S频段测控系统频率配置优化设计

高杰

摘 要： 阐述了What if软件与传统软件相比做频率规划的优点；以S频段测控系统下行链路为例给出了频率规划的方法和步骤；在此基础上给出了可变中频配置方案解决多目标同时测控中可能产生的交调干扰，最后指出了合理的频率规划对提高群时延指标的重要性。

关键词： 频率规划； 交叉调制； 群时延； S频段

中图分类号： TN802?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射频系统体系架构的设计中，频率规划是首先要完成的工作。这一阶段会提出各种频率配置方案来确保本系统内（组合频率干扰、镜像频率）和系统外（接收发射频段的选择和间隔，不同系统间的频率干扰）表现的可靠性。系统外干扰由专业机构（国际电联，国家无线电规划委员会等）来负责；系统内部会在混频的过程中产生各种杂波，失败的频率规划能导致一个设计完全无法工作，带来灾难性的后果[1?2]。

本文针对S频段测控系统下行信道使用What if软件对频率配置进行优化设计，在此基础上提出可变中频配置方案减小多目标交调干扰，并给出改进群时延指标的建议。

1 使用What if做频率规划

What if是Genesys公司开发的频率规划软件，它将所有可能的中频配置的杂散在一张图中呈现出来，自动标识出无杂散的范围。相比传统的频率规划软件优点如下：

（1） 缩短时间：将以前需要花费几个星期或者几天才能完成的频率规划工作缩短到几个小时甚至是几分 钟就可以完成；

（2） 给出杂散幅度值：分析一个指定的中频内会不会落入杂散是容易的，确定杂散的幅度则不那么容易，What if可以给出具有参考价值的交调产物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：传统的组合频率计算软件以数据或者表格的形式呈现组合频率干扰，阅读、交流效率低；What if在一张图中呈现杂散大小随频率变化的分布，自动给出无杂散中频频率范围的所有组合；

（4） 本振与射频频率是相关的：传统的杂散分析软件的本振与射频是相对独立的，需要人为去分割射频带宽去做整个频带内的分析，大大增加了工作量，What if中本振与射频自动关联；

（5） 考虑了中频带宽对无杂散中频范围的影响：较宽的中频带宽会减小中频带宽的可选范围。

实际使用中可以按照以下步骤来选择合适的中频频率：

（1） 根据任务需求确定射频和中频工作频率和带宽；

（2） 使用What if对高次混频组合频率干扰进行分析，初步确定上行二中频、下行一中频的范围；

（3） 将选定的数字基带中频频率当作射频频率，对低次混频进行分析，再次选出低杂散的上行二中频、下行一中频的频率范围；

（4） 取步骤（2）、（3）的交集作为中频频率，然后在What if中固定中频频率核实组合频率干扰是否在可控范围内。

无委会分配给S频段测控系统的下行频段为2 200～2 300 MHz。

根据基带中频频率：70 MHz；中频1 dB带宽：[≥36 MHz]进行频率规划。

What if中混频器的配置方程见表1。需要根据具体条件进行选择。

2 使用可变中频配置减小互调干扰

当测控对象为单目标时上述的频率配置方案很好的解决了系统内自身干扰问题。但当系统需要对多个S频段不同频率点的目标同时进行测控时，就会带来的新的组合频率干扰。严格意义上来说，这样的组合频率干扰的不是系统内频率配置要解决的问题，但有些情况下无法预知空间中存在的所有干扰信号的频率，此时对于有高可靠性测控要求的系统而言，可以采用可变中频的频率配置方案减小上述干扰的影响。假设信号带宽为20 MHz，固定一中频频率配置方案示意图如图3所示，可变中频的频率配置方案示意图如图4所示。

可变中频方案的关键在于找到一个合适扩展中频频率的频段，上节中介绍的What if软件可以在短时间内找到合适的中频的频率，这样就可以选择较宽带宽的滤波器（例如1 dB带宽60 MHz）滤除一次混频的杂波，而且可以利用较宽的中频带宽，添加额外的可变中频频率来解决外来组合频率干扰的问题，当其中一种频率配置不可用时可以选择升高或者降低中频频率来消除或者减弱外来组合频率干扰的影响，付出的代价是需要小范围扩展高、低本振的频率覆盖范围，这对于当前频率综合技术而言不难实现，通常仅需要更改软件上的设计即可。

