王璟

本文主要對(duì)UHF頻段機(jī)載衛(wèi)星通信信道模塊進(jìn)行研究，研究滿(mǎn)足現(xiàn)有機(jī)載UHF通信信道模塊的各項(xiàng)要求，以及飛行速度高、姿態(tài)變化大的飛機(jī)平臺(tái)使用的UHF頻段衛(wèi)星通信。首先針對(duì)本課題的研究背景進(jìn)行論述；其次，結(jié)合應(yīng)用的需要針對(duì)信道模塊中的關(guān)鍵技術(shù)突破進(jìn)行闡述，例如自動(dòng)增益控制和快速跳頻；研究過(guò)程中采用仿真軟件進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)仿真結(jié)果研制樣件，并對(duì)樣件的的主要電性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】信道模塊 指標(biāo)論證 工作原理

UHF衛(wèi)星通信在實(shí)際應(yīng)用中一般使用UHF較低的頻段，特高頻信號(hào)在軍事領(lǐng)域中也有許多其他頻段信號(hào)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本產(chǎn)品為UHF衛(wèi)星通信的射頻前端，實(shí)現(xiàn)了信息的傳輸與解調(diào)。本文針對(duì)收發(fā)信道模塊實(shí)施細(xì)節(jié)中涉及到的2路接收通道、1路發(fā)射通道、頻綜單元、時(shí)鐘單元等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)噪聲系數(shù)、通道增益、隔離度等關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論證。

1 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)

1.1 接收通道

輸入信號(hào)：

（1）頻率：**MHz；

（2）接收通道數(shù)：2路；

（3）頻率步進(jìn)：1kHz；

（4）噪聲系數(shù)：≤4dB（常溫）

（5）AGC動(dòng)態(tài)范圍（帶內(nèi)）：-115dBm～-75dBm；

（6）AGC響應(yīng)時(shí)間：≤50μs；

（7）2路接收通道之間的隔離度：≥90dB。

1.2 發(fā)射通道

（1）輸出信號(hào)頻率范圍：**MHz；

（2）發(fā)射通道數(shù)：1路；

（3）頻率步進(jìn)：1kHz。

1.3 頻綜單元

（1）頻率切換時(shí)間：≤100us；

（2）頻率準(zhǔn)確度：優(yōu)于1×10-7；

（3）頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于1×10-7。

2 設(shè)計(jì)原理

本組件包括接收通道、發(fā)射通道、頻綜單元、時(shí)鐘單元。接收通道包含2路下變頻通道，采用低本振1次變頻，中頻輸出為AGC輸出。發(fā)射通道包括1路上變頻通道，采用高本振2次變頻。頻綜單元為3個(gè)，包含了2個(gè)接收通道本振，1個(gè)發(fā)射通道本振。時(shí)鐘單元為1路時(shí)鐘源輸出。

2.1 接收通道原理

接收通道的射頻部分主要完成對(duì)射頻信號(hào)的濾波放大功分，之后經(jīng)過(guò)變頻器將功分的2路UHF頻段信號(hào)下變到**MHz，再對(duì)中頻信號(hào)濾波放大，最終進(jìn)行自動(dòng)增益控制后輸出。

接收通道的電源在給各級(jí)有源器件（放大器、AGC）供電時(shí)，每級(jí)有源器件需要單獨(dú)的LDO再次進(jìn)行穩(wěn)壓。LDO可以保護(hù)鏈路中的有源器件，還有隔離的作用。

2.2 發(fā)射通道原理

發(fā)射通道的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次上變頻，中頻信號(hào)進(jìn)入發(fā)射通道首先經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)后進(jìn)入濾波器選頻，再進(jìn)入混頻器進(jìn)行一次上變頻，本振為**MHz，上變到**MHz，再放大濾波后進(jìn)入二次上變頻器，上變到射頻信號(hào)后再經(jīng)過(guò)濾波放大濾波，對(duì)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化后再輸出。

發(fā)射通道的電源在給各級(jí)有源器件（放大器）供電時(shí)，每級(jí)有源器件需要單獨(dú)的LDO再次進(jìn)行穩(wěn)壓。LDO可以保護(hù)鏈路中的有源器件，還有隔離的作用。

