一种EHF频段上变频器的设计方案的制作方法

本发明涉及微波工程领域。

背景技术：

随着通信的高速发展，毫米波已逐渐成为热点。许多民用和军事设备已逐渐移向毫米波。毫米波也是近年来国外通信开发的主要频段之一，其特点是波束窄，保密和抗干扰能力强，容量大，容易做到图像和数字兼容，相对来讲系统体积小，重量低，低压供电且具有准全天候工作能力。这些特点正是精确制导武器和各种飞行器所需要具备的。鉴于这些优点，随着信息时代的到来，微波频段日益拥挤，再加上发展精确制导武器系统的要求，毫米波技术的发展十分迅速。

通过长期不懈的努力，目前我军的卫星通信地面站已经覆盖了uhf、c、ku、ka等频段，并实现了部分装备的国产化。ehf卫星通信作为我国新开发的军事卫星通信频谱资源，具有通信容量大、抗干扰能力和抗截获能力强、生存力高等优点。国外ehf频段卫星通信的研制起步较早。1994年美国便发射了第一颗军事中继星(milstar)。milstar系统应用于对战略和战术部队进行指挥控制，并对来自间谍卫星及其他信息源的情报进行中继，以便在所有级别的冲突中(包括全面大战)提供一个全球性、高生存力、抗干扰、保密的极高频卫星通信系统。目前美国的milstar已经发展到第三代。除美国之外，英国和北约组织也拥有带ehf转发器的卫星。

由于ehf频段主要应用于军事卫星通信，有关其地球站射频设备的详细公开的报导很少。可以确认的是射频设备的工作原理、组成方案以及关键指标和其他频段地球站射频设备并无实质性差异。

技术实现要素：

本发明提供一种ehf频段上变频器的设计方案，具体方法如下：

1、上变频器通过中频处理模块、参考处理模块、c波段本振频率源模块、c波段上变频器、k波段本振频率源模块、q波段上变频器共6个模块组成；

2、中频处理模块完成对0.95ghz～1.7ghz信号的动态放大，送到混频单元；

3、参考处理模块完成外部参考信号、内置参考信号的处理；

4、c波段本振频率源模块完成5ghz本振源产生；

5、c波段上变频器完成中频信号的第一次上变频、滤波、放大等功能，采用加法，输出5.95～6.7ghz；

6、k波段本振频率源模块完成36.55～38.8ghz本振源产生；

7、q波段上变频器完成k波段本振与中频信号的第二次上变频、滤波等功能。

附图说明

图1.一种ehf频段上变频器设计方案示意图；

图2.中频处理模块实现示意图；

图3.中频处理模块详细实现示意图；

图4.参考信号处理模块实现示意图；

图5.本振频率源模块实现示意图；

图6.本振频率源模块预期完成指标示意图；

图7.c波段上变频器设计方案示意图；

图8.c波段上变频器详细设计示意图；

图9.x波段本振源模块设计方案示意图；

图10.x波段信号倍频到k波段设计方案示意图；

图11.q波段上变频器设计方案示意图；

图12.q波段上变频器详细设计方案示意图。

具体实施方式

1、中频处理模块设计方案

如图2所示，本模块实现0.95ghz～1.7ghz信号的动态放大，并送到混频单元，详细实现如图3所示。

如图2所示，首先采用高通滤波器滤波，目的是滤除不必要的低频干扰，低通滤波器是为了滤除高频杂散；数控衰减是为了控制功率，尽量让链路工作在线性区；放大器是为了将信号放大到一定功率，兼顾混频后的各个频率分量功率分布和线性。