3 频率配置方案对群时延特性的影响

群时延特性是现代航天测控和卫星通信的一项重要指标，带内群时的剧烈波动会引起信号相位失真，增加测距误差和误码率[5?6]。系统的群时延指标主要受中频滤波器器影响，而滤波器的带宽又是影响滤波器群时延特性最主要的因素。系统的频率配置与中频滤波器的带宽相互影响。从这个意义上来看，频率配置方案的目的不再是简单的减少组合频率干扰，合理的频率配置方案会给系统关键指标的设计带来方便。上节中选择的630 MHz的一中频率即可通过简单的扩展滤波器的1 dB带宽到60 MHz的简单方法改善群时延特性，同样的由于二中频组合频率干扰距离70 MHz的中心频率较近，此时只能采用时延均衡的方案来解决群时指标与滤波器带外抑制的矛盾。

4 结 语

本文以S频段测控系统为例，给出了使用What if进行两次变频组合频率干扰分析的方法、步骤和注意事项。减小了设计最初阶段频率规划花费的时间，说明了可变中频对抑制多目标测控系统交调干扰的原理，指出了频率规划对系统群时延特性的影响，该分析方法不仅适用于S频段下行链路分析，同样适用于扩展到两次或多次变频系统的上、下行链路的频率规划。

参考文献

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陈邦媛.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吴世杰.二次变频通信系统中的频率配置设计[J].无线电通信技术，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孙宝升，陆晓明.群时延特性对卫星高速数传中继系统的影响[J].飞行器测控学报，2006，25（2）：54?58.

[6] 陈晖，易克初，李文铎.群时延失真对扩频通信性能影响的仿真与分析[J].电讯技术，2006（2）：111?113.

摘 要： 阐述了What if软件与传统软件相比做频率规划的优点；以S频段测控系统下行链路为例给出了频率规划的方法和步骤；在此基础上给出了可变中频配置方案解决多目标同时测控中可能产生的交调干扰，最后指出了合理的频率规划对提高群时延指标的重要性。

关键词： 频率规划； 交叉调制； 群时延； S频段

中图分类号： TN802?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射频系统体系架构的设计中，频率规划是首先要完成的工作。这一阶段会提出各种频率配置方案来确保本系统内（组合频率干扰、镜像频率）和系统外（接收发射频段的选择和间隔，不同系统间的频率干扰）表现的可靠性。系统外干扰由专业机构（国际电联，国家无线电规划委员会等）来负责；系统内部会在混频的过程中产生各种杂波，失败的频率规划能导致一个设计完全无法工作，带来灾难性的后果[1?2]。

本文针对S频段测控系统下行信道使用What if软件对频率配置进行优化设计，在此基础上提出可变中频配置方案减小多目标交调干扰，并给出改进群时延指标的建议。

1 使用What if做频率规划

What if是Genesys公司开发的频率规划软件，它将所有可能的中频配置的杂散在一张图中呈现出来，自动标识出无杂散的范围。相比传统的频率规划软件优点如下：

（1） 缩短时间：将以前需要花费几个星期或者几天才能完成的频率规划工作缩短到几个小时甚至是几分 钟就可以完成；

（2） 给出杂散幅度值：分析一个指定的中频内会不会落入杂散是容易的，确定杂散的幅度则不那么容易，What if可以给出具有参考价值的交调产物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：传统的组合频率计算软件以数据或者表格的形式呈现组合频率干扰，阅读、交流效率低；What if在一张图中呈现杂散大小随频率变化的分布，自动给出无杂散中频频率范围的所有组合；

（4） 本振与射频频率是相关的：传统的杂散分析软件的本振与射频是相对独立的，需要人为去分割射频带宽去做整个频带内的分析，大大增加了工作量，What if中本振与射频自动关联；

（5） 考虑了中频带宽对无杂散中频范围的影响：较宽的中频带宽会减小中频带宽的可选范围。

实际使用中可以按照以下步骤来选择合适的中频频率：

（1） 根据任务需求确定射频和中频工作频率和带宽；

（2） 使用What if对高次混频组合频率干扰进行分析，初步确定上行二中频、下行一中频的范围；

（3） 将选定的数字基带中频频率当作射频频率，对低次混频进行分析，再次选出低杂散的上行二中频、下行一中频的频率范围；

（4） 取步骤（2）、（3）的交集作为中频频率，然后在What if中固定中频频率核实组合频率干扰是否在可控范围内。

无委会分配给S频段测控系统的下行频段为2 200～2 300 MHz。

根据基带中频频率：70 MHz；中频1 dB带宽：[≥36 MHz]进行频率规划。

What if中混频器的配置方程见表1。需要根据具体条件进行选择。

2 使用可变中频配置减小互调干扰

当测控对象为单目标时上述的频率配置方案很好的解决了系统内自身干扰问题。但当系统需要对多个S频段不同频率点的目标同时进行测控时，就会带来的新的组合频率干扰。严格意义上来说，这样的组合频率干扰的不是系统内频率配置要解决的问题，但有些情况下无法预知空间中存在的所有干扰信号的频率，此时对于有高可靠性测控要求的系统而言，可以采用可变中频的频率配置方案减小上述干扰的影响。假设信号带宽为20 MHz，固定一中频频率配置方案示意图如图3所示，可变中频的频率配置方案示意图如图4所示。

