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lnb 卫星高频头设计1


Ku 波段卫星高频头设计 概要 设计,模拟,制作 Ku 波段的直接广播卫星接收系统中的低杂讯放大降频器。 Ku 波段为 10.7GHz~12.75GHz; 卫星全向辐射功率(EIRP),在此 ASTRA 1A 的 EIRP 为 52dBw. 传播损失:从卫星传送讯号到接收端时,中间这一段的损失。

EIRP 52 dBw 传播损失 162.7 dB/m2 雨衰

损失 1.5 dB 碟型天线有效接收面积 -7.36 dB/m2 到达卫星接收端的载波功率 -119.6 dBw 讯号流程: 天线接收到 10.7~12.75GHz 微弱卫星讯号,经过低杂讯放大降频器放大微弱讯号,且将讯号降至中 频(IF),经过同轴电缆传到室内的卫星接收机(Satellite Receiver),经过调谐器先择所需的频道,此频道 经过带通滤波器进入解调器变成基频讯号,最后经过视频及音频的处理输出到电视。 卫星高频头的功能要求: 1> 增益在 50~60dB 之间; 2> 杂讯指数低于 1.0dB; 3> 本振相位杂讯要求:-70dBc/Hz(1KHz),-86dBc/Hz(@10KHz),105dBc/Hz(@100KHz); 4> 降频并输出中频;
接收系统主要分为几个部分:包括

低杂讯放大器

镜像抑制滤器

混频 本振

中频放大

第一步:系统评估(元器件选择) 射频第一 射频第二 级 级 元件名 NEC NEC 称 NE325S01 NE425S01 最差 最好 最差 最好 增益 11 12.5 10.5 12 杂讯指 0.55 0.45 0.8 0.6 数

滤波器 微带线型 最差 最好 -3 -2 3 2

混频器 FUJL

中频放大 器

加总

FMM5107ML 最差 最好 32 40 9 7.5

最差 最好 50.5 62.5 0.99 0.59

以上用 Agilent Technologies AppCAD 做系统评估。 第二步:放大器设计(特性要求:增益 24Db,noise 0.7dB),用 Microwave Office 模拟.

13V 与 18V 切换线路.(第一级,第二级放大器线路) 仿真后图形:

第三步:镜像抑制滤波器设计. 特性要求:1>10.7~12.75GHz 通带插入损耗 3db 以内;2>带内反射小 于 -15db;3> 阻 带 小 于 -30db, 镜 像 频 带 主 要 在 7.8~9.5GHz, 用 Microwave Office 模 拟

仿真后波形

转成 layout 后图形

第四步:本振设计(9.75GHz 和 10.6GHz) 本振相位杂讯要求:-70dBc/Hz(1KHz),-86dBc/Hz(@10KHz),105dBc/Hz(@100KHz);

一般振荡器晶体管 Ft 需大于振荡频率的 2~3 倍,NEC 2SC5508 电流增益截止频率为 25GHz

9.75GHz 输出频谱图;

10.6GHz 输出频谱图

常温(25° C) 9.7506GHz 10.5991GHz

低温(-40° C) 9.7491GHz 10.5979GHz

高温(60° C) -1.5MHz 9.7516GHz -1.2MHz 10.5998GHz 差异

差异 +1MHz +0.7MHz

第五步:混频器与中放设计 采用环形耦合电路,有射频,本振的输入及两个输出;

此部分着重 Insertion loss 和隔离度 由射频端(RF INPUT)顺时针方向到本振(LO INPUT)共 1/2 波长,而由射频端反时针方向到本地振荡 端共全波长,因此当射频讯号经过顺,反时针方向到 LO 端后相位为反相,讯号相互抵消,因此建 立了射频讯号与本地振荡端讯号的相互隔离度。 这个部分用 Microwave office 高频电路模拟软件来做 Insertion loss 和隔离度模拟。 针对本低杂讯放大降频器的需求,射频输入讯号为 10.7GHz~12.75GHz,Z0 为 50 欧,√2Z0=70.7 欧, 使用 ROGERS RO4003 电路板材,经过计算,在此频率范围内 50 欧的微带线线宽为 1.2mm,70.7 欧 的微带线线宽为 0.7mm,另外在此频率范围 1/4 波长的微带线长度为 4mm, 利用以上数据画出环形耦合电路图

插入损耗模拟结果

本振与射频端之间的隔离度模拟结果 中频(IF)端设计 由于 FMM5107ML 的输出端没有内建阻抗匹配线路,因此 FMM5107ML 输出端必须设计阻抗匹配 与输出端(75 欧)相匹配,以得到最大的讯号功率输出。 中频端线路模拟,调整 TL1 和 TL3 的长度可以达到最佳的电压驻波比(VSWR).

中频输出端输出反射损耗

混频,中频放大 pcb 部分

因 pcb 出板后,需做调整,所以线路中会有少许线宽调整。

待续……….


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