中心議題：

• Ku波段雙饋源高頻頭的設計

解決方案：

• 將反射麵天線的饋源與下變頻器設計成一體
• 開發了一款Ku波段雙饋源衛星高頻頭

隨著全球直播衛星產業的發展，國際市場一些BSS(衛星廣播業務)和FSS（衛星固定業務)用戶有對一點同時接收兩顆衛星信號LNB的要求。根據客戶反映和我們的市場開拓人員辛苦調研，Ku波段雙饋源高頻頭在國際市場的需求量很大，特別是在一些發達國家．如歐
、美市場。本文和要介紹了我研發的一款K u波段雙竣源高頻頭的設計方法。

項目要求的主要性能指標

1．性能指標要求

(1)輸入頻率：11 7 12．75GHz

(2)噪聲係數：NF≤0．8dB

(3)增益：G=55±5dB

(4)鏡像抑製：≥30dB

(5)本振標稱頻率：10．75 GHz_1MHz

(6)本振穩定度：f±2MHz

(7)載波互調比：>140 dB

(8)增益穩定度：≤0．5 dB

(@／36MHz)

(9)輸出頻率：950~2000MHz

(10)一本振泄露電平：≤-50dBmW

(11)本振相位噪聲：

≥60dB(@／1KHz)

≥85dB(@／10KHz)

≥100dB(@／100KHz)

(12)使用電壓範圍：10--20V

2．結構要求

樣品腔體采用鋁壓鑄件，腔體表麵采用噴塑工藝處理。

3．環境適應要求

(1)溫度要求

高頻頭工作溫度範圍一40℃—+60℃

(2)濕度要求

高頻頭在相對濕度5％一l00％的環境條件中應能正常工作：

(3)大氣壓要求

高頻頭在以下大氣壓條件下的環境中應能正常工作：86-106KPa

Ku波段雙饋源高頻頭的基本工作原理及係統框圖

1． 基本工作原理

Ku 波段高頻頭也稱Ku波段下變頻器，其將衛星傳輸的下行信號經過天線聚集放大後傳送到LNB饋源波導輸入，再通過耦台探針(或耦合微帶傳輸線)輸入到高頻放大器，經低噪聲放大器放大後
，通過帶通鏡像頻率抑製濾波器選擇所需頻段的P．F信號．再和本振信號混頻差頻出中頻信號，輸出信號通過電纜送入衛星接收機完成QPSK解調和MPEG一2解碼工作．以A／v信號的模式提供給電視機。用戶可以通過控製信號選擇所需要的兩顆衛星上任意一個星上的信號。

Ku波段雙饋源高頻頭主要單元電路設計
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1． 場效應管低噪聲放大器(FET LNA)

在設計一個放大器電路時，需要考慮到的特性很多，但最重要的是穩定性、功率增益
、噪聲係數、輸出功率、輸入和輸出電壓駐波比、動態範圍、功率增益帶內平坦度等。本產品的低噪聲放大器采用的是NEC公司的NE4210S01場效應管低噪聲放大器。場效應管低噪聲放大器的作用是放大從腔體饋源饋入的微弱的信號。

(1) 第一級F盯LNA的設計

該(gai)電(dian)路(lu)處(chu)於(yu)高(gao)頻(pin)頭(tou)有(you)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)最(zui)前(qian)端(duan)

，因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)最(zui)佳(jia)噪(zao)聲(sheng)匹(pi)配(pei)。通(tong)常(chang)，任(ren)意(yi)有(you)噪(zao)聲(sheng)兩(liang)端(duan)口(kou)網(wang)絡(luo)可(ke)以(yi)用(yong)接(jie)在(zai)無(wu)噪(zao)聲(sheng)兩(liang)端(duan)口(kou)網(wang)絡(luo)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)一(yi)個(ge)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)源(yuan)和(he)一(yi)個(ge)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu)源(yuan)來(lai)表(biao)示(shi)。假(jia)女(nv)Il電路以電壓噪聲為主．則(ze)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)高(gao)的(de)源(yuan)阻(zu)抗(kang)會(hui)使(shi)傳(chuan)輸(shu)的(de)噪(zao)聲(sheng)信(xin)號(hao)最(zui)小(xiao)

