一种V频段高精度相位相参信号产生系统的制作方法

一种v频段高精度相位相参信号产生系统
技术领域
1.本发明涉及航天器地面测试领域，进一步的，涉及对通信卫星捕获跟踪自动化测试系统，尤其涉及一种v频段高精度相位相参信号产生系统。


背景技术：

2.随着通信卫星有效载荷技术不断发展，高通量通信卫星以其用户波束多、通信容量大的优势逐步成为通信卫星发展主流。随着载荷应用频率不断提高，为满足有效载荷应用要求，用户波束设计较窄，卫星在轨运行时对天线的指向精度要求越来越高，可通过具备捕获跟踪功能的天线校准子系统实现天线的精准指向，因此，天线校准子系统成为高通量通信卫星的标准配置。
3.以往通信卫星的捕获跟踪载荷仅涉及ku、ka两个频段，地面测试系统是通过开关矩阵将1路信号共分2路，再分别经过衰减器和移相器，实现和、差通道的信号功率和相位差控制，该方案虽满足捕获跟踪性能测试需求，但随载荷频率的提高，相位控制精度逐渐变差。当前，在研型号的捕获跟踪信号频率已达到v频段，利用v频段移相器调整相位的精度已无法满足测试要求。
4.综上，现有技术中，由于v频段较高，采用移相器调整相位的方式精度差，无法满足测试需求，且采用共本振变频方式，两路v频段信号由于中频信号串扰，影响两路信号的动态范围。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种v频段高精度相位相参信号产生系统，能够实现v频段和、差信号功率和相位的精确控制，满足在研型号的测试需求。为实现上述目的，本发明采用如下方案：
6.本发明提供一种v频段高精度相位相参信号产生系统，包括第一低频矢量源和第二低频矢量源，通过共本振连接方式，实现2路功率独立、相位相参的低频段射频信号；
7.高频本振源，用于提供变频所需要的本振信号；
8.共本振变频模块，通过对高频本振共分方式，对2路所述低频段射频信号变频，并增加中频隔离，形成2路功率独立、相位相参的高射频信号；
9.滤波放大模块，对2路所述高频信号进行滤波、放大，提高动态范围；
10.预失真相位补偿模块，通过对系统进行校准、计算，并进行相位补偿，使2路信号的相位差不变。
11.在一些实施例中，本发明还包括以下技术特征：
12.所述第一低频矢量源和第二低频矢量源采用源内共本振连接方式，实现两路低频段信号的相位相参。
13.其中，所述第二低频矢量源频率、输出功率固定不变；所述第一低频矢量源设置与所述第二低频矢量源相同频率，并通过多音调制方式，实现单一源中多音之间的相位调节，
再屏蔽其他多音信号，从而可实现两路信号的相位差调节。
14.所述共本振变频模块包括v频段混频器、功分器、隔离器。
15.所述v频段混频器将中频if信号混频至高频rf信号；所述功分器将1路高频本振信号共分为2路，为2个混频器提供本振频率；所述隔离器避免2路中频if信号通过功分器串扰。
16.所述滤波放大模块包括滤波器组模块、放大器模块。
17.所述滤波器组模块将输入的中频if信号、本振lo信号以及镜像频率信号滤除；所述放大器模块用于实现v频段功率的放大。
18.所述预失真相位补偿模块用于运行预失真相位补偿算法，测试前，对两路输出信号在测试频率的不同功率进行相位校准，形成功率相位补偿表；测试时，根据实际信号需求，设定输出功率大小，查询所述功率相位补偿表，调整低频段矢量源的初始相位差，实现双路信号相位差补偿功能。
19.本发明的有益效果是：
20.采用两路低频信号相位相参再通过双通道共本振变频、放大的方式，实现两路v频段信号的相位相参；同时，通过对两路低频段信号相位进行预失真处理，补偿幅度调节引入的相移变化，实现双路信号的相位差精确控制，从而满足测试需求；
21.在一些实施例中，本发明还设置设计中频隔离器，提高两路信号的独立性。
附图说明
22.图1是本发明实施例整体示意图；
23.图2是本发明实施例共本振变频模块原理图；
24.图3是本发明实施例滤波放大模块原理图。
具体实施方式
