摘要：闡述了小衛(wèi)星的發(fā)展背景、工作模式及技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，介紹了小衛(wèi)星采用的射頻前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為了系統(tǒng)的合理設(shè)計，以滿足星問通信的要求，對系統(tǒng)中低噪放電路、鎖相環(huán)電路、自動增益控制電路的工作原理和重要指標(biāo)進(jìn)行了分析。采用ADS，ADIsimPLL軟件仿真，得出適合要求的電路結(jié)構(gòu)。最終制作出系統(tǒng)電路板并調(diào)試實現(xiàn)預(yù)期指標(biāo)。

0、引言

在20世紀(jì)90年代小衛(wèi)星概念提出以前，應(yīng)用衛(wèi)星技術(shù)主要靠單顆衛(wèi)星來發(fā)揮作用，多種科研任務(wù)集中在一顆衛(wèi)星上，甚至有些任務(wù)是相互沖突的，這不僅延長了研制周期，也增大了系統(tǒng)的風(fēng)險。而利用小衛(wèi)星編隊組網(wǎng)運(yùn)行，可以實現(xiàn)單顆衛(wèi)星難以實現(xiàn)的功能，并且方便添加新的系統(tǒng)和技術(shù)，從而使那些需要較長研制周期的儀器可隨時添加到虛擬衛(wèi)星中去，另外小衛(wèi)星具有單星測控能力，使系統(tǒng)測控可靠性進(jìn)一步加強(qiáng)。在技術(shù)上，小衛(wèi)星有功能模塊集成化、功耗低、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。小衛(wèi)星的這些優(yōu)點(diǎn)吸引了各航天大國對其開展研究，我國也投入了大量人力物力開展了衛(wèi)星編隊的研制。本文針對某項目的具體要求，設(shè)計了適合小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的射頻前端，仿真分析了其關(guān)鍵電路，并通過實物驗證了方案設(shè)計的可行性，實驗結(jié)果表明設(shè)計合理，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

超外差結(jié)構(gòu)是射頻前端應(yīng)用中最多的一種結(jié)構(gòu)，其發(fā)射和接收方案都比較成熟。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

在接收電路中將從天線收來的微弱信號放大，經(jīng)過下變頻得到中頻信號，為了放大器的穩(wěn)定和避免自激，在一個頻帶內(nèi)的放大器其增益一般不超過50～60dB，通過選擇合適的中頻頻點(diǎn)和濾波器，可以實現(xiàn)很好的選擇性和靈敏度。發(fā)射電路中將中頻信號上變頻得到射頻信號，經(jīng)過濾波和功率放大輸出給天線發(fā)射出去。

系統(tǒng)中發(fā)射電路和接收電路均采用二次變頻。飛行過程中小衛(wèi)星與主星之間距離的變化會引起接收電路輸入端信號的功率變化，變化范圍可達(dá)幾十分貝，在接收電路中設(shè)置自動增益控制電路，使接收信號功率在一定范圍內(nèi)變化時輸出信號功率變化很小。系統(tǒng)中重要組成部分有低噪放電路、鎖相環(huán)電路、自動增益控制電路等。

系統(tǒng)中接收電路的主要指標(biāo)如下：

(1)接收信號為2.3GHz，功率為-120dBm；輸出信號為30MHz，功率大于等于0dBm。

(2)噪聲系數(shù)小于等于2，輸出信號功率信噪比大于等于13dB。

(3)接收信號在-120～-90dBm變化時，輸出信號變化小于6dBm。

(4)相位噪聲小于-80dBc/Hz/10kHz。

2、系統(tǒng)組成部分

2.1 低噪放電路

低噪聲放大器在接收電路中處于前端，接收來自天線的微弱信號，其性能的好壞直接影響著整機(jī)的性能，尤其是接收靈敏度和整機(jī)噪聲的好壞。低噪聲放大器的主要指標(biāo)有噪聲系數(shù)、功率增益、動態(tài)范圍、穩(wěn)定性。

噪聲系數(shù)定義為線性二端口網(wǎng)絡(luò)中：

式中：F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3分別為前三級放大器的噪聲系數(shù)；G1，G2，G3分別為前三級放大器的增益。

由式(2)可知放大器級聯(lián)時噪聲系數(shù)主要由第一級決定，因此要求第一級放大器的噪聲系數(shù)越小越好。為了抑制后級電路對系統(tǒng)噪聲系數(shù)的影響，第一級放大器需要有較高的增益。(責(zé)任編輯：admin)