，假(jia)如(ru)以(yi)電(dian)流(liu)噪(zao)聲(sheng)為(wei)主(zhu)
，則(ze)連(lian)接(jie)一(yi)個(ge)低(di)的(de)源(yuan)阻(zu)抗(kang)會(hui)使(shi)傳(chuan)輸(shu)的(de)噪(zao)聲(sheng)信(xin)號(hao)最(zui)小(xiao)。當(dang)兩(liang)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)同(tong)時(shi)存(cun)在(zai)時(shi)
，從(cong)電(dian)路(lu)的(de)最(zui)小(xiao)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)將(jiang)得(de)出(chu)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)的(de)源(yuan)導(dao)納(na)(或源阻抗)，稱(cheng)之(zhi)為(wei)最(zui)佳(jia)源(yuan)導(dao)納(na)。利(li)角(jiao)史(shi)密(mi)斯(si)圓(yuan)圖(tu)可(ke)以(yi)給(gei)出(chu)輸(shu)入(ru)導(dao)納(na)或(huo)阻(zu)抗(kang)平(ping)麵(mian)上(shang)的(de)等(deng)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)圓(yuan)。我(wo)們(men)用(yong)下(xia)麵(mian)的(de)關(guan)係(xi)式(shi)來(lai)描(miao)述(shu)噪(zao)聲(sheng)係(xi)數(shu)是(shi)如(ru)何(he)偏(pian)離(li)最(zui)小(xiao)值(zhi)而(er)增(zeng)加(jia)的(de)：

F2Fmin+lKn／Gs】Ys-YoI

式中，F=噪聲係數，Fmin=最小噪聲係數
，Rn=等效噪聲電阻，Yo=給出最小噪聲係數的最佳源導納=Go+jBo,Ys=源導納。

多級級聯放大器的噪聲係數計算公式如下：

NF=NFl+(NF2—1)，Gl+((NF3—1)／Gl G2+…．

從以上的公式可知，第一級放大器的噪聲係數對整個高頻頭產品的噪聲係數的大小會起到一個決定性的作用。

我們采用的微波電路板材是羅傑斯公司的高性能電路Rogers板材
，其介電常數是3．38-+0 05，厚度是0．5mm，損耗角正切是0．0027。我們使用先進的微波電路仿真軟件ADS進行優化仿真，再通過精心的調試，經過幾次試驗調試。最後達到了我們的設計要求，高頻頭的整機噪聲小於0．8dB
，如下圖所示：

2．微帶帶通濾波器的設計

(1)帶通濾波器的主要技術指標：

①通帶邊界頻率與通帶內衰減、起伏

②阻帶邊界頻率與阻帶衰減

(2)微帶帶通濾波器的設計步驟

我們采用ADS軟件來設計該濾波器，設計步驟包括：

① 原理圖繪製

②電路參數的優化、仿真

③版圖的仿真等

根(gen)據(ju)軟(ruan)件(jian)仿(fang)真(zhen)設(she)計(ji)的(de)結(jie)果(guo)繪(hui)製(zhi)電(dian)路(lu)版(ban)圖(tu)
，並(bing)加(jia)工(gong)成(cheng)電(dian)路(lu)板(ban)。我(wo)們(men)對(dui)加(jia)工(gong)好(hao)的(de)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)調(tiao)試(shi)，再(zai)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)，再(zai)調(tiao)試(shi)，經(jing)過(guo)幾(ji)次(ci)的(de)反(fan)複(fu)仿(fang)真(zhen)、譯試，使其滿足我們的設計要求。

