S頻段測控系統頻率配置優化設計

高杰

摘 要： 闡述了What if軟件與傳統軟件相比做頻率規劃的優點；以S頻段測控系統下行鏈路為例給出了頻率規劃的方法和步驟；在此基礎上給出了可變中頻配置方案解決多目標同時測控中可能產生的交調干擾，最后指出了合理的頻率規劃對提高群時延指標的重要性。

關鍵詞： 頻率規劃； 交叉調制； 群時延； S頻段

中圖分類號： TN802?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射頻系統體系架構的設計中，頻率規劃是首先要完成的工作。這一階段會提出各種頻率配置方案來確保本系統內（組合頻率干擾、鏡像頻率）和系統外（接收發射頻段的選擇和間隔，不同系統間的頻率干擾）表現的可靠性。系統外干擾由專業機構（國際電聯，國家無線電規劃委員會等）來負責；系統內部會在混頻的過程中產生各種雜波，失敗的頻率規劃能導致一個設計完全無法工作，帶來災難性的后果[1?2]。

本文針對S頻段測控系統下行信道使用What if軟件對頻率配置進行優化設計，在此基礎上提出可變中頻配置方案減小多目標交調干擾，并給出改進群時延指標的建議。

1 使用What if做頻率規劃

What if是Genesys公司開發的頻率規劃軟件，它將所有可能的中頻配置的雜散在一張圖中呈現出來，自動標識出無雜散的范圍。相比傳統的頻率規劃軟件優點如下：

（1） 縮短時間：將以前需要花費幾個星期或者幾天才能完成的頻率規劃工作縮短到幾個小時甚至是幾分 鐘就可以完成；

（2） 給出雜散幅度值：分析一個指定的中頻內會不會落入雜散是容易的，確定雜散的幅度則不那么容易，What if可以給出具有參考價值的交調產物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：傳統的組合頻率計算軟件以數據或者表格的形式呈現組合頻率干擾，閱讀、交流效率低；What if在一張圖中呈現雜散大小隨頻率變化的分布，自動給出無雜散中頻頻率范圍的所有組合；

（4） 本振與射頻頻率是相關的：傳統的雜散分析軟件的本振與射頻是相對獨立的，需要人為去分割射頻帶寬去做整個頻帶內的分析，大大增加了工作量，What if中本振與射頻自動關聯；

（5） 考慮了中頻帶寬對無雜散中頻范圍的影響：較寬的中頻帶寬會減小中頻帶寬的可選范圍。

實際使用中可以按照以下步驟來選擇合適的中頻頻率：

（1） 根據任務需求確定射頻和中頻工作頻率和帶寬；

（2） 使用What if對高次混頻組合頻率干擾進行分析，初步確定上行二中頻、下行一中頻的范圍；

（3） 將選定的數字基帶中頻頻率當作射頻頻率，對低次混頻進行分析，再次選出低雜散的上行二中頻、下行一中頻的頻率范圍；

（4） 取步驟（2）、（3）的交集作為中頻頻率，然后在What if中固定中頻頻率核實組合頻率干擾是否在可控范圍內。

無委會分配給S頻段測控系統的下行頻段為2 200～2 300 MHz。

根據基帶中頻頻率：70 MHz；中頻1 dB帶寬：[≥36 MHz]進行頻率規劃。

What if中混頻器的配置方程見表1。需要根據具體條件進行選擇。

2 使用可變中頻配置減小互調干擾

當測控對象為單目標時上述的頻率配置方案很好的解決了系統內自身干擾問題。但當系統需要對多個S頻段不同頻率點的目標同時進行測控時，就會帶來的新的組合頻率干擾。嚴格意義上來說，這樣的組合頻率干擾的不是系統內頻率配置要解決的問題，但有些情況下無法預知空間中存在的所有干擾信號的頻率，此時對于有高可靠性測控要求的系統而言，可以采用可變中頻的頻率配置方案減小上述干擾的影響。假設信號帶寬為20 MHz，固定一中頻頻率配置方案示意圖如圖3所示，可變中頻的頻率配置方案示意圖如圖4所示。