可变中频方案的关键在于找到一个合适扩展中频频率的频段，上节中介绍的What if软件可以在短时间内找到合适的中频的频率，这样就可以选择较宽带宽的滤波器（例如1 dB带宽60 MHz）滤除一次混频的杂波，而且可以利用较宽的中频带宽，添加额外的可变中频频率来解决外来组合频率干扰的问题，当其中一种频率配置不可用时可以选择升高或者降低中频频率来消除或者减弱外来组合频率干扰的影响，付出的代价是需要小范围扩展高、低本振的频率覆盖范围，这对于当前频率综合技术而言不难实现，通常仅需要更改软件上的设计即可。

3 频率配置方案对群时延特性的影响

群时延特性是现代航天测控和卫星通信的一项重要指标，带内群时的剧烈波动会引起信号相位失真，增加测距误差和误码率[5?6]。系统的群时延指标主要受中频滤波器器影响，而滤波器的带宽又是影响滤波器群时延特性最主要的因素。系统的频率配置与中频滤波器的带宽相互影响。从这个意义上来看，频率配置方案的目的不再是简单的减少组合频率干扰，合理的频率配置方案会给系统关键指标的设计带来方便。上节中选择的630 MHz的一中频率即可通过简单的扩展滤波器的1 dB带宽到60 MHz的简单方法改善群时延特性，同样的由于二中频组合频率干扰距离70 MHz的中心频率较近，此时只能采用时延均衡的方案来解决群时指标与滤波器带外抑制的矛盾。

4 结 语

本文以S频段测控系统为例，给出了使用What if进行两次变频组合频率干扰分析的方法、步骤和注意事项。减小了设计最初阶段频率规划花费的时间，说明了可变中频对抑制多目标测控系统交调干扰的原理，指出了频率规划对系统群时延特性的影响，该分析方法不仅适用于S频段下行链路分析，同样适用于扩展到两次或多次变频系统的上、下行链路的频率规划。

参考文献

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陈邦媛.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吴世杰.二次变频通信系统中的频率配置设计[J].无线电通信技术，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孙宝升，陆晓明.群时延特性对卫星高速数传中继系统的影响[J].飞行器测控学报，2006，25（2）：54?58.

[6] 陈晖，易克初，李文铎.群时延失真对扩频通信性能影响的仿真与分析[J].电讯技术，2006（2）：111?113.

摘 要： 阐述了What if软件与传统软件相比做频率规划的优点；以S频段测控系统下行链路为例给出了频率规划的方法和步骤；在此基础上给出了可变中频配置方案解决多目标同时测控中可能产生的交调干扰，最后指出了合理的频率规划对提高群时延指标的重要性。

关键词： 频率规划； 交叉调制； 群时延； S频段

中图分类号： TN802?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0052?03

0 引 言

在射频系统体系架构的设计中，频率规划是首先要完成的工作。这一阶段会提出各种频率配置方案来确保本系统内（组合频率干扰、镜像频率）和系统外（接收发射频段的选择和间隔，不同系统间的频率干扰）表现的可靠性。系统外干扰由专业机构（国际电联，国家无线电规划委员会等）来负责；系统内部会在混频的过程中产生各种杂波，失败的频率规划能导致一个设计完全无法工作，带来灾难性的后果[1?2]。

本文针对S频段测控系统下行信道使用What if软件对频率配置进行优化设计，在此基础上提出可变中频配置方案减小多目标交调干扰，并给出改进群时延指标的建议。

1 使用What if做频率规划

What if是Genesys公司开发的频率规划软件，它将所有可能的中频配置的杂散在一张图中呈现出来，自动标识出无杂散的范围。相比传统的频率规划软件优点如下：

（1） 缩短时间：将以前需要花费几个星期或者几天才能完成的频率规划工作缩短到几个小时甚至是几分 钟就可以完成；

（2） 给出杂散幅度值：分析一个指定的中频内会不会落入杂散是容易的，确定杂散的幅度则不那么容易，What if可以给出具有参考价值的交调产物的大小[3?4]；

（3） 便于交流：传统的组合频率计算软件以数据或者表格的形式呈现组合频率干扰，阅读、交流效率低；What if在一张图中呈现杂散大小随频率变化的分布，自动给出无杂散中频频率范围的所有组合；

