Ku波段雙饋源高頻頭的設計

?

　　本文主要介紹了研發(fā)的一款K u波段雙饋源高頻頭的設計方法。

　　項目要求的主要性能指標

　　1.性能指標要求

　　(1)輸入頻率：11 7 12.75GHz

　　(2)噪聲系數(shù)：NF≤0.8dB

　　(3)增益：G=55±5dB

　　(4)鏡像抑制：≥30dB

　　(5)本振標稱頻率：10.75 GHz_1MHz

　　(6)本振穩(wěn)定度：f±2MHz

　　(7)載波互調(diào)比：>140 dB

　　(8)增益穩(wěn)定度：≤0.5 dB

　　(@/36MHz)

　　(9)輸出頻率：950~2000MHz

　　(10)一本振泄露電平：≤-50dBmW

　　(11)本振相位噪聲：

　　≥60dB(@/1KHz)

　　≥85dB(@/10KHz)

　　≥100dB(@/100KHz)

　　(12)使用電壓范圍：10--20V

　　2.結構要求

　　樣品腔體采用鋁壓鑄件，腔體表面采用噴塑工藝處理。

　　3.環(huán)境適應要求

　　(1)溫度要求

　　高頻頭工作溫度范圍一40℃—+60℃

　　(2)濕度要求

　　高頻頭在相對濕度5%一l00%的環(huán)境條件中應能正常工作：

　　(3)大氣壓要求

　　高頻頭在以下大氣壓條件下的環(huán)境中應能正常工作：86-106KPa

　　Ku波段雙饋源高頻頭的基本工作原理及系統(tǒng)框圖

　　1. 基本工作原理

　　Ku 波段高頻頭也稱Ku波段下變頻器，其將衛(wèi)星傳輸?shù)南滦?a target="_blank">信號經(jīng)過天線聚集放大后傳送到LNB饋源波導輸入，再通過耦臺探針(或耦合微帶傳輸線)輸入到高頻放大器，經(jīng)低噪聲放大器放大后，通過帶通鏡像頻率抑制濾波器選擇所需頻段的P.F信號.再和本振信號混頻差頻出中頻信號，輸出信號通過電纜送入衛(wèi)星接收機完成QPSK解調(diào)和MPEG一2解碼工作.以A/v信號的模式提供給電視機。用戶可以通過控制信號選擇所需要的兩顆衛(wèi)星上任意一個星上的信號。

　　Ku波段雙饋源高頻頭主要單元電路設計

　　1. 場效應管低噪聲放大器(FET LNA)

　　在設計一個放大器電路時，需要考慮到的特性很多，但最重要的是穩(wěn)定性、功率增益、噪聲系數(shù)、輸出功率、輸入和輸出電壓駐波比、動態(tài)范圍、功率增益帶內(nèi)平坦度等。本產(chǎn)品的低噪聲放大器采用的是NEC公司的NE4210S01場效應管低噪聲放大器。場效應管低噪聲放大器的作用是放大從腔體饋源饋入的微弱的信號。

　　(1) 第一級F盯LNA的設計

　　該電路處于高頻頭有源電路的最前端，因此采用最佳噪聲匹配。通常，任意有噪聲兩端口網(wǎng)絡可以用接在無噪聲兩端口網(wǎng)絡輸入端的一個噪聲電壓源和一個噪聲電流源來表示。假女Il電路以電壓噪聲為主.則采用一個高的源阻抗會使傳輸?shù)脑肼曅盘栕钚。偃缫?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流噪聲為主，則連接一個低的源阻抗會使傳輸?shù)脑肼曅盘栕钚?。當兩種噪聲源同時存在時，從電路的最小噪聲系數(shù)將得出一個特定的源導納(或源阻抗)，稱之為最佳源導納。利角史密斯圓圖可以給出輸入導納或阻抗平面上的等噪聲系數(shù)圓。我們用下面的關系式來描述噪聲系數(shù)是如何偏離最小值而增加的：

　　F2Fmin+lKn/Gs】Ys-YoI

　　式中，F(xiàn)=噪聲系數(shù)，F(xiàn)min=最小噪聲系數(shù)，Rn=等效噪聲電阻，Yo=給出最小噪聲系數(shù)的最佳源導納=Go+jBo,Ys=源導納。

　　多級級聯(lián)放大器的噪聲系數(shù)計算公式如下：

　　NF=NFl+(NF2—1)，Gl+((NF3—1)/Gl G2+….

　　從以上的公式可知，第一級放大器的噪聲系數(shù)對整個高頻頭產(chǎn)品的噪聲系數(shù)的大小會起到一個決定性的作用。

　　我們采用的微波電路板材是羅杰斯公司的高性能電路Rogers板材，其介電常數(shù)是3.38-+0 05，厚度是0.5mm，損耗角正切是0.0027。我們使用先進的微波電路仿真軟件ADS進行優(yōu)化仿真，再通過精心的調(diào)試，經(jīng)過幾次試驗調(diào)試。最后達到了我們的設計要求，高頻頭的整機噪聲小于0.8dB，如下圖所示：

　　2.微帶帶通濾波器的設計

　　(1)帶通濾波器的主要技術指標：

　?、偻◣н吔珙l率與通帶內(nèi)衰減、起伏

　?、谧鑾н吔珙l率與阻帶衰減

　　(2)微帶帶通濾波器的設計步驟

　　我們采用ADS軟件來設計該濾波器，設計步驟包括：

　?、?原理圖繪制

　?、陔娐穮?shù)的優(yōu)化、仿真

　?、郯鎴D的仿真等

　　根據(jù)軟件仿真設計的結果繪制電路版圖，并加工成電路板。我們對加工好的電路進行調(diào)試，再通過軟件進行仿真，再調(diào)試，經(jīng)過幾次的反復仿真、譯試，使其滿足我們的設計要求。

　　我們設計的帶通濾波器達到的主要指標如下：

　?、偻◣ьl率：11.7——l2.75GHz

　　②通帶內(nèi)衰減小于3dB

　?、弁◣?nèi)起伏小于ldB

　　④阻帶衰減大于30dB