微纳卫星测控分系统设计

微纳卫星测控分系统设计

鄂鸿飞

赛德雷特航天科技有限公司 150000

摘要： 本文介绍了基于VHF/UHF的测控分系统设计，适用于微纳卫星的应用。VHF/UHF测控应答机使用零中频接收机和直接IQ调制发射机，实现了微纳卫星对电单机的低功耗、小体积的要求。

关键词：测控分系统、VHF/UHF、无线射频

1系统组成

测控分系统是微纳卫星对地面通信的无线传输通道，由测控应答机和测控天线组成，测控分系统组成如图 1所示。

图 1测控分系统系统组成

2测控应答机设计

2.1测控应答机基本功能

测控应答机的基本功能如下：

（1）接收地面发送的上行遥控信号并进行解调，执行或转发指令至星务计算机；

（2）将星务计算机送来的遥测参数调制后下传至地面；

（3）采集测控分系统自身的工程参数，通过系统总线发送至中心计算机。

2.2测控应答机方案

VHF/UHF测控模块采用专用解调、调制芯片与FPGA芯片相结合的电路完成信号的解调、调制、数据收发等功能。电路主要包括上行信号滤波电路、FM解调下变频电路、A/D与D/A变换电路、数字信号处理FPGA电路，电源变换电路、调制芯片电路、功率放大电路、CAN总线接口电路，模块电路原理框图如图 2。

图 2测控应答机框图

上行遥控信号VHF接收天线接收的信号经带通预选滤波、阻抗匹配后输入解调模块，在模块内部内部经过低噪放、I/Q混频、低通滤波后将差分I/Q信号输出给ADC采样，采样后的数字信号送给FPGA芯片解调出遥控数据，通过CAN总线送给星务主机。

FPGA芯片通过CAN总线接收星务计算机送来的下行遥测数据，进行组帧、编码输出数字信号，由DAC转换成的差分I/Q模拟信号，经RC滤波滤除高频噪声分量后输入调制模块，搬移频谱到所需的下行频率，经放大器放大后，由UHF发射天线向地面辐射。

3测控天线设计

3.1天线基本要求

测控天线使用全向VHF/UHF棒状天线，天线的布局主要考虑以下几点：

（1）满足微纳卫星结构的约束；

（2）微纳卫星在各种姿态条件下，天线的主瓣方向指向通信方向；

（3）减小发射天线对接收机的影响；

（4）频率相近的天线相互耦合时，对天线远场辐射特性的影响。

3.2天线设计

使用ADS 软件对馈电网络进行S 参数仿真，其中：

（1）工作频率为437 MHz；

（2）天线振子的输入阻抗设定为12.5 + j0 Ω，根据有限元仿真确定；

（3）使用传输线构成90°混合器，包括1/4波长、50Ω与1/4波长、35.36Ω传输线，输出输出阻抗均为50Ω；

（4）35.36Ω、1/4 波长传输线用于阻抗变换，将12.5Ω变换为100Ω，两组并联后形成50Ω，与90°混合器的输出阻抗匹配；

（5）12.5Ω传输线用于移相与长度调整，其中较长传输线与较短传输线的长度差为1/2 波长；

S参数仿真结果如图 3所示。S(1,1)表示输入端口1 或2 的匹配情况，S(1,2)表示输入端口1 和2 间的隔离情况。由图可知，在工作频率，S(1,1)上位于史密斯圆图的中心位置，S(1,2)数值很小，在设定条件下该馈电网络能够完成预期的馈电与隔离功能，理论上可行。

图 3UHF双圆极化天线馈电网络ADS仿真

4结论

本文介绍了微纳卫星测控分系统的功能要求，给出测控应答机和天线的设计与仿真，实现了较高的功能密度，可实现微纳卫星对测控分系统小体积、低功耗的设计要求。

参考文献：

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