CN201114052Y - ku双本振多输出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种ku双本振多输出系统，包括有水平输入、垂直输入信号；水平输入信号与垂直输入信号分别经过低噪声放大器处理后，低噪声放大器的输出信号经过一功分器输出两路信号，共四路信号分别经过各自的带通滤波器，与9.75GHz介质振荡器或10.6GHz介质振荡器混频、混频后经低通滤波器、中频放大器处理后，共四路信号接入4*2射频多路开关，4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。本实用新型成本低、可靠性好、功耗低、隔离度高、集成度高。

Description

ku双本振多输出系统

技术领域

本实用新型涉及一种ku频段卫星信号接收站室外单元多用户接收的射频系统。

背景技术

目前数字卫星信号接收机上使用的高频头品种主要有：C/Ku波段单本振单极化高频头、单本振双极化高频头、双本振双极化高频头等几种类型，现有的Ku波段双本振、双极化高频头，由于Ku波段频率范围在10.5-12.75GHz带宽超过2000MHz超出了普通接收机的频率范围，为达到全频段接收，通常把Ku波段频率分为高低两段，两个本振的工作由一个0/22KHz的开关来切换，两个本振始终只有一个在工作，也就是说在同一时间只能有垂直极化信号或水平极化信号被接收。虽然现有的Ku波段高频头有的可以同时接收水平极化和垂直极化信号，但却都为单本振高输出频头，由于系统接收的反馈信号较弱，单本振高输出频头把电信号放大效果不大，有时不能满足现在卫星信号接收端的要求.

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中不足之处，提供了一种成本低、可靠性好、功耗低、隔离度高、集成度高、具有很强新颖性的ku双本振多输出系统。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型包括有水平、垂直两路信号；其特征在于，水平输入信号与垂直输入信号分别经过低噪声放大器处理后，低噪声放大器的输出信号经过一功分器输出两路信号，分别经过由带通滤波器、混频器、低通滤波器、中频放大器串联组成的二个支路处理后，共四路接入4*2射频多路开关，4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出；9.75GHz介质振荡器输出信号经过一功分器输出两路信号，分别输入到水平输入信号后续二个支路中的一个混频器与垂直输入信号后续二个支路中的一个混频器；10.6GHz介质震荡器输出信号经过一功分器输出两路信号，分别输入到水平输入信号后续二个支路中的另一个混频器与垂直输入信号后续二个支路中的另一个混频器。所述的水平输入信号与垂直输入信号后续的共四个支路中，其各个中频放大器的输出信号分别经过一功分器分为成二路信号，所述的各个功分器输出信号中的一路接入一个4*2射频多路开关，所述的各个功分器输出信号中的另一路接入另一个4*2射频多路开关，每个4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型性能指标：

输入频率：        10.7□12.75GHz

噪声系数：        NF≤0.7dB

增益：            G＝55±4dB

镜像抑制：        ≥40dB

本振稳定度：      f±1.5MHz(在-40℃～60℃范围内)

增益稳定度：      ≤0.5dB(@/36MHz)

输出频率：        950□2150MHz

一本振泄露电平：  ≤-60dBmW

本振相位噪声：    ≥55dB(@/1KHz)

≥85dB(@/10KHz)

≥95dB(@/100KHz)

使用电压范围：    10～20V

低功耗：          Imax≤185mA

馈源驻波比：      ＜2.0

本实用新型主要单元电路设计和工艺如下：

低噪声放大器

ku高频头下变频器总的噪声系数如式(1)所式

$\mathrm{NF}={\mathrm{NF}}_1+\frac{{\mathrm{NF}}_2-1}{G_1}+\frac{{\mathrm{NF}}_3-1}{G_1{G}_2}+\frac{{\mathrm{NF}}_4-1}{G_1{G}_2{G}_3}---\left(1\right)$

因为低噪声放大器是下变频器的前端，可见，如果ku高频头有较低的噪声系数，那么其总的噪声系数主要由LNA决定。噪声系数在二端口网络中定义为：

$\mathrm{Nf}=\frac{\mathrm{Sin}/\mathrm{Nin}}{\mathrm{Sout}/\mathrm{Nout}}---\left(2\right)$

式中：Sin，Nin   为输入信号功率和输入噪声功率

      Sout，Nout 为输出信号功率和输出信号功率

理论和实践已经证明噪声系数可表示成：

$\mathrm{Nf}=\mathrm{Nf}\min +\frac{4\mathrm{RnGopt}}{1-{\left|\mathrm{\Γopt}\right|}^2}\·\frac{{|\mathrm{\Γs}-\mathrm{\Γopt}|}^2}{1-{\left|\mathrm{\Γs}\right|}^2}---\left(3\right)$

式中：Nfmin 为放大器所用器件最小噪声系数

      Rn    为器件的等效噪声电阻

      Gopt  为最佳信源电导

      Γopt 为最佳信源反射系数

      Γs   为信源反射系数

根据给出Nfmin、Γopt、Rn的值。由上式可以看出，当Γs＝Γopt时，Nf最小，取Nf≤0.6dB，利用源反射系数的SMITH圆图上的等噪声圆来综合设计。等噪声圆可由式(3)式导出。

$\frac{{|\mathrm{\Γs}-\mathrm{\Γopt}|}^2}{1-{\left|\mathrm{\Γs}\right|}^2}=\frac{1-{\left|\mathrm{\Γopt}\right|}^2}{4\mathrm{RnGopt}}\·(\mathrm{Nf}-\mathrm{Nf}\min )---\left(4\right)$

