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　　本文針對(duì)某項(xiàng)目的具體要求，設(shè)計(jì)了適合小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的射頻前端，仿真分析了其關(guān)鍵電路，并通過實(shí)物驗(yàn)證了方案設(shè)計(jì)的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　超外差結(jié)構(gòu)是射頻前端應(yīng)用中最多的一種結(jié)構(gòu)，其發(fā)射和接收方案都比較成熟。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　在接收電路中將從天線接收來的微弱信號(hào)放大，經(jīng)過下變頻得到中頻信號(hào)，為了放大器的穩(wěn)定和避免自激，在一個(gè)頻帶內(nèi)的放大器其增益一般不超過 50～60dB，通過選擇合適的中頻頻點(diǎn)和濾波器，可以實(shí)現(xiàn)很好的選擇性和靈敏度。發(fā)射電路中將中頻信號(hào)上變頻得到射頻信號(hào)，經(jīng)過濾波和功率放大輸出給天線發(fā)射出去。

　　系統(tǒng)中發(fā)射電路和接收電路均采用二次變頻。飛行過程中小衛(wèi)星與主星之間距離的變化會(huì)引起接收電路輸入端信號(hào)的功率變化，變化范圍可達(dá)幾十分貝，在接收電路中設(shè)置自動(dòng)增益控制電路，使接收信號(hào)功率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)輸出信號(hào)功率變化很小。系統(tǒng)中重要組成部分有低噪放電路、鎖相環(huán)電路、自動(dòng)增益控制電路等。

　　系統(tǒng)中接收電路的主要指標(biāo)如下：

　　(1)接收信號(hào)為2.3GHz，功率為-120dBm;輸出信號(hào)為30MHz，功率大于等于0dBm。

　　(2)噪聲系數(shù)小于等于2，輸出信號(hào)功率信噪比大于等于13dB。

　　(3)接收信號(hào)在-120～-90dBm變化時(shí)，輸出信號(hào)變化小于6dBm。

　　(4)相位噪聲小于-80dBc/Hz/10kHz。

　　2 系統(tǒng)組成部分

　　2.1 低噪放電路

　　低噪聲放大器在接收電路中處于前端，接收來自天線的微弱信號(hào)，其性能的好壞直接影響著整機(jī)的性能，尤其是接收靈敏度和整機(jī)噪聲的好壞。低噪聲放大器的主要指標(biāo)有噪聲系數(shù)、功率增益、動(dòng)態(tài)范圍、穩(wěn)定性。

　　噪聲系數(shù)定義為線性二端口網(wǎng)絡(luò)中：

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　　式中：F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3分別為前三級(jí)放大器的噪聲系數(shù);G1，G2，G3分別為前三級(jí)放大器的增益。

　　由式(2)可知放大器級(jí)聯(lián)時(shí)噪聲系數(shù)主要由第一級(jí)決定，因此要求第一級(jí)放大器的噪聲系數(shù)越小越好。為了抑制后級(jí)電路對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響，第一級(jí)放大器需要有較高的增益。

　　該項(xiàng)目中采用的方案是三級(jí)低噪聲放大器級(jí)聯(lián)。第一級(jí)選用HMC618LP3，在25℃環(huán)境中2.3GHz處增益為15dB，噪聲系數(shù)為1.05。第二級(jí)選用HMC548LP3，在25℃環(huán)境中2.3GHz處增益為25dB，噪聲系數(shù)為1.5。第三級(jí)選用變?cè)鲆娣糯笃鱄MC287MS8，在25℃環(huán)境中Vctl=0時(shí)，2.3GHz處增益為23dB，Vctl=3V時(shí)，增益為-11dB。將放大器的S2P文件導(dǎo)入ADS軟件中仿真，結(jié)果如圖2所示。由圖可知，最高增益為52.196dB，最低增益為18.658dB。三級(jí)放大器增益都很高，如果各級(jí)間匹配不好，很可能會(huì)導(dǎo)致放大器自激振蕩，要從源頭解決這個(gè)問題，只有修改各級(jí)的匹配網(wǎng)絡(luò)，這往往難度很大，最有效的辦法是在級(jí)間增加π型衰減網(wǎng)絡(luò)。π型衰減網(wǎng)絡(luò)可以有效抑制信號(hào)在放大器級(jí)間的反射，nf(2)是π型網(wǎng)絡(luò)引入的噪聲，在實(shí)際電路中可以更換π型網(wǎng)絡(luò)電阻調(diào)節(jié)衰減量和噪聲系數(shù)。

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