可變中頻方案的關鍵在于找到一個合適擴展中頻頻率的頻段，上節中介紹的What if軟件可以在短時間內找到合適的中頻的頻率，這樣就可以選擇較寬帶寬的濾波器（例如1 dB帶寬60 MHz）濾除一次混頻的雜波，而且可以利用較寬的中頻帶寬，添加額外的可變中頻頻率來解決外來組合頻率干擾的問題，當其中一種頻率配置不可用時可以選擇升高或者降低中頻頻率來消除或者減弱外來組合頻率干擾的影響，付出的代價是需要小范圍擴展高、低本振的頻率覆蓋范圍，這對于當前頻率綜合技術而言不難實現，通常僅需要更改軟件上的設計即可。

3 頻率配置方案對群時延特性的影響

群時延特性是現代航天測控和衛星通信的一項重要指標，帶內群時的劇烈波動會引起信號相位失真，增加測距誤差和誤碼率[5?6]。系統的群時延指標主要受中頻濾波器器影響，而濾波器的帶寬又是影響濾波器群時延特性最主要的因素。系統的頻率配置與中頻濾波器的帶寬相互影響。從這個意義上來看，頻率配置方案的目的不再是簡單的減少組合頻率干擾，合理的頻率配置方案會給系統關鍵指標的設計帶來方便。上節中選擇的630 MHz的一中頻率即可通過簡單的擴展濾波器的1 dB帶寬到60 MHz的簡單方法改善群時延特性，同樣的由于二中頻組合頻率干擾距離70 MHz的中心頻率較近，此時只能采用時延均衡的方案來解決群時指標與濾波器帶外抑制的矛盾。

4 結 語

本文以S頻段測控系統為例，給出了使用What if進行兩次變頻組合頻率干擾分析的方法、步驟和注意事項。減小了設計最初階段頻率規劃花費的時間，說明了可變中頻對抑制多目標測控系統交調干擾的原理，指出了頻率規劃對系統群時延特性的影響，該分析方法不僅適用于S頻段下行鏈路分析，同樣適用于擴展到兩次或多次變頻系統的上、下行鏈路的頻率規劃。

參考文獻

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吳世杰.二次變頻通信系統中的頻率配置設計[J].無線電通信技術，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孫寶升，陸曉明.群時延特性對衛星高速數傳中繼系統的影響[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：54?58.

[6] 陳暉，易克初，李文鐸.群時延失真對擴頻通信性能影響的仿真與分析[J].電訊技術，2006（2）：111?113.

摘 要： 闡述了What if軟件與傳統軟件相比做頻率規劃的優點；以S頻段測控系統下行鏈路為例給出了頻率規劃的方法和步驟；在此基礎上給出了可變中頻配置方案解決多目標同時測控中可能產生的交調干擾，最后指出了合理的頻率規劃對提高群時延指標的重要性。

關鍵詞： 頻率規劃； 交叉調制； 群時延； S頻段

中圖分類號： TN802?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射頻系統體系架構的設計中，頻率規劃是首先要完成的工作。這一階段會提出各種頻率配置方案來確保本系統內（組合頻率干擾、鏡像頻率）和系統外（接收發射頻段的選擇和間隔，不同系統間的頻率干擾）表現的可靠性。系統外干擾由專業機構（國際電聯，國家無線電規劃委員會等）來負責；系統內部會在混頻的過程中產生各種雜波，失敗的頻率規劃能導致一個設計完全無法工作，帶來災難性的后果[1?2]。

