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SDR收发器助业余无线电爱好者实现卫星通信
材料来源:《微波杂志》2020年5/6月号           录入时间:2020/6/22 10:12:49

SDR Transceivers Enable Amateur Space Communication

Diego Koch,ADI公司应用工程师

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业余无线电爱好者最近获得了另一种提供全球不间断无线电覆盖的方法。现在,通过新的地球同步卫星,只需单跳就能可靠地覆盖地球三分之一的地区。因为接收频率与从电离层反射的无线电信号的频率不同,为了与卫星取得联系,必须使用专用设备。新的软件定义无线电(SDR)针对无线电收发应用具备多种优势,例如灵活的重新配置功能和快速观察整个目标频段的能力等。

 

卫星

卡塔尔卫星公司Es’hailSat在2018年发射的Es’hail-2通信卫星一直处于中非上空的地球静止同步轨道上,工作高度为36,000公里。

Es’hailSat与全球非盈利组织业余无线电爱好者卫星公司(AMSAT)合作,为面向业余无线电爱好者的全国性非盈利组织卡塔尔业余无线电协会(QARS)启动了一项新技术开发工作。通过这一合作,Es’hail-2卫星可以配备两个专用转发器,从而实现了在可视区域内连接业余无线电用户的单跳实时同步通信。

从地球上看,地球同步轨道卫星的位置是不变的。虽然天线不必移动就能连接它们,但在自由空间功率损耗、天线指向精度和延迟方面,36,000公里的遥远距离提出了新的挑战——从一个地面发射机到卫星,再返回到另一个地面发射机,大约需要250毫秒。

 

访问Es’hail-2

业余无线电爱好者以前的通信过程是通过模拟下变频器和上变频器来实现的,它们将接收和传送的信号转换到收发机工作的业余无线电频段。卫星使用的上行和下行频率有时超出了收发机的能力。Es’hail-2有两个转发器:一个用于窄带传输,一个用于宽带传输。在本节中,我们将讨论窄带转发器。因为在这个转发器上,可用带宽只有250kHz,为了容纳多个通道,需要使用适当的调制技术。最常用的模拟调制类型是连续波(CW))或单边带(SSB)。

上行链路在右侧圆极化的2.4GHz处,下行链路在水平或垂直极化的10.45GHz处。业余无线电爱好者作为持牌无线电操作员有权在2.4GHz频段(2300 MHz至2310 MHz和2390 MHz至2450 MHz)使用足够功率和高增益天线进行卫星通信。

 

创新的SDR方法

随着SDR各种变体的引入而带来的变化也影响了业余无线电领域。SDR的一个优点是,其性能不会随着时间的推移而下降,另一个优点是原本需要使用昂贵的模拟无线电器件(如混频器或滤波器)才能获得的性能,可以通过替换其他元件(如模数转换器(ADC)和DSP)等更加经济有效的方式来获得相同的性能。将多个模块(如镜像抑制混频器、振荡器和ADC)集成在同一个硅器件中使得新接收机架构变得可行。例如,AD9363/AD9364(图1)射频捷变收发器将所有射频前端、混合信号和数字模块组合在一个器件中,同时用于接收和传输。当与管理数据流的FPGA配对后,构建一个完整基站所需的元素就只剩下天线、功率放大器和计算机上运行的软件算法。

 

1ADIAD9363收发器

 

SDR卫星电台

众所周知,业余无线电爱好者喜欢构建自己的硬件和重新利用现有设备来满足自己的需求。对于接收天线和下变频器,最实惠的替代方案是商用卫星电视的普通卫星天线和低噪声模块(LNB)。LNB包含波导和下变频器,将10.45GHz信号下变频为小于1GHz,这属于SDR的可接收频段范围。CW(几十Hz)或SSB(小于3kHz)等的窄带调制类型要求高度稳定的本地振荡器,以避免连续重调,而这在广播电视(几MHz)等使用的宽带调制类型中不那么重要。

 

2:使用AD9363收发器的ADALM-PLUTO

 

由于上行频率在WLAN 2.4GHz频段范围内,持牌操作员可以重新利用现有的WLAN设备,如功率放大器和高增益天线。ADALM-PLUTO的输出功率大约为5dBm,不足以驱动输出功率为几瓦的功率放大器。基于ADL5606 20dB功率放大器并由LTM8045 SEPIC微型模块转换器供电的CN-0417参考设计可产生足够的功率增益来克服这一限制。图3显示如何布置通信站。也可以在现场快速部署通信站,以支持紧急通信。

 

3SDR卫星电台。

 

总结

综上所述,我们目睹了无线电通信向SDR技术的转变。通过将多个模拟和混合信号块集成在一个器件中,可实现这一转变。直接优势在于经济高效、更高的可靠性和可重构性。


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