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Ku波段卫星信号的接收与前端处理设计研究

朱文超  
【摘要】: 在微波和毫米波系统中,接收前端部件在系统性能中有着关键性的作用。基于面向卫星电视信号的接收机射频前端的理论和设计,本文进行了研究应用于ku波段的射频前端单元电路低噪声放大器,微波滤波器,混频器等。 Ku波段微带下变频器将天线接收到的Ku波段射频信号,经过低噪声放大、混频后下变频为中频信号,送至卫星电视接收机。对卫星电视在某个频段内的所有频道信号进行低噪声放大和下变频。低噪声放大要用波导作输入传输线,这就要有波导与微带过渡段,选择波导中探针的长度和直径,可保证波导与微带线之间达到最佳的匹配。下变频是在混频电路中完成的,它由高频头输入频率与高频头本振频率混频后输出一中频信号频率,并通过特性阻抗为75Ω的同轴电缆传送到卫星接收机的输入端,供卫星接收机接收。 本文根据变频器理论,分析组件的各项指标,给混频器选择适当的芯片,确定两个下变频本振;由安捷伦的ADS2008软件设计出位于接收系统前端的低噪声放大器(LNA);根据选择频带确定滤波器的频率通带,及各种性能指标要求设计出各类型滤波器。文章着重介绍了LNA设计芯片的选择,外围电路的设计,对照着仿真图,tune电路图,得到适合指标的低噪声放大器电路图。文章详细介绍了单端混频器、双平衡滤波器和谐波滤波器的工作原理,及混频器的各项性能指标,并根据实际情况选择出需要的混频单片。依次介绍了设计低噪声放大器,滤波器的设计过程与电路设计的效果,混频器的各个技术指标和设计原理。本文设计出的低噪声放大器的噪声系数、增益等性能不错,基本符合设计目标要求。滤波器的效果也基本符合设计目标。 文章确定了接收端系统结构,介绍了各种系统接收结构的优劣处,确定了两次下变频方案,讨论了单本振两次下变频方案和传统二次下变频方案并详细介绍了单本振两次下变频方案中N值的确定。由于低噪声放大器(LNA)的噪声系数与放大器增益的不一致性,所以在smith圆图中选择恰当的一点,在满足一定的噪声系数情况下,尽量的提高放大器的增益,在LNA的下一级或选用放大器或选择高增益的混频器来达到系统所要求的增益。一般在设计电路过程中,LNA电路与混频器电路要隔离起来,使得信号不互相干扰。 在毫米波频段,国外普遍采用单片集成技术了,而国内还处于波导立体电路和混频集成技术方面,而我国的GaAs技术与国际水平还有一段距离,所以中国短期内无法实现毫米波单电路和多电路的单片集成。所以这就是国内接收前端的主要奋斗目标了。


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