如图2所示，每一级的数控衰减器步进精度均为0.5db，有效地保证了链路的动态范围和噪声系数；放大器的oip3大于35dbm，能够有效地保证链路的非线性需求。

为了达到上述要求，图2的电路细节如图3所示。

在图3中，需要强调，放大器的射频扼流线圈须采用标准的供电器件，设计采用mini公司的tcch-80+这款供电产品。

2、参考处理模块设计方案

本模块完成外部参考信号、内置参考信号的处理，如图4所示。

在图4中，内外10mhz参考信号切换由二选一开关完成，开关的控制信号和内部晶振电源控制信号均由外部参考信号的能量检波电路完成；参考信号选择完成后，由分配电路进行参考信号功分，分别供给中控单元和本振锁相环。

由于参考的指标直接关系到整机噪声指标，因此对参考信号单元的供电要加强滤波，同时注意其它信号的隔离。

指标估算：

采用100mhz的vcxo，指标为

1)调谐范围：约±10ppm；

2)调谐电压：5v；

3)调谐端阻抗大于100k；

4)相位噪声：-115dbc/hz(100hz)，-140dbc/hz(1khz)，-150dbc/hz(10khz)，-155dbc/hz(100khz)。

当环路带宽小于100hz，则产生的50ghz信号时的相位噪声上限分别是：-61dbc/hz(100hz)，-86dbc/hz(1khz)，-96dbc/hz(10khz)，-101dbc/hz(100khz)。

3、c波段本振频率源模块设计方案

如图5所示，本模块完成5ghz本振源的产生，该信号是由集成锁相环adf4355完成的。锁相环输出后通过放大器和低通滤波器来保证功率和谐波水平。预计所完成的指标如图6所示。

4、c波段上变频器设计方案

如图7所示，本模块完成中频信号的第一次上变频、滤波、放大等功能。由于变频后相对带宽变小，因此带内功率平坦度不是主要矛盾，而全温范围内功率的稳定、带外杂散抑制、非线性特性等是关注要点。在工程实现上，功率的稳定是通过图2所示的中频处理单元agc配合整机温度检测数据共同完成；带外杂散抑制是通过滤波器实现；非线性特性通过放大器的非线性指标保证。

图7中，高性能的指标至关重要，需要关注带外抑制、带内平坦度、端口驻波比等指标，考虑采用腔体滤波器实现。

元器件考虑：

1)混频器：综合中频频率和平坦度，选择sim-83+；

2)带通滤波器：为了提高本振抑制度，拟采用高阶数金属腔体式滤波器，该滤波器是影响平坦度的重要因素，设计时需要特别注意。必要时可以考虑限波器的使用。

3)放大器和低通滤波器选用一般的即可。

杂波抑制指标应大于65dbc以上为佳，因此，中频输入功率、滤波器带外抑制特性是紧密相关的。此外，混频器三个端口处需要做反射抑制电路，降低驻波。

带通滤波器：通带5.95ghz～6.70ghz，带外抑制：5ghz及以下65dbc；6.90ghz及以上频率大于15dbc。如果一级滤波无法完成任务，可以考虑放大后再次滤波，但带来的压力是带内平坦度。

详细实现如图8所示。

5、k波段本振源模块设计方案

根据规划，本模块采用两个部分完成，分别是x波段9.1～9.7ghz本振源产生，如图9所示；二倍频产生18.2～19.4ghz，如图10所示。

最终输入到q波段混频器本振端口的信号频率是36.55～39.8ghz，相噪指标受限于参考。若以所选用的vcxo为参照，锁相环环路带宽为100hz左右，则50ghz频点的指标满足：-63dbc/hz(100hz)，-88dbc/hz(1khz)，-98dbc/hz(10khz)，-103dbc/hz(100khz)。

6、q波段上变频器

本模块和之前的模块有了明显的不同，在实现过程中，c波段信号可通过普通的焊接、金丝键合等方式过渡；k波段的本振信号、混频及其后的放大等有源部分则必须采用微组装工艺实现。本模块分为两部分，一是本振信号产生部分，二是上变频链路部分，且二者通过波导连接。基本方案如图11所示。

考虑器件选型，详细设计部分如图12所示。