模拟应答机的代表是DST（Deep Space Transponder）。它是X波段测控应答机。其包括二次变频超外差自动相位跟踪接收机和调相发射机，可以分离遥控与测距信号[9]。

图 1.2  DST的结构功能框图

“New Horizons使命（2006）”由美国国家航空航天局所研制。其工作在X波段，属于低中频数字应答机。其采用二次变频的超外差结构。

图 1.3  New Horizons测控应答机上行板框图

被看作中频数字测控应答机代表的STM（Spacecraft Transponding Modem）,广泛采用现代通信调制解调技术，注重软件无线电技术。STM的质量仅为1kg，体积只有524cm3，元器件数量仅为70。

图 1.4  STM测控应答机功能框图

1.3 课题研究内容

天线收发模块是每颗卫星通信系统的必要部件。传统的卫星设计中，卫星天线收发模块由卫星内部收发电路、天线网络盒、收发天线以及必要连接电缆组成。在这种设计下，天线收发模块体积大，组成复杂，不利于cubesat卫星的设计、安装以及标准化模块组装。

  本课题提出一种cubesat卫星天线收发模块的新方案，在符合cubesat标准的单块电路板上，利用芯片化的天线，完成射频信号的收发、滤波、信号相位幅度调整、天线辐射等所有功能。在本方案下设计出的通信模块，其体积较小，质量较轻。非常适宜进行模块化的设计与安装。

本课题的主要研究内容包括：

1. 学习相关天线理论、射频电路设计、外差式接收机等相关的知识和理论。

2. 熟悉射频电路的PCB版图设计、加工和调试过程。

3. 熟练掌握测试仪器的使用。

4. 完成cubesat卫星微型天线收发模块元器件选型、方案分析和设计。

5. 完成cubesat卫星微型天线收发模块电路的加工。

1.4 课题主要技术指标

1. 单块电路完成，面积小于cubesat卫星（1U）单块电路面积

2. 天线辐射角大于正负65度，增益大于-5dB

3. 发射功率大于300mw

4. 接收端噪声系数小于5

5. 发射信号具备调幅和调相功能

2  接收、发射机结构

2.1 收发前端的功能

本课题中主要工作是进行收发前端电路的设计，收发前端在通信系统中作用重大，可以影响整体性能。收发前端主要功能如下：

1. 对接收到的微弱信号进行低噪声放大

在卫星通信中，信号很微弱。天线接收到的信号经常在-90dBm以下。一般需要进行放大，然后进行处理。放大需要满足后级基带部分的要求。接收机对误码率和灵敏度一定设计标准，因此设计放大部分电路需要考虑。在放大信号的同时保证低噪声。

2. 实现信号的频谱搬移

在信号进入基带部分进行处理之前，需要在接收机中先进行频谱搬移。以本课题为例，接收到的是射频信号，频率较高，需要进行转换。将其转换成中频信号。在发射链路中，必须将几十兆的系带调制信号进行上变频到高载波，以实现远距离通信。

3. 输出足够大的功率

本课题研制的微型卫星天线收发模块用于小卫星，传输距离较远。这需要满足要求的输出功率来保证。在硬件上需要采用适合的功率放大器来进行实现，并且同时考虑天线规格。将功率放大器与天线进行良好匹配，保证足够的功率。

本章介绍发射机与接收机常见结构。综合考虑指标，成本等要素，对结构进行选择。

2.2 接收机基本结构

接收机处理信号的流程包括三步：滤波，放大和解调。接收机主要对已知频率与格式的无线电信号进行处理。随着集成线路工艺的改进、DSP软硬件成本降低，RF结构实现方式也在发生变化，但RF前端基本要求，如频率类型、接收到载波类型、链路预算、RF前端设计功率等仍然没有太大改变。