卫星通信宽带接收机变频组件研究与设计

摘 要在通信系统中，卫星通信系统发挥着重要的作用。而变频组件是卫星广播通信系统中非常重要的一个组成部分，主要作用是将收到的射频信号变频解调成基带信号。文章首先介绍了卫星通信宽带接收机变频结构，然后对相应的指标进行了分析，最后对卫星通信宽带接收机变频组件的设计措施进行了探讨。

【关键词】卫星通信 宽带接收机 变频组件

目前，电视广播已经成为了一项具有较高价值的业务，卫星业务也逐步从电话业务朝着数据传输和视频业务过渡，尤其是一些家庭卫星电视传播对卫星系统的潜力进行了充分的发挥。当卫星处在静止轨道时，如果地面站使用固定天线，那么单颗卫星覆盖面积会占据到底线球表面积的1/3。也就是说，只需利用一颗卫星就可以实现整个大陆广播。在卫星通信宽带接收变频组件成为了新的发展趋势。由于不需要进行中频处理和镜像抑制处理，可以使系统结构得到精简，从而降低系统能耗，对于多标准系统和多频带系统具有非常强的灵活性，而且可以节省带宽，减少了ADC负担。文章重点对卫星通信宽带接收机变频组件研究和设计进行探讨。

1 数字处理技术的概述

信息化时代的到来和数据技术的快速发展，促使无线通信领域接收技术产生颠覆性的变革，传统模拟技术已经逐渐退出移动通信和卫星通信以及个人无线通信等各个领域，现如今仅部分电视广播还沿用模拟传输技术，而其他通信领域和无线领域已经被数字传输技术覆盖。其中，数字处理技术的快速发展主要依靠于模数转换和数字处理技术的迅速发展，而模数转换器能够实现模拟信号与数字信号的转化，数字处理技术再对数字信号进行快速处理。因此，数字化器件对于无线传输领域的发展发挥着重要的作用，有助于全面提升无线电技术领域的快速发展。

模数转换器将模拟信号转换为数字信号之后，数字处理技术需在接收端对数字信号进行滤波和变频以及解码等处理操作。然后在发射端对传入信息进行编码和调制处理操作。相对于模拟调制解调来说，数字调制解调技术在信息传输处理方面具備较大优势。相对于模拟调制来说，数字调制技术具有抗干扰能力强、纠错能力强和安全性高等特点，被无线技术领域广泛应用。

2 系统设计和研制的总体方案

为了深入研究卫生通信地面接收机变频组件的设计和研制，现对AGC电路和解调电路的设计和系统电路研制进行分析。根据功能划分系统，主要包含有滤波器和宽带下变模块。其中，卫星通信接收机变频之间输入频段为L波段，使用的是二级变频结构，利用第一级变频将输入信号转化为固定中频810MHz，再在中频上设计AGC电路结构，其中，AGC的动态范围是50dB，通过AGC电路结构使得系统输出稳定信息。第二级变频结构则使用零中频结构，并且二级本振频率是固定的810MHz，再将系统中频解调转化成基带的I/Q两路信号。

3 对卫星通信宽带接收机变频组件进行研究和设计

3.1 对滤波器电路进行设计

通常情况下接收机系统中的前端滤波器在不同架构之中有两种功能。其中，在超外差结构接收机之中前端滤波器的主要功能是选取需要射频信号通带并确保镜像频率达到合适的抑制度，而镜像频率主要指的是在本振频率和信号载波频率距离中频频率并在本振两侧对称的频率点，因此超外差结构体系中镜频抑制发挥着重要的作用。结合接收机混频原理得知，本振频率和射频信号混频过程中，受到混频器非线性特质的影响，混频器输出端则会产生mw1±nw2的谐波频率，混频器产生的中频则为|w1-w2|，所以载波信号镜像频率混频之后则会落在中频信号带宽之中。若接收系统中频选择不够合理，则可能会导致载波镜像频率功率过大，从而严重影响系统信号稳定，进而导致接收系统无法正常工作，而在直接变频结构之中，系统则不会出现镜像干扰，而前端滤波器的主要功能是取出信号，过滤外干扰。

