Ku波段雙饋源高頻頭的設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)方法。

　　項(xiàng)目要求的主要性能指標(biāo)

　　1.性能指標(biāo)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(biāo)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(duì)濕度5%一l00%的環(huán)境條件中應(yīng)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(yīng)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)南滦行盘?hào)經(jīng)過(guò)天線聚集放大后傳送到LNB饋源波導(dǎo)輸入，再通過(guò)耦臺(tái)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(guò)帶通鏡像頻率抑制濾波器選擇所需頻段的P.F信號(hào).再和本振信號(hào)混頻差頻出中頻信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)電纜送入衛(wèi)星接收機(jī)完成QPSK解調(diào)和MPEG一2解碼工作.以A/v信號(hào)的模式提供給電視機(jī)。用戶可以通過(guò)控制信號(hào)選擇所需要的兩顆衛(wèi)星上任意一個(gè)星上的信號(hào)。

　　Ku波段雙饋源高頻頭主要單元電路設(shè)計(jì)

　　1. 場(chǎng)效應(yīng)管低噪聲放大器(FET LNA)

　　在設(shè)計(jì)一個(gè)放大器電路時(shí)，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(dòng)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(chǎng)效應(yīng)管低噪聲放大器。場(chǎng)效應(yīng)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(hào)。

　　(1) 第一級(jí)F盯LNA的設(shè)計(jì)

　　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(luò)可以用接在無(wú)噪聲兩端口網(wǎng)絡(luò)輸入端的一個(gè)噪聲電壓源和一個(gè)噪聲電流源來(lái)表示。假女Il電路以電壓噪聲為主.則采用一個(gè)高的源阻抗會(huì)使傳輸?shù)脑肼曅盘?hào)最小，假如以電流噪聲為主，則連接一個(gè)低的源阻抗會(huì)使傳輸?shù)脑肼曅盘?hào)最小。當(dāng)兩種噪聲源同時(shí)存在時(shí)，從電路的最小噪聲系數(shù)將得出一個(gè)特定的源導(dǎo)納(或源阻抗)，稱之為最佳源導(dǎo)納。利角史密斯圓圖可以給出輸入導(dǎo)納或阻抗平面上的等噪聲系數(shù)圓。我們用下面的關(guān)系式來(lái)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(dǎo)納=Go+jBo,Ys=源導(dǎo)納。

　　多級(jí)級(jí)聯(lián)放大器的噪聲系數(shù)計(jì)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(jí)放大器的噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)高頻頭產(chǎn)品的噪聲系數(shù)的大小會(huì)起到一個(gè)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(jìn)的微波電路仿真軟件ADS進(jìn)行優(yōu)化仿真，再通過(guò)精心的調(diào)試，經(jīng)過(guò)幾次試驗(yàn)調(diào)試。最后達(dá)到了我們的設(shè)計(jì)要求，高頻頭的整機(jī)噪聲小于0.8dB，如下圖所示：

　　2.微帶帶通濾波器的設(shè)計(jì)

　　(1)帶通濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)：

　?、偻◣н吔珙l率與通帶內(nèi)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(shè)計(jì)步驟

　　我們采用ADS軟件來(lái)設(shè)計(jì)該濾波器，設(shè)計(jì)步驟包括：

　　① 原理圖繪制

　?、陔娐穮?shù)的優(yōu)化、仿真

　　③版圖的仿真等

　　根據(jù)軟件仿真設(shè)計(jì)的結(jié)果繪制電路版圖，并加工成電路板。我們對(duì)加工好的電路進(jìn)行調(diào)試，再通過(guò)軟件進(jìn)行仿真，再調(diào)試，經(jīng)過(guò)幾次的反復(fù)仿真、譯試，使其滿足我們的設(shè)計(jì)要求。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)的帶通濾波器達(dá)到的主要指標(biāo)如下：

　?、偻◣ьl率：11.7——l2.75GHz

　?、谕◣?nèi)衰減小于3dB

　?、弁◣?nèi)起伏小于ldB

　?、茏鑾p大于30dB