基于ADS軟件的衛(wèi)星\"動(dòng)中通\"微帶雙工器的設(shè)計(jì)

1 引言

衛(wèi)星通信目前我國(guó)已研制出可移動(dòng)的衛(wèi)星通訊終端和接收型的“動(dòng)中通”終端系統(tǒng)，可廣泛用于汽車，火車，輪船等運(yùn)動(dòng)體，可實(shí)時(shí)跟蹤同步通訊衛(wèi)星，但收發(fā)雙工型“動(dòng)中通”終端系統(tǒng)尚屬國(guó)內(nèi)空白。

2 系統(tǒng)介紹

該“動(dòng)中通”系統(tǒng)采用LNB變頻以后下傳的、為了減輕轉(zhuǎn)臺(tái)的載荷，發(fā)射功放下置的方式，系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及要求:

(1)下行信號(hào)If L Band

If:L ±0.25GHz

P≤-10dBm

(2)上行信號(hào)Ku Band

Rf:Ku ±0.25GHz

P≥48dBm

(3)通道插損

ILRf≤0.5dB

ILIf≤1.0dB

(4)通道隔離

ISO≥65dB

3 模型的特性分析

首先我們根據(jù)頻率、指標(biāo)特性確定選擇方案模型，由于IF與RF頻率相差甚遠(yuǎn)，可以將其分解設(shè)計(jì)，所以方案采用RF通道高通濾波，IF通道低通濾波的分解設(shè)計(jì)方式，2個(gè)通道之間采用LC低通濾波電路相連接的方式，使用ADS軟件建立電路模型，電路模型如圖-1，并對(duì)其系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果滿足技術(shù)指標(biāo)要求，可以采用該模型方案設(shè)計(jì)，電路模型仿真結(jié)果如圖-2.

圖1 電路模型

圖2 電路模型仿真結(jié)果

基板的選擇,根據(jù)頻率,功率容量及現(xiàn)有材料,選擇Er=2.65,H=1.0的低損耗聚四氟乙烯材料.

3.1 高通濾波器的特性分析、設(shè)計(jì)及仿真

RF通道的特點(diǎn)是低插損，高功率。如果在此頻率設(shè)計(jì)微帶的高通濾波器很難滿足低插損的要求，經(jīng)過分析，RF通道高通濾波器采用交指電容的方式設(shè)計(jì)，由于電容很小,高頻率可以小插損的傳輸,但是相對(duì)于IF通道低頻阻抗很大,相當(dāng)于開路,可以起到隔離的作用.設(shè)計(jì)時(shí)將高通濾波交指電容的匹配頻率設(shè)計(jì)到Ku波段，這樣既保證RF通道Ku波段的低插損，又能保證IF通道L波段與RF通道Ku波段具有隔離性。設(shè)計(jì)高通電容電路參數(shù)如圖-3，電路仿真結(jié)果如圖-4所示。

圖3 高通電容電路

圖4 高通電容電路仿真結(jié)果

3.2 低通濾波器的特性分析、設(shè)計(jì)及仿真

① IF通道低通濾波器采用微帶高低阻抗線的電路形式設(shè)計(jì)。

IF通道低通濾波器的頻率設(shè)計(jì)不能像普通低通濾波器那樣，如果設(shè)計(jì)L波段低通濾波器，那十幾個(gè)倍頻的Ku波段會(huì)形成寄生通帶，根本沒法隔離，設(shè)計(jì)時(shí)需要將低通濾波器的通帶頻率設(shè)計(jì)到X波段附近，這樣IF通道Ku波段隔離就能達(dá)到效果。設(shè)計(jì)低通濾波電路參數(shù)如圖-5，電路仿真結(jié)果如圖-6所示。

圖5 低通濾波電路

圖6 低通濾波電路仿真結(jié)果[!--empirenews.page--]

② IF通道微帶線高低阻抗線低通濾波器在有限的尺寸不能滿足隔離要求，所以考慮后面再加一級(jí)LC集總參數(shù)的低通濾波器作為補(bǔ)償，以保證滿足隔離要求。設(shè)計(jì)LC低通濾波電路參數(shù)如圖-7，電路仿真結(jié)果如圖-8所示。

圖7 LC低通濾波電路

圖8 LC低通濾波電路仿真結(jié)果

4 雙工器模型的設(shè)計(jì)仿真

雙工器模型電路如圖-9所示，各個(gè)模塊的隔離分別在-33dB和-46dB,多級(jí)串聯(lián)的時(shí)候,隔離該是他們之和-79dB,可是隔離卻只有-48dB和-47dB, 雙工器PCB板電路仿真結(jié)果如圖-10所示。

滿足要求,ADS軟件沒有物理隔離模型，如果要實(shí)現(xiàn)高隔離度，必須依靠封裝盒體的物理隔離才可以實(shí)現(xiàn),既然模塊的隔離度之和遠(yuǎn)大于指標(biāo)值-65dB,那么雙工器采用這些模塊方案是完全可行的,保證能滿足技術(shù)指標(biāo)要求.由于頻率很高,盒體的設(shè)計(jì)也由為重要,采用機(jī)加工金屬盒體,在三通和兩級(jí)濾波器之間放置隔離板,來保證通道的隔離度.上蓋為2mm的金屬平板,來保證外界的干擾。盒體如圖11所示。

圖10 雙工器電路仿真結(jié)果

分析原因,在這么高的頻率時(shí),電路的隔離已經(jīng)不能

圖11 雙工器盒體

圖9 雙工器電路模型PCB板

5 結(jié)論

本文采用基于ADS軟件的雙工器模型的構(gòu)建和性能仿真,實(shí)驗(yàn)研究。介紹了利用ADS軟件進(jìn)行雙工器模型的構(gòu)建，對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行了可行性方案分析，設(shè)計(jì)、仿真的詳細(xì)過程，并利用ADS軟件制作了該模型的PCB電路，交付電路板光繪制作后測(cè)試，插損指標(biāo)滿足技術(shù)要求，隔離度優(yōu)于技術(shù)指標(biāo)要求,典型值可達(dá)-74dB,電路測(cè)試結(jié)果如圖-12所示。

圖12 雙工器測(cè)試結(jié)果