基于北斗收发系统的前端研制

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北斗全称北斗卫星导航系统,它是继美国全球定位系统GPS、俄罗斯GLONASS之后,我国根据自身科技发展和需要以实现授时、快速导航定位、双向简短报文通信等功能为目标,自行设计开发的具有区域性有源三维卫星定位与通信系统,简称CNSS。尤其是当我国越来越重视导航在国民生活和军事中的作用以及北斗“双星”定位的方案确立以来,我国一直在加大对北斗事业的关注和科研,北斗二代导航系统也在逐渐成熟起来。目前,北斗系统的定位精度在我国区域和美国GPS相当,并可实现双向简短报文通信,这是美国GPS所不能提供的,北斗以其优越的性能在国民经济、救援以及军事等各个领域发挥了巨大的作用,具有战略性意义。而一个系统中要实现信息的传递,接收和发射系统是不可缺少的,收、发信机的性能好坏将直接决定整个系统的使用功能,故本文研究北斗地面终端的接收和发射系统的高性能前端具有重要的意义和广阔的前景。北斗射频组件接收模块工作在S波段(工作频带为2491.75+4.08MHz)、发射模块工作在L波段(工作频带为1615.68±4.08MHz),本文首先对射频接收机及其前端进行了详细的理论介绍并选取了Avago公司生产的ATF-34143低噪声放大管和Hittite公司生产的HMC单片放大芯片仿真设计了一种工作在北斗接收频段低噪声放大器作为接收组件前级,担负着接收出站信号并进行前置滤波、低噪声放大等工作。其次,针对射频收发通道介绍了频率源锁相环技术的原理和结构进行分析,并介绍了Silicon Laboratories公司生产的Si-4133双波段射频集成锁相环芯片以及Analog Devices公司生产的AD8347宽带正交解调器的结构和原理,并分析了解调器的射频可增益放大器VGA、基带可变增益放大器以及检波解调技术的原理等,针对解调器混频输出端与基带放大器输入之间设计一款五阶带通滤波器对基带信号进行滤波,并结合课题研究要求给出具体的接收通道设计思路,最后结合ADS电磁仿真软件对接收系统进行了仿真验证。然后介绍了数字调制,课题设计的通道信号经BPSK调制器调制到发射载频,经带通滤波器滤除旁瓣功率谱、镜像频谱及其它组合频谱,继而通过射频前置功率放大电路放大到一定功率。最后,本文还对方案的可行性做出了验证,使用Protel画出电路版图,并对电路板进行了调试,使用频谱分析仪和测试软件对北斗射频收发组件性能进行了一系列测试,并给出最终仪器测试数据图,证明本论文研究的方案是切实可行的,收发组件的各项性能指标均达到了设计要求。最终结果为:中频频率12.24MHz,中频功率-2±1.5dBm,输出解调信号功率≥40dBm,带外杂散抑制≥-70dBW/4KHz,本振相噪达到1KHz小于等于-75dBc/Hz、1OKHz小于等于-85dBc/Hz,调制特性载波抑制≥30dB,调制相位误差≤3°,输出时钟频率48.96MHz输出时钟功率为大于7dBm。
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