Ka頻段衛(wèi)星地面站接收信道設(shè)計(jì)

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息全面化及全球巨大的個(gè)人多媒體通信流量與無(wú)縫隙覆蓋需求，衛(wèi)星通信已成為當(dāng)今世界上最重要的通信手段之一，它發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。隨著低端頻率的頻譜資源及GEO衛(wèi)星軌道資源的緊缺與擁塞，已不能滿(mǎn)足高速、寬帶等諸多應(yīng)用的需求。由于Ka頻段以上的衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有可用帶寬寬，干擾少，設(shè)備體積小的特點(diǎn)，在衛(wèi)星通信及各種形式的衛(wèi)星地面站中的應(yīng)用也日益廣泛。目前在國(guó)內(nèi)地面接力通信系統(tǒng)中，Ka頻段收發(fā)射設(shè)備的技術(shù)已比較成熟。但衛(wèi)星通信地面站的收發(fā)設(shè)備的研制技術(shù)還有一定差距，因此Ka頻段衛(wèi)星通信地面站射頻單元關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的研制刻不容緩。

2 地面站接收單元組成與工作原理

在開(kāi)展Ka頻段地面站射頻單元關(guān)鍵技術(shù)的研究中，根據(jù)需求為固定站和移動(dòng)站提供體積小、重量輕、成本低、高可靠性的室外單元是發(fā)展方向。地面站射頻單元由發(fā)射單元和接收單元組成。本文介紹的地面站接收單元是與Ka頻段射頻發(fā)射單元配套的下行信道部分，圖1是接收單元信道組成方框圖，來(lái)自Ka頻段地面站天線(xiàn)雙工器接收輸出端的20.3 GHz～20.8 GHz的射頻信號(hào)，經(jīng)低噪聲放大器（LNA）放大，然后接入通帶為20.3~20.8 GHz的帶同濾波器，此帶通濾波器對(duì)鏡頻和其它帶外雜波有較強(qiáng)的抑制特性。然后與Ka波段接收鎖相本振源輸出的19.35 GHz的本振信號(hào)進(jìn)行單平衡混頻，其差頻信號(hào)即為950 MHz~1 450 MHz的L頻段中頻信號(hào)，經(jīng)通帶為950 MHz~1 450 MHz 的帶通濾波器，濾除各種組合干擾頻率信號(hào)，再經(jīng)過(guò)L波段中頻放大器放大后輸出給室內(nèi)單元(IDU)。

圖1 Ka頻段衛(wèi)星通信地面站接收信道框圖

根據(jù)Ka頻段接收單元的設(shè)計(jì)方案已知系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)為：

1）輸入頻率范圍： 20.3 GHz～20.8 GHz

2）輸出頻率范圍： 950 MHz～1 450 MHz

3）LNA噪聲系數(shù)： ≤2.5 dB

4）鏡頻抑制： ≥60 dB

5）雜散輸出： -50 dBc（500 MHz帶內(nèi)） -60 dBc（500 MHz帶外）

3 接收單元設(shè)計(jì)思想

隨著半導(dǎo)體及集成技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備的集成化程度越來(lái)越高。在Ka頻段已有滿(mǎn)足要求的低噪聲放大器、混頻器等集成模塊，可以直接應(yīng)用到系統(tǒng)中。所以在Ka頻段接收單元在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)小型化、模塊化、和通用化的設(shè)計(jì)思路貫穿始終。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵部件均選用相應(yīng)的單片集成（MMIC）模塊，因此使得系統(tǒng)的研制即節(jié)省了時(shí)間又保證了設(shè)備的可維修性，同時(shí)提高了可靠性。接收單元中關(guān)鍵部件就是低噪聲放大器，它要具有低噪聲系數(shù)、高增益、大動(dòng)態(tài)范圍的特點(diǎn)。綜合考慮選用了Triqunt司的低噪聲集成放大器TGA1319A-EPU；其次單邊帶下變頻混頻器采用Hittite公司的單片集成平衡混頻模塊HMC260；中頻放大器也采用了相應(yīng)的集成模塊。為了能使混頻器產(chǎn)生的鏡頻和其它帶外雜散得到很好的抑制，輸入帶通濾波器采用了帶外抑制很強(qiáng)的E面波導(dǎo)金屬膜片帶通濾波器。Ka頻段接收單元的電路組成結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 接收信道電路圖

4 接收單元仿真設(shè)計(jì)及指標(biāo)分析

4.1 接收單元拓?fù)潆娐?/h3>

在設(shè)備進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的設(shè)計(jì)與研制之前應(yīng)用EDA軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，參照接收單元的主要技術(shù)指標(biāo)要求及選用的各個(gè)器件。應(yīng)用ADS微波設(shè)計(jì)軟件對(duì)接收單元的信道部分進(jìn)行了系統(tǒng)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)。接收單元的仿真拓?fù)潆娐芬?jiàn)圖3，根據(jù)拓?fù)潆娐愤x擇相應(yīng)的Simulation Controller對(duì)接收信道的主要指標(biāo)分別進(jìn)行仿真優(yōu)化，并得出仿真結(jié)果。

圖3 接收信道仿真拓?fù)潆娐?/p>