Ku波段衛星通信轉發(fā)器設計研究論文

Ku波段衛星通信轉發(fā)器設計研究論文

　　摘要:論述了一種Ku波段衛星透明轉發(fā)器的實(shí)現方法與技術(shù)途徑,包括變頻單元和信道處理單元兩部分。對一些主要部件進(jìn)行了簡(jiǎn)要的理論分析,并給出微波電路仿真結果和設計形式,最后得出轉發(fā)器的測試結果。

　　關(guān)鍵詞：:Ku波段；衛星通信；轉發(fā)器；自動(dòng)增益控制

　　衛星轉發(fā)器是通信衛星和中繼衛星的核心,依據是否對轉發(fā)信號進(jìn)行處理,可將轉發(fā)器分為“透明”轉發(fā)器和“處理”轉發(fā)器[1]。透明轉發(fā)器收到地面發(fā)來(lái)的信號,除進(jìn)行低噪聲放大、變頻、功率放大外不做任何加工處理,它對工作頻帶內的任何信號都是“透明”的通路;處理轉發(fā)器除了轉發(fā)信號外,還具有信號處理功能。星上的信號處理,主要包括對信號進(jìn)行解調再生和其它的信號變換和處理,再就是在多波束通信中對信號進(jìn)行星上切換和處理[2]。本文設計了一種用于中繼衛星的全透明轉發(fā)器,依據不同用戶(hù)星的軌道需求,具有增益調節功能,可進(jìn)行發(fā)射功率的調整。

　　1轉發(fā)器組成和指標要求

　　Ku波段轉發(fā)器主要由變頻單元和信道處理單元兩部分組成,轉發(fā)器的變頻體制按其變頻次數可分為一次變頻和二次變頻。本文采用一次變頻體制,具有無(wú)頻譜倒置、集成度高、性能穩定可靠、結構簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。變頻單元和信道處理單元原理框圖分別如圖1和圖2所示。根據原理框圖,變頻單元主要由混頻模塊、本振放大模塊、中頻放大模塊和電源部分組成;信道處理單元主要由可變增益放大模塊、檢波增益控制模塊、驅動(dòng)模塊和電源部分組成。

　　2關(guān)鍵電路設計與測試

　　2.1本振放大模塊設計

　　2.1.1匹配電路設計在源和負載之間插入一個(gè)無(wú)源匹配網(wǎng)絡(luò ),可以使負載阻抗與源阻抗相匹配,從而實(shí)現最大的功率傳輸。在低頻頻段采用分立元件網(wǎng)絡(luò )就能實(shí)現,而在射頻頻段,分立元件的寄生參數效應就變得更加明顯,通常采用微帶線(xiàn)和微帶短截線(xiàn)等分布參數元件來(lái)代替分立元件而構成匹配網(wǎng)絡(luò )[3]。2.1.2電路仿真優(yōu)化及測試設計選定放大器靜態(tài)工作點(diǎn)為Vds=2V,Ids=10mA,采用陶瓷基板,介電常數εr=9.8,基板厚度H=0.254mm。使用計算機輔助設計軟件ADS進(jìn)行原理圖和版圖仿真,根據仿真結果可知放大器在整個(gè)工作頻帶內絕對穩定。經(jīng)過(guò)測試得到本振放大器在需要的信號帶寬內增益大于20dB,增益波動(dòng)小于±0.2dB,滿(mǎn)足設計要求。

　　2.2信道處理單元設計

　　Ku波段轉發(fā)器信道處理單元完成射頻信號的衰減、增益放大、限幅放大、功率檢波和功率衰減等功能,具有自動(dòng)增益控制工作模式和線(xiàn)性放大工作模式。設計信道處理單元在自動(dòng)增益控制工作模式時(shí)增益為30.5dB,線(xiàn)性工作模式時(shí)增益為23.5dB,增益變化如圖3所示。

　　2.3Ku波段腔體濾波器設計與測試

　　Ku波段腔體濾波器各諧振單元之間主要是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行耦合。根據濾波器的通帶頻率選擇已知電磁場(chǎng)解的諧振單元,構造單腔。實(shí)際濾波器中單個(gè)腔體的尺寸一致;再利用三維全波電磁仿真軟件AnsoftHFSS進(jìn)行本征模分析,本征模式是結構的諧振頻率,基于有限元算法的HFSS采用本征模式求解器求出該結構的諧振頻率[4]。用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀對濾波器進(jìn)行測試,實(shí)測結果是帶內插損＜2.5dB,回波損耗＜-20dB,-1dB帶寬＞50MHz,帶外抑制f0±200MHz＞50dBc,理論仿真與實(shí)測結果較吻合。3Ku波段衛星轉發(fā)器測試結果該轉發(fā)器已完成樣機研制,經(jīng)測試各項性能均達到或優(yōu)于指標要求。測試數據如表1所示,滿(mǎn)足設計要求。

　　4結語(yǔ)

　　本文研制了基于微組裝工藝的高性能本振放大器、射頻濾波器、自動(dòng)增益控制放大器和射頻濾波器等組件,實(shí)現了Ku/Ku射頻信號的頻譜搬移和信道處理,為進(jìn)一步開(kāi)展衛星轉發(fā)器工程化研制的積累了經(jīng)驗。

　　參考文獻

　　[1]周仲林,楊建軍.通信衛星Ka波段轉發(fā)器技術(shù)的研究[J].電訊技術(shù),1997,(2):43-55.

　　[2]成躍進(jìn).Ka波段通信衛星與Ka波段轉發(fā)器技術(shù)[J].空間電子技術(shù),2000,(2):20-31.

　　[3]程龍寶,趙濤,黃凱旋.深空探測X波段低噪聲放大器研究和設計[C].中國宇航學(xué)會(huì )深空探測技術(shù)委員會(huì )第八屆學(xué)術(shù)年會(huì ),2011,(10):434-438.

　　[4]peizhangwang,Guanglei.Up-converteranddown-converterdesignforS-Kuband.CJW2011,2011.

【Ku波段衛星通信轉發(fā)器設計研究論文】相關(guān)文章：

生物學(xué)研究論文03-03

綠色設計論文08-05

VI設計論文07-26

造型設計論文11-28

橋梁抗震論文設計原則論文02-21

自然保護區生態(tài)旅游規劃設計研究論文06-03

幼兒舞蹈教學(xué)研究論文01-03

藝術(shù)設計論文07-28

管理系統設計論文03-28

造型設計論文15篇11-28