月面反射通信系统的研究与设计

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本文描述了一种月面反射通信的系统,基本原理是利用月球作为通信卫星,通过向月球发射高功率的无线信号,利用月面反射回地球以实现全球通信。该通信方式在二战后期即提出,亦有过许多相关实验,但是由于器件和通信技术的发展,直到最近10年才有了较大的发展。但是大部分月面反射通信都是使用VHF频段进行,因此其发射功率需求高,天线尺寸大,只适合固定基站使用,并不适合本文提出的小体积便携移动应用。本文所研究的是一种方便携带的,可以快速应用于应急无线电通信的月面反射系统,其宗旨是体积小、耗能低。   本系统通过研究月面反射通信的空间信道物理特性以及无线电波传输的衰减情况,避开了宇宙射线的背景辐射以及各种大气成分的自然辐射频率,同时选择了既可以穿透大气层,又可以大大减小天线尺寸和发射功率的频点作为月面反射通信的工作中心频率10GHz。   为了实现在10GHz处得足够的发射功率的同时尽量提高发射机的效率,本系统采用了理论上效率可达100%的E类功率放大器,同时选用了适合在E类功放作用下工作的恒包络的IQ调制方式,并未功放设计了输出滤波器。在调制器方面倍频器电路实现了由较低频的晶体振荡器得到10GHz的高稳定本振信号,利用二极管的非线性区实现了IQ调制。   月面反射通信接收到的信号电平极低,因此需要高灵敏度低噪声系数的接收机,本系统通过研究接收机噪声的特性以及级联接收机的功率增益和噪声指标,确定了该系统所需的发接收机灵敏度,并利用低噪声晶体管设计了接收机前端电路。同时设计了与发射机相对应的IQ解调器。   通信系统最主要占体积的部分就是天线,由于本系统所选择的频率较高,因此天线的尺寸可以做的比较小,便于携带。本系统设计了一种适用于定向空间通信的高增益螺旋聚束天线,该天线的增益高,方向性好,同时互阻抗极低,因此可以方便的组成天线阵列,但是其体积却不大,因此非常适合便携应用。   总是,本文从一个无线通信系统的发射机、接收机、天线以及信道四个主要方面进行研究,设计了一个工作于10GHz的高效率、小体积、便携式的适用于移动和应急通信的月面反射系统。
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