本文針對S頻段測控系統下行信道使用What if軟件對頻率配置進行優化設計，在此基礎上提出可變中頻配置方案減小多目標交調干擾，并給出改進群時延指標的建議。

1 使用What if做頻率規劃

What if是Genesys公司開發的頻率規劃軟件，它將所有可能的中頻配置的雜散在一張圖中呈現出來，自動標識出無雜散的范圍。相比傳統的頻率規劃軟件優點如下：

（1） 縮短時間：將以前需要花費幾個星期或者幾天才能完成的頻率規劃工作縮短到幾個小時甚至是幾分 鐘就可以完成；

（2） 給出雜散幅度值：分析一個指定的中頻內會不會落入雜散是容易的，確定雜散的幅度則不那么容易，What if可以給出具有參考價值的交調產物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：傳統的組合頻率計算軟件以數據或者表格的形式呈現組合頻率干擾，閱讀、交流效率低；What if在一張圖中呈現雜散大小隨頻率變化的分布，自動給出無雜散中頻頻率范圍的所有組合；

（4） 本振與射頻頻率是相關的：傳統的雜散分析軟件的本振與射頻是相對獨立的，需要人為去分割射頻帶寬去做整個頻帶內的分析，大大增加了工作量，What if中本振與射頻自動關聯；

（5） 考慮了中頻帶寬對無雜散中頻范圍的影響：較寬的中頻帶寬會減小中頻帶寬的可選范圍。

實際使用中可以按照以下步驟來選擇合適的中頻頻率：

（1） 根據任務需求確定射頻和中頻工作頻率和帶寬；

（2） 使用What if對高次混頻組合頻率干擾進行分析，初步確定上行二中頻、下行一中頻的范圍；

（3） 將選定的數字基帶中頻頻率當作射頻頻率，對低次混頻進行分析，再次選出低雜散的上行二中頻、下行一中頻的頻率范圍；

（4） 取步驟（2）、（3）的交集作為中頻頻率，然后在What if中固定中頻頻率核實組合頻率干擾是否在可控范圍內。

無委會分配給S頻段測控系統的下行頻段為2 200～2 300 MHz。

根據基帶中頻頻率：70 MHz；中頻1 dB帶寬：[≥36 MHz]進行頻率規劃。

What if中混頻器的配置方程見表1。需要根據具體條件進行選擇。

2 使用可變中頻配置減小互調干擾

當測控對象為單目標時上述的頻率配置方案很好的解決了系統內自身干擾問題。但當系統需要對多個S頻段不同頻率點的目標同時進行測控時，就會帶來的新的組合頻率干擾。嚴格意義上來說，這樣的組合頻率干擾的不是系統內頻率配置要解決的問題，但有些情況下無法預知空間中存在的所有干擾信號的頻率，此時對于有高可靠性測控要求的系統而言，可以采用可變中頻的頻率配置方案減小上述干擾的影響。假設信號帶寬為20 MHz，固定一中頻頻率配置方案示意圖如圖3所示，可變中頻的頻率配置方案示意圖如圖4所示。

可變中頻方案的關鍵在于找到一個合適擴展中頻頻率的頻段，上節中介紹的What if軟件可以在短時間內找到合適的中頻的頻率，這樣就可以選擇較寬帶寬的濾波器（例如1 dB帶寬60 MHz）濾除一次混頻的雜波，而且可以利用較寬的中頻帶寬，添加額外的可變中頻頻率來解決外來組合頻率干擾的問題，當其中一種頻率配置不可用時可以選擇升高或者降低中頻頻率來消除或者減弱外來組合頻率干擾的影響，付出的代價是需要小范圍擴展高、低本振的頻率覆蓋范圍，這對于當前頻率綜合技術而言不難實現，通常僅需要更改軟件上的設計即可。

