．Ⅳ：更易做到小型化、低功耗。因此数字波束形成技

5、术CJ成为相控阵天线的发展趋势，欧洲的Artemis卫星采C2C"、=用DBF技术的系统信道数量是采用模拟波束形成．●：网络的2倍，而两者的等效质量基本相同(前者为C4，172．5Kg，后者为184．2Kg)。2005年EADS的Astri．其中矩阵胞元Ci，，代表在第路射频通道中第i路波1lm公司制造的Imnarsat一4卫星利用数字波束成形W技术产生l6个宽波束、228个点波束，提供全球无束信号的延时。：∑，=1S·Ci因此需要进行M次缝移动语音和因特网宽带业务。复数乘法运算才能得到每个天线阵元发射信号。收稿日期：20081230；修【B]日期：200902．

6、09基金项目：上海市科委重大科技项目攻关(03DZ15009)第6期梁广等：星载多波束发射阵列天线多通道数字上变频设计2271图1相控阵天线组成框图Fig．1Theframeofphasedarrayantenna幅相调整单元可在数字域实现通道幅度相位调整，本流程图如图2所示。甚至可加入射频通道预加重、功放预失真操作。首先输入信号内插4倍，信号频谱以40MHz为对于发射天线，常规是是从射频天线馈电口处耦合间隔进行周期延拓。使用一个抗镜象带通滤波器有信号，通过射频开关切换陆续将各个通道信号经过效消除其他镜象频点的干扰，该滤波器通阻带特性下变频交给幅相调整单元处理，也

7、有文章报道在天如下：线处耦合，希望能消除天线互耦影响]。应根据信『1，5M25M或f<2M适应LMS算法等。虽然梳状滤波器结构简单，Ⅳ阶系数全为“”射频前端模拟电路常规输人频点是30MHz或一，但不宜采用梳状滤波器(CIC)作抗镜象滤波70Mm(针对该频点设计的芯片多而且成熟)，而载器。CIC滤波器频响表达式为荷接入部分输出的频点往往是近零中频。本文涉及)，n()／sin()的研究课题的输入接口要求苛刻：中心频点厂为l0MHz，带宽B也为10MHz。若采用模拟上变频处主旁瓣衰落仅为理，上下边频问隔

8、4厂=2厂