系统使用的是二级变频结构，其中第一级是超外差结构，所以前端滤波器需要对载波镜频频率进行抑制。对滤波器进行设计之前应当先明确系统镜像抑制度指标，一般情况下通过计算镜像增益A与实际频段RF信号增益B即可明确抑制度。其中，通信系统要求信干比是SIR，镜像抑制度是B-A-SIR。系统处理信号是QPSK调制信号，通过计算得知，滤波器的镜像抑制只需达到50dB即可有效满足系统性能稳定的基本需求。

3.2 对中频滤波器和输出低通滤波器进行设计

系统中的中频滤波器主要功能是滤除混频之后中频通带外的干扰和杂散，特别是RF信号和本振混频产生的mw1±nw2的2阶以上的组合斜坡频率，所以通常情况下中频滤波包含有保护信号通带，主要用于排除信号干扰，系统使用声表面波滤波器为中频滤波器。其中，声表面波滤波器主要具备以下几个特点：滤波器频率响应较为平坦，不平坦幅度为±0.3至±0.5dB，而群时为±30至±50ns；SAWF矩形系数相对较好，带外抑制高达40dB及其以上；虽然插入损耗相对较大，高达25～30dB，可以采用放大器补偿电平损失。该洗砼表面波滤波器参数如表1所示。

在系统中将输入的射频信号解调为基带I/Q两路信号，其中这两路信号的幅度平衡和相位平衡对系统EVM指标产生直接的影响。低通滤波器的带内波动特性和群延时对两路信号的幅度平衡度和相位平衡度产生直接影响。所以，在对低通滤波器进行设计时不但需对滤波性能进行充分考虑，还需有效降低滤波器的带内波动和群延迟。根据现代滤波器网络理论得知，使用LC元件设计低通滤波器能够有效达到滤波性能，受到元件精度和电路板设计以及板件参数的影响，滤波器的带内波动和群延迟仍然难以满足系统幅相平衡的基本要求，所以，MINI使用公司生产的RLP-30型号低通滤波器作为系统遗后输出的低通滤波器。根据测定得知RLP-30型号的低通滤波器性能比较稳定，3dB带宽频率为37MHz，插入损耗相对较小，在卫星通信与移动通信领域更为适用。

3.3 宽带下变频电路的设计和研制

变频组件的性能和尺寸有着较高的要求，现使用RFMD公式产生的RF2052射频芯片作为宽带下变频电路的主体芯片。其中RF2052是自带锁相环与混频器的宽带频率转换芯片，具备着低功耗和高性能的基本特点，芯片内部频率综合器主要包括小数分频频率的锁相环（PLL）以及3个高性能的压控振荡器（VCD），采用合适的外部环路滤波器与稳定的频率参考源即可用作低相位噪声频率源。通过缓冲之后频率源即可为混频器提供本振频率，确保芯片输出射频信号能够稳定到达所需频带。其中，内部混频器偏置电流属于可编程，结合电路性能和输出电流合理配置偏置电流。因为使用小数分频，所以内部本振模块可以在30MHz与2400MHz间进行连续转换。而宽带混频器可操作频带则可以从30MHz至2500MHz，并且输入信号还可以进行上变频与下变频操作，芯片使用的外部频率为10MHz至52MHz。

在设计RF2502电路板过程中，接地直接影响着芯片的性能，特别是芯片中心PAD，若接地不够良好则会致使输出频率噪声性能受到严重影响，甚至可能会导致本振无输出频率，从而使得芯片无法稳定工作。为了确保电路的稳定性能，电路板使用单面设计，而背面裸露并由螺钉固定至腔体之上，保证接地良好，并且电路板上层需要通过孔和背面相互连接，从而保证测试芯片达到设计性能。在实际调试过程中，应当先调试内置的频率源，经过电路设置之后即可在芯片输出端输出频率源信号，并将频率源信号作为测试信号，不断调试确保环路滤波器能够达到所需信号频率。

4 结论

综上所述，文章设计了可以在卫星通信宽带接收机中进行应用的变频组件，可以将输入的L波段载波信号变频调节为两路基带的I/Q信号，使用该变频组件可以使EVM和稳定幅度输出低于4%，达到了使用要求。

参考文献

[1]姜作凯.宽带微波接收前端研究[D].成都：电子科技大学，2013.

[2]马宁.卫星通信宽带接收机变频组件研究与设计[D].成都：电子科技大学，2012.

作者简介

黄磊（1987-），男，浙江省金华市人。硕士学位。工程师，从事工作为射频微波电路设计。

作者单位

中国电子科技集团公司第二十九研究所 四川省成都市 610036endprint