我們設計的帶通濾波器達到的主要指標如下：

①通帶頻率：11.7——l2．75GHz

②通帶內衰減小於3dB

③通帶內起伏小於ldB

④阻帶衰減大於30dB
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3．介質穩頻振蕩器的設計

介質穩頻振蕩器是利用微波介質諧振器做為高Q腔對FET振蕩器進行穩頻的振蕩器。近年來，用作介質諧振器的低損耗材料有了非常大的進步，介質諧振器Q值已接近金屬空腔諧振器，而且它的溫度係數可以利用不同的材料配方來控製，以使其達到和FET電路相互補償的作用，因此可以獲得很高的頻率穩定度。而且它的體積小
、重(zhong)量(liang)輕(qing)，容(rong)易(yi)和(he)微(wei)帶(dai)電(dian)路(lu)部(bu)件(jian)集(ji)成(cheng)使(shi)用(yong)。我(wo)們(men)設(she)計(ji)的(de)介(jie)質(zhi)穩(wen)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)器(qi)采(cai)用(yong)的(de)電(dian)路(lu)形(xing)式(shi)是(shi)反(fan)饋(kui)式(shi)的(de)電(dian)路(lu)
，用(yong)的(de)是(shi)微(wei)波(bo)砷(shen)化(hua)镓(jia)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)做(zuo)為(wei)振(zhen)蕩(dang)管(guan)，介(jie)質(zhi)振(zhen)蕩(dang)器(qi)用(yong)做(zuo)高(gao)Q穩頻腔，這種的設計方案其主要優點是一次產生主振功率
，沒有低於主振頻率的分諧波幹擾，而且體積小、結構簡單、功耗低、元氣件數量少、可靠性高。

介質振蕩器的基本原理是在不加介質諧振器時，FETdianlushiweibofangdaqidegongzuozhuangtai
，cishimeiyouzhendang
，weihuodezijizhendang，bajiezhixiezhenqifangzhizaishuchuweidaixianheshuruweidaixianzhijian
，tongguocichangouhebashuchugonglvdeyibufenfankuidaozhaji，dangfankuixiangweihefankuigonglvheshishijiangchanshengzhendang。jiezhixiezhenqixiangdangyuzhaidaidaitonglvboqi
，zaijiezhixiezhenqidezhongxinpinlvshang，fankuizuiqiang，xiangweiheshi。gaibianzhajiheloujiweidaixiandejiajiaohejiezhideweizhijiangtongshigaibianfankuixiangweihegonglv

，xufanfucoushicainenghuodezuijiajiegouweizhi。

振蕩器的設計包括輸出匹配電路和輸入匹配電路，介質諧振器與微帶線耦合以及到FET的距離L等。我們通過ADS軟件仿真，做試驗，反複仿真
、做試驗驗證
，最後達到的介質穩頻振蕩器的主要設計指標如下：

①本脈振標稱頻率：

10．75GHz±1MHz

②本振穩定度：

10．75GHz±2MHz

(一40℃—+60℃)

③本振相位噪聲：

≥60dB(@／1KHz)

≥85dB(@／10KHz)

≥lOOdB(@／100KHz)

④一本振泄露電平：

≤一50dBmw

4饋源設計

按照Kuboduanyitihuagaopintoudeyaoqiu
，xuyaojiangfanshemiantianxiandekuiyuanyuxiabianpinqishejichengyiti
，xiaxingxinhaobeitianxiankuiyuanjieshouhoutongguobodaotongzhoubianhuanzhijiesongruxiabianpinqi
，wanchengpinlvzhuanhuan。shejizhongtianxiankuiyuanshiyongyuanzhuibowenlaba
，caiyongbiancaoshen、槽寬的寬帶技術，使之在帶寬為1．05GHz的信號頻帶寬內擁有良好的VSWR和輻射特性。HI SS仿真設計的結果見圖1、2、3。

