Ku波段雙饋源高頻頭的設計

本文主要介紹了研發的一款K u波段雙饋源高頻頭的設計方法。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/178448.htm

　　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)噪聲係數：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)本振穩定度：f±2MHz

　　(7)載波互調比：>140 dB

　　(8)增益穩定度：≤0.5 dB

　　(@/36MHz)

　　(9)輸出頻率：950~2000MHz

　　(10)一本振洩露電平：≤-50dBmW

　　(11)本振相位噪聲：

　　≥60dB(@/1KHz)

　　≥85dB(@/10KHz)

　　≥100dB(@/100KHz)

　　(12)使用電壓範圍：10--20V

　　2.結構要求

　　樣品腔體採用鋁壓鑄件，腔體表面採用噴塑工藝處理。

　　3.環境適應要求

　　(1)溫度要求

　　高頻頭工作溫度範圍一40℃—+60℃

　　(2)溼度要求

　　高頻頭在相對溼度5%一l00%的環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，其將衛星傳輸的下行信號經過天線聚集放大後傳送到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，經低噪聲放大器放大後，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星接收機完成QPSK解調和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，但最重要的是穩定性、功率增益、噪聲係數、輸出功率、輸入和輸出電壓駐波比、動態範圍、功率增益帶內平坦度等。本產品的低噪聲放大器採用的是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

　　該電路處於高頻頭有源電路的最前端，因此採用最佳噪聲匹配。通常，任意有噪聲兩埠網絡可以用接在無噪聲兩埠網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.則採用一個高的源阻抗會使傳輸的噪聲信號最小，假如以電流噪聲為主，則連接一個低的源阻抗會使傳輸的噪聲信號最小。當兩種噪聲源同時存在時，從電路的最小噪聲係數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係數圓。我們用下面的關係式來描述噪聲係數是如何偏離最小值而增加的：

　　F2Fmin+lKn/Gs】Ys-YoI

　　式中，F=噪聲係數，Fmin=最小噪聲係數，Rn=等效噪聲電阻，Yo=給出最小噪聲係數的最佳源導納=Go+jBo,Ys=源導納。

　　多級級聯放大器的噪聲係數計算公式如下：

　　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係數對整個高頻頭產品的噪聲係數的大小會起到一個決定性的作用。

　　我們採用的微波電路板材是羅傑斯公司的高性能電路Rogers板材，其介電常數是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體ADS進行優化仿真，再通過精心的調試，經過幾次試驗調試。最後達到了我們的設計要求，高頻頭的整機噪聲小於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：

　　①通帶邊界頻率與通帶內衰減、起伏

　　②阻帶邊界頻率與阻帶衰減

　　(2)微帶帶通濾波器的設計步驟

　　我們採用ADS軟體來設計該濾波器，設計步驟包括：

　　① 原理圖繪製

　　②電路參數的優化、仿真

　　③版圖的仿真等

　　根據軟體仿真設計的結果繪製電路版圖，並加工成電路板。我們對加工好的電路進行調試，再通過軟體進行仿真，再調試，經過幾次的反覆仿真、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：

　　①通帶頻率：11.7——l2.75GHz

　　②通帶內衰減小於3dB

　　③通帶內起伏小於ldB

　　④阻帶衰減大於30dB