25.为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.卫星在轨运行时，天线分系统接收到地面信标信号，通过固有的和、差模耦合器，分离出带有角度指向信息的和、差信号(te/tm模)，经过转发器通道放大，分别进入捕跟接收机，通过对和、差信号的解调，得出和信号、差信号(方位差与俯仰差)遥测，和信号遥测反映接收到射频信号的大小；差信号反映天线在方位向、俯仰向的指向偏差。在ait有线测试阶段，为验证天线校准子系统的捕获跟踪功能，需地面测试系统产生能够模拟捕获跟踪的和、差信号，即2路功率相互独立、相位相参可调的射频信号。测试前，将和、差射频测试电缆连接卫星射频输入口(该入口通过卫星射频开关连接至捕跟接收机)，按照和、差通道天线方向图及星地链路预算，对和、差通道射频信号的输出功率和相位差进行控制调节，模拟天
线拉偏后的无线测试状态，完成天线校准子系统捕获跟踪的性能测试。
28.v频段高精度相位相参信号产生系统主要包括：低频矢量源1和2、高频本振源、共本振变频模块、滤波放大模块、预失真相位补偿模块组成。见附图1。
29.低频矢量源1和2：两台矢量源采用源内共本振连接方式，实现两路低频段信号的相位相参；低频矢量源2频率、输出功率固定不变；低频矢量源1设置同样频率，并通过多音调制方式，可实现单一源中多音之间的相位调节，再屏蔽其他多音信号，从而可实现两路信号的相位差调节。
30.高频本振源：提供变频所需要的本振信号。
31.共本振变频模块：包括v频段混频器、功分器、隔离器。见附图2。v频段混频器将中频if信号混频至高频rf信号；功分器将1路高频本振信号共分为2路，为2个混频器提供本振频率；隔离器避免2路中频if信号通过功分器串扰；该模块是通过对高频本振共分方式，对2路低频信号变频，并增加中频隔离，形成2路功率独立、相位相参的高射频信号。
32.滤波放大模块：包括滤波器组模块、放大器模块。见附图3。滤波器组将输入的中频if信号、本振lo信号以及镜像频率信号滤除；放大器实现v频段功率的放大；该模块是主要对2路高频信号进行滤波、放大，，提高动态范围。
33.预失真相位补偿算法：低频矢量源的输出功率通过设置内部衰减器进行功率调节，而衰减器改变会引入该路信号的相位变化，从而影响两路输出信号的相位差变化；测试前，需要对两路输出信号在测试频率的不同功率进行相位校准，形成功率相位补偿表；测试时，根据实际信号需求，设定输出功率大小，查询相位补偿表，调整低频段矢量源的初始相位差，实现双路信号相位差补偿功能。
34.下面结合一种具体实施方式进行说明：
35.两路信号要求：频率47ghz，rf1输出功率0dbm，rf2输出功率-5dbm，两路信号的相位差(rf1-rf2)为10
°
。在此假设共本振变频模块与滤波放大模块的增益为0db。
36.步骤1：如图1所示，将设备进行连接，并将rf1和rf2接入矢量网络分析仪的port1和port2；
37.步骤2：进行系统校准。矢量源1和2的输出频率均为15ghz、输出功率均为0dbm，高频本振源输出频率为32ghz、输出功率为15dbm，将矢量网络分析仪的port1和port2设置成接收机比相模式，即两个端口的相位差，调整矢量源2的输出功率，记录形成系统相位校准表，如表1所示；
38.表1系统相位校准表
[0039][0040][0041]
步骤3：设置矢量源2的输出功率为-5dbm，频率为15ghz；
[0042]
步骤4：设置矢量源1的输出功率为0dbm，频率为15ghz，设置多音调制方式(即3路多音信号)，其频率分别是15ghz-40mhz、15ghz、15ghz+40mhz，将偏置
±
40mhz的多音信号关闭，设置主音的相位，可实现主音信号的相位调节(调节范围
±
180
°
，步进1
°
)，而矢量源2信号不变，从而实现两路信号相位差的调节；
[0043]
步骤5：查询系统相位校准表：p
rf1(0dbm)-rf2(0dbm)
＝0
°
，p
rf1(0dbm)-rf2(-5dbm)
＝4.8
°
，而要求p
rf1-rf2
＝10
°
，因此，设置矢量源1主音的相位为p
rf1
＝p
rf2
+p
rf1-rf2
＝p
rf2(-5dbm)-p
rf2(0dbm)
+p
