UHF頻段機載衛星通信設備中信道指標淺析

王璟

本文主要對UHF頻段機載衛星通信信道模塊進行研究，研究滿足現有機載UHF通信信道模塊的各項要求，以及飛行速度高、姿態變化大的飛機平臺使用的UHF頻段衛星通信。首先針對本課題的研究背景進行論述；其次，結合應用的需要針對信道模塊中的關鍵技術突破進行闡述，例如自動增益控制和快速跳頻；研究過程中采用仿真軟件進行仿真分析和優化設計，根據仿真結果研制樣件，并對樣件的的主要電性能指標進行了測試。

【關鍵詞】信道模塊 指標論證 工作原理

UHF衛星通信在實際應用中一般使用UHF較低的頻段，特高頻信號在軍事領域中也有許多其他頻段信號無法比擬的優勢。本產品為UHF衛星通信的射頻前端，實現了信息的傳輸與解調。本文針對收發信道模塊實施細節中涉及到的2路接收通道、1路發射通道、頻綜單元、時鐘單元等進行簡單介紹，并對噪聲系數、通道增益、隔離度等關鍵指標的實現進行了詳細論證。

1 產品主要技術指標

1.1 接收通道

輸入信號：

（1）頻率：**MHz；

（2）接收通道數：2路；

（3）頻率步進：1kHz；

（4）噪聲系數：≤4dB（常溫）

（5）AGC動態范圍（帶內）：-115dBm～-75dBm；

（6）AGC響應時間：≤50μs；

（7）2路接收通道之間的隔離度：≥90dB。

1.2 發射通道

（1）輸出信號頻率范圍：**MHz；

（2）發射通道數：1路；

（3）頻率步進：1kHz。

1.3 頻綜單元

（1）頻率切換時間：≤100us；

（2）頻率準確度：優于1×10-7；

（3）頻率穩定度：優于1×10-7。

2 設計原理

本組件包括接收通道、發射通道、頻綜單元、時鐘單元。接收通道包含2路下變頻通道，采用低本振1次變頻，中頻輸出為AGC輸出。發射通道包括1路上變頻通道，采用高本振2次變頻。頻綜單元為3個，包含了2個接收通道本振，1個發射通道本振。時鐘單元為1路時鐘源輸出。

2.1 接收通道原理

接收通道的射頻部分主要完成對射頻信號的濾波放大功分，之后經過變頻器將功分的2路UHF頻段信號下變到**MHz，再對中頻信號濾波放大，最終進行自動增益控制后輸出。

接收通道的電源在給各級有源器件（放大器、AGC）供電時，每級有源器件需要單獨的LDO再次進行穩壓。LDO可以保護鏈路中的有源器件，還有隔離的作用。

2.2 發射通道原理

發射通道的中頻信號經過兩次上變頻，中頻信號進入發射通道首先經過開關后進入濾波器選頻，再進入混頻器進行一次上變頻，本振為**MHz，上變到**MHz，再放大濾波后進入二次上變頻器，上變到射頻信號后再經過濾波放大濾波，對信號進行優化后再輸出。

發射通道的電源在給各級有源器件（放大器）供電時，每級有源器件需要單獨的LDO再次進行穩壓。LDO可以保護鏈路中的有源器件，還有隔離的作用。

2.3 本振單元、時鐘單元原理

晶振選用40MHz，通過功分器，分成4路，一路分給接收本振作為參考，一路分給FPGA作為時鐘；一路分給發射本振作為參考，一路分給時鐘源作為參考，接收本振、發射本振由單片機給出的控制信號來控制DDS，DDS提供變頻器需要的本振頻率，再分別經過濾波和放大輸出給接收通道的變頻器。加入濾波器和放大器是為了提高通道之間的相互隔離。本振單元、時鐘單元的電源在給各級有源器件（FPGA、DDS、放大器）供電時，每級有源器件需要單獨的LDO再次進行穩壓。

3 指標分析

3.1 接收通道

輸入信號：

（1）頻率：**MHz。本次方案中選用的器件的使用頻段都在技術指標要求的頻段內，電路板微帶線的設計按照技術指標要求的頻段進行阻抗設計。

（2）頻率步進：1kHz。本方案用FPGA控制DDS的方式提供本振頻率，DDS選用AD9912，是小數變頻的器件，頻率步進可以精確到1kHz。

（3）噪聲系數：≤4dB（常溫）。本方案的噪聲系數是軟件scw計算得到的，將各個元器件自身的噪聲值輸入，最終可以得到整個通道的噪聲系數，本方案接收通道的噪聲系數為3.14dB。圖1為噪聲及增益的仿真圖。

根據以往經驗，噪聲系數在低溫會變小，在高溫會變大。本方案接收通道的噪聲系數在最高溫時為3.37dB。

（4）AGC響應時間：≤50μs。本方案中選用的AGC芯片為AD8367，如圖2，圖3是AD8367響應時間圖像，這兩張圖是AD8367運用在其他項目上的響應時間圖像，與本方案的運用環境相同，也是在中頻最終輸出前，上邊的黃線是檢波電壓譜線，下變的藍線是輸出功率的變化譜線。從圖中可以看出以輸入信號的瞬間為起控點，以信號穩定為終止，AGC響應時間：≤10μs。

（5）2路接收通道之間的隔離度：≥90dB。首先結構設計充分考慮將2路接收通道分開，外殼壁上多設置安裝釘，必要時再盒蓋上粘接吸收材料，來防止接收通道之間的信號在空間的相互干擾。2路接收通道的本振是由兩個鎖相環單獨輸出的兩路本振信號，接收通道之間的隔離度由混頻器射頻端和本振端的隔離度加上功分器的隔離度，再加上射頻濾波器對本振信號的抑制，由混頻器射頻端和本振端的隔離度為25 dB，功分器的隔離度20dB，射頻濾波器對本振信號的抑制30 dB，接收通道的隔離度為25+20+30+30，共105 dB，可以達到90dB以上。

3.2 發射通道

3.2.1 輸出信號頻率范圍：XXXMHz

本次方案中選用的器件的使用頻段都在技術指標要求的頻段內，電路板微帶線的設計按照技術指標要求的頻段進行阻抗設計。

3.2.2 頻率步進：1KHz

本方案以FPGA控制DDS的方式提供本振頻率，DDS選用AD9912，是小數變頻的器件，頻率步進可以精確到1kHz。

4 小結

本文設計了UHF頻段機載衛星通信信道模塊，并依據設計進行了實物生產，經測試技術指標滿足要求。

5 結束語

信道模塊是UHF頻段機載衛星通信的重要組成部分，對衛星信號的傳輸及解調起到關鍵作用。本文在設計過程中運用了自動增益控制，快速跳頻，低噪聲放大的技術，重要實現了通道噪聲低，通道增益高，通道間隔離高，頻率轉換速度快等特點。

參考文獻

[1]龔仕仙，魏璽章，黎湘.寬帶數字信道化接收機綜述[J].電子學報，2013（05）：949-959.

[2]劉權，趙光勝，王曉東，周興銘.認知無線電網絡信道交匯研究綜述[J].軟件學報，2014（03）：606-630.

作者單位

中國電子科技集團公司第十研究所 四川省成都市 610036