由上式不难看出式(4)的等式右边均为已知量，等于一个常数，因此Γs在SMITH圆图上的轨迹是一个圆，再根据要满足增益和稳定系数的要求，最终在等噪声圆内选取合适的Γs值，根据Γs值可得到低噪声放大器的输入匹配网络。为得到

$\mathrm{\Γout}=S_{22}+\frac{S_{12}{S}_{21}\mathrm{\Γs}}{1-S_{11}\mathrm{\Γs}}---\left(5\right)$

最大功率输出，输出端应共轭匹配，使负载反射系数ΓL＝Γout。而输出反射系数Γout为式(5)所示从而可求出输出匹配网络.使用的微带板板材是聚四氟乙烯，介电常数εr为2.65.最后用先进的软件微波办公室和ADS分别进行优化.设计的LNA达到的指标为：噪声系数小于0.7dB。

滤波器(Filter)

滤波器从10.7GHz~12.75GHz的带通滤波器.ku高频头一般都采用低本振，低端的干扰较强，本实用新型选用的是小型交指型微带滤波器，本实用新型设计的滤波器指标为：带内平坦度＜3dB，带内驻波比＜1.5，镜像抑制大于40dB.

本振(Oscillator)

振荡电路使用介质振荡器，用耦合微带线与双极晶体管(用philip的bfg425w管，Ft为25GHz)共同构成振荡电路.介质振荡器的无载Q值越高，频率稳定度越好，本实用新型最后达到的指标为：本振稳定度为±2MHz(-20～+70℃)，相位噪声在10KHz处大于-85dBc。

混频器

本实用新型采用的是平衡混频器，选用菲利普的微波二极管SMS76218202(其由两个二极管串联组成)，使本振信号与RF信号和中频信号之间有宽带高隔离特性，同时也降低了高频头的成本。带通滤波器(输出是高阻抗)与混频器(输入阻抗为50Ω)之间的匹配采用λ/4变阻器进行阻抗匹配。为防止混频管上产生的中频信号向信号源回输而降低中频功率的输出，在本振输入端口上(更加对信号路无影响)取一中频短路线接地，该短路线须保证对信号和对本振功率的传输无影响，故取信号频率的λS/4(考虑在10.7～12.75GH范围内，取其为长0.6cm，宽为0.25mm).中频输出线(宽为0.25mm)由两个串联二极管中间输出，其特性阻抗尽量取得高，这样由细线构成了电感对高频有扼流作用使高频功率向中频电路的泄漏进一步减少.最后设计的混频器达到的指标为：1dB压缩点达0dBm左右、变频损耗5dB。

射频多路开关

由于有水平、垂直两路信号，这就分别和双本振中的一个本振下变频后，共产生四路中频信号，每路输出怎样去选择其中之一，这就需要设计多路开关，在综合性价比的基础上，选用Hmc276这种4×2开关和UTC的8012芯片来实现。从F头进来的高、低电压，有无22KHz这四种状态，进入UTC8012从而产生00、01、10、11四种状态，这正好通过打通Hmc276来对应选择四路中频信号。

本实用新型的结构设计

按照Ku一体化LNB来设计的，输入端馈源采用大张角波纹喇叭天线，采用变槽深、槽宽的宽带技术，使之在接近倍频程的带宽内有良好的VSWR和辐射特性。在全带宽内低端VSWR＜2，高端VSWR＜1.5，在-15dB E-H波瓣等化＜±5°。配合偏馈天线，可提高集波效率，能充分吸收由天线面折射上来的信号。输出端采用F头输出。腔体材料采用铝合金。

本实用新型采用规范的布线方式，合理的器件布局，合理的电源和地的走线，必要的测试点及生产用的MARK点和工艺边等。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图

图2为ku双本振双输出系统增益分配及功率电平流程图

图3为ku双本振四输出系统增益分配及功率电平流程图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

本实用新型包括有水平、垂直两路信号；其特征在于，水平输入信号与垂直输入信号分别经过低噪声放大器处理后，低噪声放大器的输出信号经过一功分器输出两路信号，共四路信号分别经过各自的带通滤波器，与9.75GHz介质振荡器或10.6GHz介质振荡器混频，混频后经低通滤波器、中频放大器处理后，共四路信号接入4*2射频多路开关，4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。所述的水平输入信号与垂直输入信号后续的共四个支路中，其各个中频放大器的输出信号分别经过一功分器分为成二路信号，所述的各个功分器输出信号中的一路接入一个4*2射频多路开关，所述的各个功分器输出信号中的另一路接入另一个4*2射频多路开关，每个4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。

Claims (2)

1. 一种ku双本振多输出系统，包括有水平输入、垂直输入信号；其特征在于，水平输入信号与垂直输入信号分别经过低噪声放大器处理后，低噪声放大器的输出信号经过一功分器输出两路信号，共四路信号分别经过各自的带通滤波器，与9.75GHz介质振荡器或10.6GHz介质振荡器混频、混频后经低通滤波器、中频放大器处理后，共四路信号接入4*2射频多路开关，4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。

2. 根据权利要求1所述的ku双本振多输出系统，其特征在于所述的水平输入信号与垂直输入信号后续的共四个支路中，其各个中频放大器的输出信号分别经过一功分器分为成二路信号，所述的各个功分器输出信号中的一路接入一个4*2射频多路开关，所述的各个功分器输出信号中的另一路接入另一个4*2射频多路开关，每个4*2射频多路开关输出二路信号，分别经过中频放大器输出。

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