rf1-rf2＝-p
rf1(0dbm)-rf2(-5dbm)
+p
rf1(0dbm)-r
f2(0dbm)
+p
rf1-rf2＝-4.8
°
+0
°
+10
°
＝5.2
°
，但由于矢量源相位设置步进为1
°
，四舍五入后，矢量源1主音相位应设置为5
°
，可得出p
rf1-rf2
为9.8
°
，与目标值10
°
仅差0.2
°
，符合实际信号要求。
[0044]
综上，通过对预失真补偿算法，使得v频段双路信号的相位差精度误差小于1
°
，满足天线校准测试2
°
的指标要求。
[0045]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。
[0046]
必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种v频段高精度相位相参信号产生系统，其特征在于，包括第一低频矢量源和第二低频矢量源，通过共本振连接方式，实现2路功率独立、相位相参的低频段射频信号；高频本振源，用于提供变频所需要的本振信号；共本振变频模块，通过对高频本振共分方式，对2路所述低频段射频信号变频，并增加中频隔离，形成2路功率独立、相位相参的高射频信号；滤波放大模块，对2路所述高频信号进行滤波、放大，提高动态范围；预失真相位补偿模块，通过对系统进行校准、计算，并进行相位补偿，使2路信号的相位差不变。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一低频矢量源和第二低频矢量源采用源内共本振连接方式，实现两路低频段信号的相位相参。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中，所述第二低频矢量源频率、输出功率固定不变；所述第一低频矢量源设置与所述第二低频矢量源相同频率，并通过多音调制方式，实现单一源中多音之间的相位调节，再屏蔽其他多音信号，从而可实现两路信号的相位差调节。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述共本振变频模块包括v频段混频器、功分器、隔离器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述v频段混频器将中频if信号混频至高频rf信号；所述功分器将1路高频本振信号共分为2路，为2个混频器提供本振频率；所述隔离器避免2路中频if信号通过功分器串扰。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波放大模块包括滤波器组模块、放大器模块。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述滤波器组模块将输入的中频if信号、本振lo信号以及镜像频率信号滤除；所述放大器模块用于实现v频段功率的放大。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预失真相位补偿模块用于运行预失真相位补偿算法，测试前，对两路输出信号在测试频率的不同功率进行相位校准，形成功率相位补偿表；测试时，根据实际信号需求，设定输出功率大小，查询所述功率相位补偿表，调整低频段矢量源的初始相位差，实现双路信号相位差补偿功能。

技术总结
本发明提供一种V频段高精度相位相参信号产生系统，包括第一低频矢量源和第二低频矢量源；高频本振源，用于提供变频所需要的本振信号；共本振变频模块，通过对高频本振共分方式，对2路低频信号变频，并增加中频隔离，形成2路功率独立、相位相参的高射频信号；滤波放大模块，对2路所述高频信号进行滤波、放大，提高动态范围；预失真相位补偿模块。采用本系统，能够实现V频段和、差信号功率和相位的精确控制，满足在研型号的测试需求。足在研型号的测试需求。足在研型号的测试需求。


技术研发人员：索洪海 柴源 王思远 白力舸 刘博远 侯国帅
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/23