2.3 本振單元、時(shí)鐘單元原理

晶振選用40MHz，通過(guò)功分器，分成4路，一路分給接收本振作為參考，一路分給FPGA作為時(shí)鐘；一路分給發(fā)射本振作為參考，一路分給時(shí)鐘源作為參考，接收本振、發(fā)射本振由單片機(jī)給出的控制信號(hào)來(lái)控制DDS，DDS提供變頻器需要的本振頻率，再分別經(jīng)過(guò)濾波和放大輸出給接收通道的變頻器。加入濾波器和放大器是為了提高通道之間的相互隔離。本振單元、時(shí)鐘單元的電源在給各級(jí)有源器件（FPGA、DDS、放大器）供電時(shí)，每級(jí)有源器件需要單獨(dú)的LDO再次進(jìn)行穩(wěn)壓。

3 指標(biāo)分析

3.1 接收通道

輸入信號(hào)：

（1）頻率：**MHz。本次方案中選用的器件的使用頻段都在技術(shù)指標(biāo)要求的頻段內(nèi)，電路板微帶線(xiàn)的設(shè)計(jì)按照技術(shù)指標(biāo)要求的頻段進(jìn)行阻抗設(shè)計(jì)。

（2）頻率步進(jìn)：1kHz。本方案用FPGA控制DDS的方式提供本振頻率，DDS選用AD9912，是小數(shù)變頻的器件，頻率步進(jìn)可以精確到1kHz。

（3）噪聲系數(shù)：≤4dB（常溫）。本方案的噪聲系數(shù)是軟件scw計(jì)算得到的，將各個(gè)元器件自身的噪聲值輸入，最終可以得到整個(gè)通道的噪聲系數(shù)，本方案接收通道的噪聲系數(shù)為3.14dB。圖1為噪聲及增益的仿真圖。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，噪聲系數(shù)在低溫會(huì)變小，在高溫會(huì)變大。本方案接收通道的噪聲系數(shù)在最高溫時(shí)為3.37dB。

（4）AGC響應(yīng)時(shí)間：≤50μs。本方案中選用的AGC芯片為AD8367，如圖2，圖3是AD8367響應(yīng)時(shí)間圖像，這兩張圖是AD8367運(yùn)用在其他項(xiàng)目上的響應(yīng)時(shí)間圖像，與本方案的運(yùn)用環(huán)境相同，也是在中頻最終輸出前，上邊的黃線(xiàn)是檢波電壓譜線(xiàn)，下變的藍(lán)線(xiàn)是輸出功率的變化譜線(xiàn)。從圖中可以看出以輸入信號(hào)的瞬間為起控點(diǎn)，以信號(hào)穩(wěn)定為終止，AGC響應(yīng)時(shí)間：≤10μs。

（5）2路接收通道之間的隔離度：≥90dB。首先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮將2路接收通道分開(kāi)，外殼壁上多設(shè)置安裝釘，必要時(shí)再盒蓋上粘接吸收材料，來(lái)防止接收通道之間的信號(hào)在空間的相互干擾。2路接收通道的本振是由兩個(gè)鎖相環(huán)單獨(dú)輸出的兩路本振信號(hào)，接收通道之間的隔離度由混頻器射頻端和本振端的隔離度加上功分器的隔離度，再加上射頻濾波器對(duì)本振信號(hào)的抑制，由混頻器射頻端和本振端的隔離度為25 dB，功分器的隔離度20dB，射頻濾波器對(duì)本振信號(hào)的抑制30 dB，接收通道的隔離度為25+20+30+30，共105 dB，可以達(dá)到90dB以上。

3.2 發(fā)射通道

3.2.1 輸出信號(hào)頻率范圍：XXXMHz

本次方案中選用的器件的使用頻段都在技術(shù)指標(biāo)要求的頻段內(nèi)，電路板微帶線(xiàn)的設(shè)計(jì)按照技術(shù)指標(biāo)要求的頻段進(jìn)行阻抗設(shè)計(jì)。

3.2.2 頻率步進(jìn)：1KHz

本方案以FPGA控制DDS的方式提供本振頻率，DDS選用AD9912，是小數(shù)變頻的器件，頻率步進(jìn)可以精確到1kHz。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)了UHF頻段機(jī)載衛(wèi)星通信信道模塊，并依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)物生產(chǎn)，經(jīng)測(cè)試技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

信道模塊是UHF頻段機(jī)載衛(wèi)星通信的重要組成部分，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的傳輸及解調(diào)起到關(guān)鍵作用。本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用了自動(dòng)增益控制，快速跳頻，低噪聲放大的技術(shù)，重要實(shí)現(xiàn)了通道噪聲低，通道增益高，通道間隔離高，頻率轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)。

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作者單位

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所 四川省成都市 610036