UHF频段机载卫星通信设备中信道指标浅析

王璟

本文主要对UHF频段机载卫星通信信道模块进行研究，研究满足现有机载UHF通信信道模块的各项要求，以及飞行速度高、姿态变化大的飞机平台使用的UHF频段卫星通信。首先针对本课题的研究背景进行论述；其次，结合应用的需要针对信道模块中的关键技术突破进行阐述，例如自动增益控制和快速跳频；研究过程中采用仿真软件进行仿真分析和优化设计，根据仿真结果研制样件，并对样件的的主要电性能指标进行了测试。

【关键词】信道模块 指标论证 工作原理

UHF卫星通信在实际应用中一般使用UHF较低的频段，特高频信号在军事领域中也有许多其他频段信号无法比拟的优势。本产品为UHF卫星通信的射频前端，实现了信息的传输与解调。本文针对收发信道模块实施细节中涉及到的2路接收通道、1路发射通道、频综单元、时钟单元等进行简单介绍，并对噪声系数、通道增益、隔离度等关键指标的实现进行了详细论证。

1 产品主要技术指标

1.1 接收通道

输入信号：

（1）频率：**MHz；

（2）接收通道数：2路；

（3）频率步进：1kHz；

（4）噪声系数：≤4dB（常温）

（5）AGC动态范围（带内）：-115dBm～-75dBm；

（6）AGC响应时间：≤50μs；

（7）2路接收通道之间的隔离度：≥90dB。

1.2 发射通道

（1）输出信号频率范围：**MHz；

（2）发射通道数：1路；

（3）频率步进：1kHz。

1.3 频综单元

（1）频率切换时间：≤100us；

（2）频率准确度：优于1×10-7；

（3）频率稳定度：优于1×10-7。

2 设计原理

本组件包括接收通道、发射通道、频综单元、时钟单元。接收通道包含2路下变频通道，采用低本振1次变频，中频输出为AGC输出。发射通道包括1路上变频通道，采用高本振2次变频。频综单元为3个，包含了2个接收通道本振，1个发射通道本振。时钟单元为1路时钟源输出。

2.1 接收通道原理

接收通道的射频部分主要完成对射频信号的滤波放大功分，之后经过变频器将功分的2路UHF频段信号下变到**MHz，再对中频信号滤波放大，最终进行自动增益控制后输出。

接收通道的电源在给各级有源器件（放大器、AGC）供电时，每级有源器件需要单独的LDO再次进行稳压。LDO可以保护链路中的有源器件，还有隔离的作用。

2.2 发射通道原理

发射通道的中频信号经过两次上变频，中频信号进入发射通道首先经过开关后进入滤波器选频，再进入混频器进行一次上变频，本振为**MHz，上变到**MHz，再放大滤波后进入二次上变频器，上变到射频信号后再经过滤波放大滤波，對信号进行优化后再输出。

发射通道的电源在给各级有源器件（放大器）供电时，每级有源器件需要单独的LDO再次进行稳压。LDO可以保护链路中的有源器件，还有隔离的作用。

2.3 本振单元、时钟单元原理

晶振选用40MHz，通过功分器，分成4路，一路分给接收本振作为参考，一路分给FPGA作为时钟；一路分给发射本振作为参考，一路分给时钟源作为参考，接收本振、发射本振由单片机给出的控制信号来控制DDS，DDS提供变频器需要的本振频率，再分别经过滤波和放大输出给接收通道的变频器。加入滤波器和放大器是为了提高通道之间的相互隔离。本振单元、时钟单元的电源在给各级有源器件（FPGA、DDS、放大器）供电时，每级有源器件需要单独的LDO再次进行稳压。

3 指标分析

3.1 接收通道

输入信号：

（1）频率：**MHz。本次方案中选用的器件的使用频段都在技术指标要求的频段内，电路板微带线的设计按照技术指标要求的频段进行阻抗设计。

（2）频率步进：1kHz。本方案用FPGA控制DDS的方式提供本振频率，DDS选用AD9912，是小数变频的器件，频率步进可以精确到1kHz。

（3）噪声系数：≤4dB（常温）。本方案的噪声系数是软件scw计算得到的，将各个元器件自身的噪声值输入，最终可以得到整个通道的噪声系数，本方案接收通道的噪声系数为3.14dB。图1为噪声及增益的仿真图。

根据以往经验，噪声系数在低温会变小，在高温会变大。本方案接收通道的噪声系数在最高温时为3.37dB。

（4）AGC响应时间：≤50μs。本方案中选用的AGC芯片为AD8367，如图2，图3是AD8367响应时间图像，这两张图是AD8367运用在其他项目上的响应时间图像，与本方案的运用环境相同，也是在中频最终输出前，上边的黄线是检波电压谱线，下变的蓝线是输出功率的变化谱线。从图中可以看出以输入信号的瞬间为起控点，以信号稳定为终止，AGC响应时间：≤10μs。

（5）2路接收通道之间的隔离度：≥90dB。首先结构设计充分考虑将2路接收通道分开，外壳壁上多设置安装钉，必要时再盒盖上粘接吸收材料，来防止接收通道之间的信号在空间的相互干扰。2路接收通道的本振是由两个锁相环单独输出的两路本振信号，接收通道之间的隔离度由混频器射频端和本振端的隔离度加上功分器的隔离度，再加上射频滤波器对本振信号的抑制，由混频器射频端和本振端的隔离度为25 dB，功分器的隔离度20dB，射频滤波器对本振信号的抑制30 dB，接收通道的隔离度为25+20+30+30，共105 dB，可以达到90dB以上。

3.2 发射通道

3.2.1 输出信号频率范围：XXXMHz

本次方案中选用的器件的使用频段都在技术指标要求的频段内，电路板微带线的设计按照技术指标要求的频段进行阻抗设计。

3.2.2 频率步进：1KHz

本方案以FPGA控制DDS的方式提供本振频率，DDS选用AD9912，是小数变频的器件，频率步进可以精确到1kHz。

4 小结

本文设计了UHF频段机载卫星通信信道模块，并依据设计进行了实物生产，经测试技术指标满足要求。

5 结束语

信道模块是UHF频段机载卫星通信的重要组成部分，对卫星信号的传输及解调起到关键作用。本文在设计过程中运用了自动增益控制，快速跳频，低噪声放大的技术，重要实现了通道噪声低，通道增益高，通道间隔离高，频率转换速度快等特点。

参考文献

[1]龚仕仙，魏玺章，黎湘.宽带数字信道化接收机综述[J].电子学报，2013（05）：949-959.

[2]刘权，赵光胜，王晓东，周兴铭.认知无线电网络信道交汇研究综述[J].软件学报，2014（03）：606-630.

作者单位

中国电子科技集团公司第十研究所 四川省成都市 610036