Ka波段接收前端的設計

1 引言

隨著電子信息技術的飛速發展，接收前端電路的集成度不斷提高，同時功能也日益豐富和復雜。Ka波段接收前端技術是新一代通信衛星的關鍵技術，也是我國需要突破的關鍵技術之一 。此項技術研究對我國的新型通信衛星的研發具有重要意義。由于Ka波段接收機具有頻率高、信息容量大、抗干擾性強等特點，目前我國的新型通信衛星多采用該項技術。因此，研制高性能的Ka波段接收組件迫在眉睫。

2 系統組成及工作原理

該組件主要由射頻通道、混頻、中頻通道三個功能單元組成。射頻通道的主要功能是：將射頻信號進行線性放大，然后由濾波單元抑制鏡像頻率、帶外雜波，避免干擾信號消耗混頻器的動態范圍，并減少到達混頻器的噪聲。射頻信號經下變頻后進入中頻通道。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。將有用信號進行線性放大。組件原理框圖如圖1所示：

圖1 Ka波段變頻組件原理框圖

組件各部分指標分配如下表1：

表1 組件各部分指標

3 電路設計

3.1 系統設計

在此組件中，低噪聲放大器看成為第一級，而后面的混頻接收部件可看成為第二級，前級低噪聲放大器的增益必須足夠高，才能抑制掉后級噪聲的影響。為兼顧噪聲系數、動態范圍兩個指標，低噪放的增益在30dB左右較為合適。整個通道設計了增益余量及可調衰減器，便于后期整機系統調試時信道增益的調整。

在不考慮鏡頻噪聲時，接收機的噪聲系數可以用如下公式計算：

式中，Nf——放大器整機噪聲系數

Nf1,Nf2,Nf3——分別是第1，2，3級的噪聲系數

G1,G2——分別是第1，2級功率增益

由上表可以計算出整機指標：

整機增益：29.5dB

整機噪聲系數：3.25dB

整機線性上限：-24dBm

3.2 射頻單元設計

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