纳卫星星载发射机的设计与实现

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纳卫星星载发射机的设计与实现

作者：姚如贵刘峰左晓亚高凡琪李耿

来源：《现代电子技术》2015年第07期

摘要：以纳卫星研究项目为背景，设计和实现了适用于纳卫星的新型发射机。该发射机具有功耗低、重量轻、体积小、灵活性高等特点。根据指标要求，理论计算发射功率要求，研究发射机的结构，并详细讨论芯片选型。星载发射机的基带处理部分由现场可编程门阵列（FPGA）实现，完成信道编码、扩频、BPSK调制；输出采样经过数/模转换、滤波网络、正交调制、功率放大、功率分配等模块后，通过天线辐射出去。设计了FPGA软件，完成外部使能检测、芯片在线配置和BPSK调制。在一块印制电路板上实现发射机设计，最后通过实际地面测试，功耗约为2.5 W，重量约为16 g，尺寸为80 mm×38 mm×15 mm，发射功率为24 dBm，表明设计结果满足尺寸、重量、发射功率等指标要求。

关键词：纳卫星；发射机；扩频； FPGA； BPSK

中图分类号： TN836?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）07?0064?05

0 引言

纳卫星（Nano?satellite）是以微机电系统（MEMS）技术为基础的一种全新概念的微小卫星，质量在10 kg以下，1 kg以上[1?2]。与大卫星相比，纳卫星具有集成度高、体积小、质量轻、功耗低、研制周期短、成本低、机动性强等特点。通过分散式的星座结构组网，纳卫星可以实现甚至超越一颗大卫星的功能，并且能以较低的成本实现卫星搭载和空间新技术演示等科学实验项目[3]。因此纳卫星在科学研究和商业应用领域都将发挥重要作用。

本文研究目标纳卫星总体重量约为2 kg，其本体结构为20 cm×20 cm×20 cm的立方体。整个纳卫星由通信系统、计算机控制系统、电源系统、姿测与姿控系统、空间相机和有效载荷等部分组成。卫星表面安装有太阳能电池、天线和相机镜头等设备。

在纳卫星中，通信系统主要负责纳卫星与地面的信息交互工作。星载发射机作为通信系统中不可或缺的一部分，其设计原则不同于传统卫星发射机，受到了功耗、体积和重量等技术指标的严格限制。同时，限于纳卫星的自身条件，星载发射机必须在满足数据传输速率和发射功率要求的前提下，尽可能地减小体积和降低功耗。本文根据纳卫星的特点，设计了一种新型星载通信发射机，并在地面试验中验证了其功能和性能指标。

1 星载发射机技术指标及发射功率设计

星载发射机主要完成纳卫星下行数据的发送。根据国际相关微小卫星设计惯例，发射机载波频段为2 200～2 400 MHz，拟采用的载波频率为2 323 MHz。发射机待传送的数据包括图像