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EHF頻段上變頻器的設計及實現

2014-02-25 來源:無線電通信技術 字號:
使用頻率規劃工具,設定混頻的射頻輸出頻率,以及射頻帶寬、中頻帶寬以及本振功率,就可以尋找無雜散或雜散最低的區域。中頻選擇仿真結果如圖2 所示。圖中①區域為沒有雜散區域; ②區域為存在雜散區域??梢钥闯鲭s散電平小于- 60 dBc 的中頻可供選擇的區域為1. 0~20. 5 GHz。根據以下2 條原則就可以確定中頻IF2 的頻率:① 工作在毫米波頻段的混頻器,可供選擇商品器件的不多,工作在EHF 頻段的混頻器中頻頻率一般不大于4. 5 GHz ,因此IF2 的頻率必須小于4. 5 GHz ; ② 同時因為設備中頻IF2 帶寬為2 GHz , 為了避免2 ×IF2 +LO3 信號進入工作帶內,中頻頻率的最低頻率必須選擇在2 GHz以上。綜合考慮將中頻IF2 選擇為2 GHz 以上,4. 5 GHz以下。

中頻IF2 頻率選擇

圖2、中頻IF2 頻率選擇

(2) 第一中頻頻率選擇

當IF2 選定后,假設設備采用2 次變頻,則IF1頻率為中頻輸入IF(設備輸入頻率為L 頻段信號) 。此時IF 與IF1 相隔較近,導致本振頻率無法抑制,所以方案必須采用3 次變頻。只有IF1 選擇為一個較高的中頻上,才能避免出現上述的問題。

從IF1 中頻選擇仿真分析結果如圖3 所示。圖中①區域為沒有雜散區域; ②區域為存在雜散區域。在0~17 GHz 范圍內,只有0~450 MHz 范圍內沒有雜散,在其他頻率內均存在不同組合的雜散分量。當頻率超過12. 35 GHz 后雜散分量只有- 2IF1 +3LO1 這一個雜散,這一雜散可以通過降低IF1 的電平,使得雜散電平降低到設備的要求值。

中頻IF1 頻率選擇

圖3、中頻IF1 頻率選擇

因為L/ Ku 模塊方案已經很成熟,最終中頻IF1頻率選擇在Ku 頻段,縮短了設備設計周期。

2. 2、雜散分析

確定中頻頻率后, 進行雜散分析。第1 次混頻后的雜散分析,在IF1 帶內無雜散頻率產生,帶外主要雜散為f (2 ,1) , 通過混頻后增加帶通濾波器, 完全可以將雜散電平抑制到很低的水平, 可以忽略。需要注意的是,LO1 本振頻率多采用倍頻的方案實現,為了防止LO1 本振的基頻頻率的多次諧波隨LO1 本振進入混頻器,LO1 本振輸出后要增加濾波器,用來濾除無用的LO1 本振諧波。

第2 次混頻雜散分析,在IF2 頻率范圍內,主要雜散為f ( - 2 ,- 2) 、f (3 ,- 2) 、f ( - 4 ,3) 等組合頻率,帶內的組合雜散最低次數為4 次,由于第2 次混頻采用雙平衡混頻器,m 為偶數的被抵消。雖然7 次產物落入帶內, 但可以通過減小輸入的IF1 電平,來控制組合干擾的幅度,完全可以滿足變頻鏈路通用指標的要求。

第3 次混頻后的雜散分析,在EHF 頻率范圍內主要雜散信號為f (1 ,2) 。通過調整中頻入口電平,可以降低雜散信號電平幅度,同時混頻后增加腔體濾波器,對雜散也有一定的抑制。通過以上分析,只要控制好各級混頻器的輸入電平,雜散可以控制在要求的范圍內。

2. 3、電平分配

根據以上雜散計算可知,為了降低第2 次混頻產生的雜散, 必須降低混頻器的輸入電平到- 20 dBm以下。在此基礎上合理分配每級的增益,以保證設備的各項指標滿足要求。

3、關鍵技術

3. 1、中頻選取

EHF 頻段上變頻器采用3 次變頻技術,中頻頻率的選取尤其重要,一個合適的中頻頻率,不但可以降低設備的雜散電平,而且還可以降低設備的設計難度。

3. 2、高精度的制造和裝配工藝

在EHF 頻段,波長很短,相同電長度的電路元件實際尺寸會比低頻段的元件尺寸小很多,所使用的放大器、混頻器元件只能采用沒有封裝的管芯,這就對印制板的加工精度、元件安裝精度、焊接精度提出很高的要求。在EHF 頻段有些關鍵尺寸的加工精度要求小于0. 01 mm。

由于同樣的原因,在該頻段設備裝配過程中要求更加嚴格。裝配過程主要包括:裁板、粘接、鍵合等工序。特別是在粘接及鍵合工序上更加容易出問題。通過對制造和裝配工藝的試驗摸索,很好地解決了毫米波頻段高精度制造和裝配工藝問題。

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