3 頻率配置方案對群時延特性的影響

群時延特性是現代航天測控和衛星通信的一項重要指標，帶內群時的劇烈波動會引起信號相位失真，增加測距誤差和誤碼率[5?6]。系統的群時延指標主要受中頻濾波器器影響，而濾波器的帶寬又是影響濾波器群時延特性最主要的因素。系統的頻率配置與中頻濾波器的帶寬相互影響。從這個意義上來看，頻率配置方案的目的不再是簡單的減少組合頻率干擾，合理的頻率配置方案會給系統關鍵指標的設計帶來方便。上節中選擇的630 MHz的一中頻率即可通過簡單的擴展濾波器的1 dB帶寬到60 MHz的簡單方法改善群時延特性，同樣的由于二中頻組合頻率干擾距離70 MHz的中心頻率較近，此時只能采用時延均衡的方案來解決群時指標與濾波器帶外抑制的矛盾。

4 結 語

本文以S頻段測控系統為例，給出了使用What if進行兩次變頻組合頻率干擾分析的方法、步驟和注意事項。減小了設計最初階段頻率規劃花費的時間，說明了可變中頻對抑制多目標測控系統交調干擾的原理，指出了頻率規劃對系統群時延特性的影響，該分析方法不僅適用于S頻段下行鏈路分析，同樣適用于擴展到兩次或多次變頻系統的上、下行鏈路的頻率規劃。

參考文獻

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吳世杰.二次變頻通信系統中的頻率配置設計[J].無線電通信技術，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孫寶升，陸曉明.群時延特性對衛星高速數傳中繼系統的影響[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：54?58.

[6] 陳暉，易克初，李文鐸.群時延失真對擴頻通信性能影響的仿真與分析[J].電訊技術，2006（2）：111?113.

摘 要： 闡述了What if軟件與傳統軟件相比做頻率規劃的優點；以S頻段測控系統下行鏈路為例給出了頻率規劃的方法和步驟；在此基礎上給出了可變中頻配置方案解決多目標同時測控中可能產生的交調干擾，最后指出了合理的頻率規劃對提高群時延指標的重要性。

關鍵詞： 頻率規劃； 交叉調制； 群時延； S頻段

中圖分類號： TN802?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射頻系統體系架構的設計中，頻率規劃是首先要完成的工作。這一階段會提出各種頻率配置方案來確保本系統內（組合頻率干擾、鏡像頻率）和系統外（接收發射頻段的選擇和間隔，不同系統間的頻率干擾）表現的可靠性。系統外干擾由專業機構（國際電聯，國家無線電規劃委員會等）來負責；系統內部會在混頻的過程中產生各種雜波，失敗的頻率規劃能導致一個設計完全無法工作，帶來災難性的后果[1?2]。

本文針對S頻段測控系統下行信道使用What if軟件對頻率配置進行優化設計，在此基礎上提出可變中頻配置方案減小多目標交調干擾，并給出改進群時延指標的建議。

1 使用What if做頻率規劃

What if是Genesys公司開發的頻率規劃軟件，它將所有可能的中頻配置的雜散在一張圖中呈現出來，自動標識出無雜散的范圍。相比傳統的頻率規劃軟件優點如下：

（1） 縮短時間：將以前需要花費幾個星期或者幾天才能完成的頻率規劃工作縮短到幾個小時甚至是幾分 鐘就可以完成；

（2） 給出雜散幅度值：分析一個指定的中頻內會不會落入雜散是容易的，確定雜散的幅度則不那么容易，What if可以給出具有參考價值的交調產物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：傳統的組合頻率計算軟件以數據或者表格的形式呈現組合頻率干擾，閱讀、交流效率低；What if在一張圖中呈現雜散大小隨頻率變化的分布，自動給出無雜散中頻頻率范圍的所有組合；

（4） 本振與射頻頻率是相關的：傳統的雜散分析軟件的本振與射頻是相對獨立的，需要人為去分割射頻帶寬去做整個頻帶內的分析，大大增加了工作量，What if中本振與射頻自動關聯；

