Ka頻段下變頻組件仿真設計

黃亮 趙海 潘威

摘要??? 本文主要研究Ka頻段下變頻組件仿真設計的具體方式，包括射頻鏈路仿真設計、中頻鏈路仿真設計、本振源路仿真設計、變頻組件仿真計算等內容。通過本文的分析，對下變頻組件仿真設計的方式進行淺談，以期為相關人員提供參考。

【關鍵詞】Ka頻段 變頻組件 仿真設計

Ka頻段是電磁頻譜中微波波段所包含的一部分，其頻率范圍為26.5GHz至40GHz。由于Ka頻段有著較強的獨特性，在實際應用的過程中被廣泛應用在制導、雷達、通信等領域中。就電子對抗系統而言，Ka頻段信號需要下變頻到低、中頻波段進行信號的調制解調、信號處理等功能，下變頻組件的性能直接影響系統接收機的性能，因此需要對Ka頻段下變頻組件進行仿真設計。

1 Ka頻段射頻鏈路的仿真設計

在對射頻鏈路進行仿真設計的過程中，其接入端口需要使用型號為（SAST）G*2.92-KFD9G的SMA接頭，位于整個組件的前端，因此必須保證其駐波及插損符合組件的基本要求，否則將會影響其整體性能。根據經驗，可以采用的結構形式為同軸-微帶，這種技術方式便于組件在上級分機中與其它組件級聯，和組件內部芯片間的級聯，同時容易加工，不會產生較高的損耗。

下變頻組件需要滿足系統對信號放大，系統動態擴展和限幅保護的需求，Ka頻段的射頻信號在傳輸的過程中，依次經過限幅器、數控衰減器和低噪聲放大器，與混頻器實現鏈接。在實際的仿真設計過程中，可以使用三維電磁仿真軟件完成計算，為了使交調產物功率盡量小，到混頻器前的射頻信號最大功率應比其輸入P1dB小5至10dB，結合組件的增益、噪聲和輸入P1dB等要求，以此來得到射頻鏈路各組成器件需要滿足的指標。

2 Ka頻段中頻鏈路的仿真設計

除受混頻器非線性因素的影響會產生很多交調分量之外，由于使用型號為HMC292的混頻器，其需要13dBm以上的本振信號進行驅動，會增加本振泄露的風險，甚至會出現覆蓋中頻信號的現象，所以對本振進行抑制有著較強的必要性。為了能夠實現高雜散抑制、高增益的目的，在對中頻鏈路進行仿真設計的過程中，應該使用的結構形式為：濾波-放大-濾波-放大。另外，需要在綜合分析系統功耗的基礎上，完成選取中頻放大器的環節，并注意對輸出P1dB因素的影響。

通常本振信號、中頻信號的頻率相距較遠，很可能會受到諧振式濾波器寄生通帶的影響，對此組件應該使用七級高低阻抗低通濾波器和U型發夾式耦合線微帶濾波器兩級濾波的形式。通過這樣的設計方式，能夠獲得Ka頻段中頻鏈路的仿真設計結果，從而進行更加深入對雜散抑制的分析。同時，可以在組件中級聯π型衰減器，合理地分配各衰減器的衰減值，提供上級分機適宜大小的增益值且保證組件中各個放大器能夠處于線性的運行狀態。

3 Ka頻段本振源鏈路的仿真設計

結合Ka頻段中頻鏈路的仿真設計，設計人員還應該對本振源進行設計，保證其框圖設計的合理性。在仿真設計的過程中，會出現相位噪聲的問題，即在Ka頻段中的信號源中，很多噪聲會隨機出現，從而影響本振信號的穩定性，或者出現相位起伏等問題。這一問題，實際上是表征信號中，表示短期內輸出頻率是否穩定的指標，其中大的相位噪聲會在一定程度上，影響Ka頻段系統接收機的動態范圍、選擇性，進而導致電子對抗系統中會出現更多的誤碼率。因此對本振源進行仿真設計，成為優化Ka頻段系統的關鍵環節。

在具體的設計方案中，其實現方式為鎖相+倍頻，同時對外輸入信號進行5倍頻處理，信號為10MHz，經過處理以后形成50MHz信號，從而提高信號的相噪。另外，Ka頻段組件中鎖相環的輸出頻率，等于23.2GHz，其相噪來四部分，即VCO、電荷泵、反饋分頻、參考輸入，貢獻公式為：STOT=（SREF2+SN2）*[G/（1+GH）]2+SCP2*（1/Kd）2*[G/（1+GH）]2+SVCO2*[G/（1+GH）]2。通過此公式能夠對本振源仿真結果進行分析、計算，為Ka頻段下變頻組件仿真計算提供有價值的參數據考。

4 Ka頻段下變頻組件仿真計算

通過以上對Ka頻段下變頻組件的下級子鏈路的仿真設計，就能夠基于仿真設計結果，進行具體的組件仿真計算。在完成無源電路設計、芯片選擇的基礎上，能夠通過獲取的各個組建參數，使用ADS軟件，對Ka頻段下變頻組件進行系統級聯仿真，最終得到組件能夠滿足的性能數據結果。具體來說，基于ADS軟件的仿真計算，將26.5GHz～36GHz，-80dBm～+5dBm輸入信號下變頻，輸出4.6GHz～8.4GHz適宜變頻后端處理的信號，其結果為：Ka頻段下變頻組件的噪聲系數等于7.2dB，變頻增益結果等于4～10dB，雜散抑制的結果在70dBc以上，輸出P1dB的結果等于12dBm。在全頻段的最大輸入功率為-15dBm情況下，經過計算得出交調信號的抑制結果為50dBc。通過優化微帶線與芯片、微帶線與絕緣子水平過渡級聯的仿真設計，可將組件輸入輸出駐波控制在2.5以下。

筆者基于上述仿真結果，成功設計出一個Ka頻段下變頻組件，實測性能指標與仿真結果一致，如圖1所示。

5 結語

綜上所述，Ka頻段下變頻組件的仿真設計，涉及到很多不同的層面，需要技術人員采用合理的方式和工具完成仿真設計工作。以此為基礎，可以提高無源電路、芯片選擇的合理性，優化Ka頻段電子對抗系統的性能，并實現對組件的級聯仿真，其最終的結果符合Ka頻段電子對抗系統的要求。因此，結合本文的分析發現，文中所提及的仿真設計方案，具有較強的可行性。

參考文獻

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