由於衛星高頻頭工作於室外，其工作溫度範圍應達到一40?C～60℃

，相對濕度應滿足10％--100％，饋源口應做密水處理。

產品創新性、先進性
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1． 腔體的雙饋源設計

根gen據ju客ke戶hu的de要yao求qiu，他ta們men需xu要yao同tong時shi接jie收shou兩liang顆ke衛wei星xing上shang的de信xin號hao。針zhen對dui客ke戶hu的de特te殊shu要yao求qiu，在zai產chan品pin方fang案an的de設she計ji中zhong我wo們men采cai用yong了le雙shuang饋kui源yuan的de設she計ji方fang案an來lai實shi現xian同tong時shi接jie收shou兩liang顆ke星xing的de信xin號hao，利li用yong反fan射she麵mian天tian線xian偏pian焦jiao饋kui電dian技ji術shu實shi現xian兩liang個ge夾jia角jiao有you一yi定ding度du數shu的de波bo束shu。．(分別用—個饋源接收一顆衛星上的信號)。在設計過程中需要重點解決兩顆衛星信號波束相互幹擾等問題。

2． 低噪聲

使用Microwave office和ADS進行仿真和優化，設計的Ku波段高頻頭的總噪聲係數NF≤0.8dB。

3． 功耗低

高頻頭的未來發展趨勢之一是低功耗，在輸入電壓為l3／18V的情況下，我們研發的Ku雙饋源高頻頭由於采用集成度高，低電流的管子
，使其整機的供電電流Imax<120mA。

4． 新穎性

該產品由四創公司獨立自主研發，從腔體和饋源口的設計、方案選擇、電路設計
、元器件的選用、PCB板製作和產品外觀的設計上
，在國內外市場上尚無雷同產品，其新穎獨特的外型必將受到廣大客戶的認同。

5． 利潤高

設計中我們大量采用國產和台灣的元器件
，嚴格控製產品的成本。產品的材料成本小於5美金
，而在國外市場該產品的售價約為10美金左右。利潤空間較大。

6．可靠性好

由(you)於(yu)衛(wei)星(xing)高(gao)頻(pin)頭(tou)為(wei)室(shi)外(wai)使(shi)用(yong)產(chan)品(pin)，工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)惡(e)劣(lie)，對(dui)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)指(zhi)標(biao)有(you)很(hen)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。為(wei)確(que)保(bao)產(chan)品(pin)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)
，在(zai)設(she)計(ji)確(que)認(ren)過(guo)程(cheng)中(zhong)我(wo)們(men)完(wan)成(cheng)了(le)以(yi)下(xia)試(shi)驗(yan)：

(1)24小時浸水試驗——未發現滲漏現象：

(2)—40 ℃和60 ℃連續拷機l 2個小時——本振穩定在f0±1．5MHz內．無自激現象：

(2) 室外通電連續工作30個工作日——性能指標正常。無異常現象出現。

通過以上的實驗檢驗了產品在客戶端的使用可靠性。

總結

通過我們十幾年在高頻頭行業的技術、生產、市場等各方沉澱

，形成的對高頻頭產品的深刻見解，以客戶實際使用為客觀條件
，成功開發了一款Ku波段雙饋源衛星高頻頭
，實現了設計指標。通過與國際市場上同類產品相比，我們研發的雙饋源Ku高頻頭在噪聲係數、本振穩定度

、增益平坦度等主要性能指標上
，擁有明顯的性能指標優勢，是一款優良的高性價比的Ku波段下變頻器。產品目前在國內技術上處於領先地位，在國際上也是很右競爭優勢的產品。

四創公司作為國家衛星高頻頭的定點生產企業，年產各種衛星高頻頭500多萬隻。Kuboduanshuangkuiyuangaopintoudechenggongyanfabijiangjinyibugonggusichuanggongsizaixingyezhongdelingxiandiwei
，wanshangongsigaopintouchanpindexiliehua，bingzengjiagongsichanpinzaishichangshangdezhanyoulv，tigaozhonggaoduanchanpinzaixiaoshoushouruzhongdebizhong，weiqiyechuangzaogengduodelirun。