Ka波段接收前端的設(shè)計(jì)

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(shí)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(guó)需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一 。此項(xiàng)技術(shù)研究對(duì)我國(guó)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(guó)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(gè)功能單元組成。射頻通道的主要功能是：將射頻信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)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(hào)消耗混頻器的動(dòng)態(tài)范圍，并減少到達(dá)混頻器的噪聲。射頻信號(hào)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(hào)進(jìn)行線(xiàn)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)

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(jí)，而后面的混頻接收部件可看成為第二級(jí)，前級(jí)低噪聲放大器的增益必須足夠高，才能抑制掉后級(jí)噪聲的影響。為兼顧噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍兩個(gè)指標(biāo)，低噪放的增益在30dB左右較為合適。整個(gè)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(shí)信道增益的調(diào)整。

在不考慮鏡頻噪聲時(shí)，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(jí)的噪聲系數(shù)

G1,G2——分別是第1，2級(jí)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(xiàn)性上限：-24dBm

3.2 射頻單元設(shè)計(jì)

射頻單元由兩級(jí)低噪放芯片和鏡像抑制濾波器級(jí)連而成。前級(jí)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(jí)低噪放之間，既可以濾除帶外雜波，也能改善匹配。