（5） 考慮了中頻帶寬對無雜散中頻范圍的影響：較寬的中頻帶寬會減小中頻帶寬的可選范圍。

實際使用中可以按照以下步驟來選擇合適的中頻頻率：

（1） 根據任務需求確定射頻和中頻工作頻率和帶寬；

（2） 使用What if對高次混頻組合頻率干擾進行分析，初步確定上行二中頻、下行一中頻的范圍；

（3） 將選定的數字基帶中頻頻率當作射頻頻率，對低次混頻進行分析，再次選出低雜散的上行二中頻、下行一中頻的頻率范圍；

（4） 取步驟（2）、（3）的交集作為中頻頻率，然后在What if中固定中頻頻率核實組合頻率干擾是否在可控范圍內。

無委會分配給S頻段測控系統的下行頻段為2 200～2 300 MHz。

根據基帶中頻頻率：70 MHz；中頻1 dB帶寬：[≥36 MHz]進行頻率規劃。

What if中混頻器的配置方程見表1。需要根據具體條件進行選擇。

2 使用可變中頻配置減小互調干擾

當測控對象為單目標時上述的頻率配置方案很好的解決了系統內自身干擾問題。但當系統需要對多個S頻段不同頻率點的目標同時進行測控時，就會帶來的新的組合頻率干擾。嚴格意義上來說，這樣的組合頻率干擾的不是系統內頻率配置要解決的問題，但有些情況下無法預知空間中存在的所有干擾信號的頻率，此時對于有高可靠性測控要求的系統而言，可以采用可變中頻的頻率配置方案減小上述干擾的影響。假設信號帶寬為20 MHz，固定一中頻頻率配置方案示意圖如圖3所示，可變中頻的頻率配置方案示意圖如圖4所示。

可變中頻方案的關鍵在于找到一個合適擴展中頻頻率的頻段，上節中介紹的What if軟件可以在短時間內找到合適的中頻的頻率，這樣就可以選擇較寬帶寬的濾波器（例如1 dB帶寬60 MHz）濾除一次混頻的雜波，而且可以利用較寬的中頻帶寬，添加額外的可變中頻頻率來解決外來組合頻率干擾的問題，當其中一種頻率配置不可用時可以選擇升高或者降低中頻頻率來消除或者減弱外來組合頻率干擾的影響，付出的代價是需要小范圍擴展高、低本振的頻率覆蓋范圍，這對于當前頻率綜合技術而言不難實現，通常僅需要更改軟件上的設計即可。

3 頻率配置方案對群時延特性的影響

群時延特性是現代航天測控和衛星通信的一項重要指標，帶內群時的劇烈波動會引起信號相位失真，增加測距誤差和誤碼率[5?6]。系統的群時延指標主要受中頻濾波器器影響，而濾波器的帶寬又是影響濾波器群時延特性最主要的因素。系統的頻率配置與中頻濾波器的帶寬相互影響。從這個意義上來看，頻率配置方案的目的不再是簡單的減少組合頻率干擾，合理的頻率配置方案會給系統關鍵指標的設計帶來方便。上節中選擇的630 MHz的一中頻率即可通過簡單的擴展濾波器的1 dB帶寬到60 MHz的簡單方法改善群時延特性，同樣的由于二中頻組合頻率干擾距離70 MHz的中心頻率較近，此時只能采用時延均衡的方案來解決群時指標與濾波器帶外抑制的矛盾。

4 結 語

本文以S頻段測控系統為例，給出了使用What if進行兩次變頻組合頻率干擾分析的方法、步驟和注意事項。減小了設計最初階段頻率規劃花費的時間，說明了可變中頻對抑制多目標測控系統交調干擾的原理，指出了頻率規劃對系統群時延特性的影響，該分析方法不僅適用于S頻段下行鏈路分析，同樣適用于擴展到兩次或多次變頻系統的上、下行鏈路的頻率規劃。

參考文獻

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吳世杰.二次變頻通信系統中的頻率配置設計[J].無線電通信技術，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孫寶升，陸曉明.群時延特性對衛星高速數傳中繼系統的影響[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：54?58.

[6] 陳暉，易克初，李文鐸.群時延失真對擴頻通信性能影響的仿真與分析[J].電訊技術，2006（2）：111?113.