Ka波段接收前端的設(shè)計(jì)方案

1 引言
　　隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，接收前端電路的集成度不斷提高，同時功能也日益豐富和復(fù)雜。Ka波段接收前端技術(shù)是新一代通信衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一 。此項(xiàng)技術(shù)研究對我國的新型通信衛(wèi)星的研發(fā)具有重要意義。由于Ka波段接收機(jī)具有頻率高、信息容量大、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前我國的新型通信衛(wèi)星多采用該項(xiàng)技術(shù)。因此，研制高性能的Ka波段接收組件迫在眉睫。
　　2 系統(tǒng)組成及工作原理
　　該組件主要由射頻通道、混頻、中頻通道三個功能單元組成。射頻通道的主要功能是：將射頻信號進(jìn)行線性放大，然后由濾波單元抑制鏡像頻率、帶外雜波，避免干擾信號消耗混頻器的動態(tài)范圍，并減少到達(dá)混頻器的噪聲。射頻信號經(jīng)下變頻后進(jìn)入中頻通道。中頻通道的主要功能是：濾除本振泄漏及本振、射頻的高次混出的雜波。將有用信號進(jìn)行線性放大。組件原理框圖如圖1所示：
　　
　　圖1 Ka波段變頻組件原理框圖
　　組件各部分指標(biāo)分配如下表1：
　　表1 組件各部分指標(biāo)
　　電路
　　指標(biāo)射頻放大射頻濾波射頻放大混頻中頻濾波中頻放大
　　輸入功率（dBm）-100-85-87-72-81-82
　　增益（dB）15-215-9.5-112
　　累積增益（dB）15132818.517.529.5
　　累積噪聲（dB）33.043.153.173.183.25
　　輸出功率（dBm）-85-87-72-81-82-70
　　3 電路設(shè)計(jì)
　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　在此組件中，低噪聲放大器看成為第一級，而后面的混頻接收部件可看成為第二級，前級低噪聲放大器的增益必須足夠高，才能抑制掉后級噪聲的影響。為兼顧噪聲系數(shù)、動態(tài)范圍兩個指標(biāo)，低噪放的增益在30dB左右較為合適。整個通道設(shè)計(jì)了增益余量及可調(diào)衰減器，便于后期整機(jī)系統(tǒng)調(diào)試時信道增益的調(diào)整。
　　在不考慮鏡頻噪聲時，接收機(jī)的噪聲系數(shù)可以用如下公式計(jì)算：
　　
　　式中，Nf——放大器整機(jī)噪聲系數(shù)
　　Nf1，Nf2，Nf3——分別是第1，2，3級的噪聲系數(shù)
　　G1，G2——分別是第1，2級功率增益
　　由上表可以計(jì)算出整機(jī)指標(biāo)：
　　整機(jī)增益：29.5dB
　　整機(jī)噪聲系數(shù)：3.25dB
　　整機(jī)線性上限：-24dBm
　　3.2 射頻單元設(shè)計(jì)
　　射頻單元由兩級低噪放芯片和鏡像抑制濾波器級連而成。前級低噪放采用我所自行研制的低噪放芯片。鏡像抑制濾波器位于兩級低噪放之間，既可以濾除帶外雜波，也能改善匹配。
　　組件的射頻信號與鏡頻相隔較遠(yuǎn)，用微帶鏡像抑制濾波器即可以達(dá)到鏡像抑制的指標(biāo)。由于頻率較高，微帶濾波器須進(jìn)行3維電磁場仿真。前級低噪聲放大器的主要指標(biāo)是噪聲系數(shù)，所以匹配電路是按照噪聲最佳來設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)必然偏離駐波比最佳的狀態(tài)，因此駐波比不會很好，所以鏡像抑制濾波器必須有良好的駐波，使前級低噪放和后級混頻器都得到良好的匹配。