（4） 本振与射频频率是相关的：传统的杂散分析软件的本振与射频是相对独立的，需要人为去分割射频带宽去做整个频带内的分析，大大增加了工作量，What if中本振与射频自动关联；

（5） 考虑了中频带宽对无杂散中频范围的影响：较宽的中频带宽会减小中频带宽的可选范围。

实际使用中可以按照以下步骤来选择合适的中频频率：

（1） 根据任务需求确定射频和中频工作频率和带宽；

（2） 使用What if对高次混频组合频率干扰进行分析，初步确定上行二中频、下行一中频的范围；

（3） 将选定的数字基带中频频率当作射频频率，对低次混频进行分析，再次选出低杂散的上行二中频、下行一中频的频率范围；

（4） 取步骤（2）、（3）的交集作为中频频率，然后在What if中固定中频频率核实组合频率干扰是否在可控范围内。

无委会分配给S频段测控系统的下行频段为2 200～2 300 MHz。

根据基带中频频率：70 MHz；中频1 dB带宽：[≥36 MHz]进行频率规划。

What if中混频器的配置方程见表1。需要根据具体条件进行选择。

2 使用可变中频配置减小互调干扰

当测控对象为单目标时上述的频率配置方案很好的解决了系统内自身干扰问题。但当系统需要对多个S频段不同频率点的目标同时进行测控时，就会带来的新的组合频率干扰。严格意义上来说，这样的组合频率干扰的不是系统内频率配置要解决的问题，但有些情况下无法预知空间中存在的所有干扰信号的频率，此时对于有高可靠性测控要求的系统而言，可以采用可变中频的频率配置方案减小上述干扰的影响。假设信号带宽为20 MHz，固定一中频频率配置方案示意图如图3所示，可变中频的频率配置方案示意图如图4所示。

可变中频方案的关键在于找到一个合适扩展中频频率的频段，上节中介绍的What if软件可以在短时间内找到合适的中频的频率，这样就可以选择较宽带宽的滤波器（例如1 dB带宽60 MHz）滤除一次混频的杂波，而且可以利用较宽的中频带宽，添加额外的可变中频频率来解决外来组合频率干扰的问题，当其中一种频率配置不可用时可以选择升高或者降低中频频率来消除或者减弱外来组合频率干扰的影响，付出的代价是需要小范围扩展高、低本振的频率覆盖范围，这对于当前频率综合技术而言不难实现，通常仅需要更改软件上的设计即可。

3 频率配置方案对群时延特性的影响

群时延特性是现代航天测控和卫星通信的一项重要指标，带内群时的剧烈波动会引起信号相位失真，增加测距误差和误码率[5?6]。系统的群时延指标主要受中频滤波器器影响，而滤波器的带宽又是影响滤波器群时延特性最主要的因素。系统的频率配置与中频滤波器的带宽相互影响。从这个意义上来看，频率配置方案的目的不再是简单的减少组合频率干扰，合理的频率配置方案会给系统关键指标的设计带来方便。上节中选择的630 MHz的一中频率即可通过简单的扩展滤波器的1 dB带宽到60 MHz的简单方法改善群时延特性，同样的由于二中频组合频率干扰距离70 MHz的中心频率较近，此时只能采用时延均衡的方案来解决群时指标与滤波器带外抑制的矛盾。

4 结 语

本文以S频段测控系统为例，给出了使用What if进行两次变频组合频率干扰分析的方法、步骤和注意事项。减小了设计最初阶段频率规划花费的时间，说明了可变中频对抑制多目标测控系统交调干扰的原理，指出了频率规划对系统群时延特性的影响，该分析方法不仅适用于S频段下行链路分析，同样适用于扩展到两次或多次变频系统的上、下行链路的频率规划。

参考文献

[1] Genesys. Application note of What if for frequency planner [M]. France： Genesys， 2008.

[2] 陈邦媛.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2002.

[3] HENDERSON B C. Predicting intermodulation suppression in double?balanced mixers [M]. USA： Watkins Johnson， 1983.

[4] 吴世杰.二次变频通信系统中的频率配置设计[J].无线电通信技术，1999（6）：7?10.

[5] 侯利民，孙宝升，陆晓明.群时延特性对卫星高速数传中继系统的影响[J].飞行器测控学报，2006，25（2）：54?58.

[6] 陈晖，易克初，李文铎.群时延失真对扩频通信性能影响的仿真与分析[J].电讯技术，2006（2）：111?113.