"动中通"微带双工器ADS设计与仿真

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1  引言

7 `" r5 D: R% c% X卫星通信目前我国已研制出可移动的卫星通讯终端和接收型的“动中通”终端系统，可广泛用于汽车，火车，轮船等运动体，可实时跟踪同步通讯卫星，但收发双工型“动中通”终端系统尚属国内空白。
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% x$ P& \2 k  d2  系统介绍

' i9 x5 j/ m$ ~" j* }' z2 r该“动中通”系统采用LNB变频以后下传的、为了减轻转台的载荷，发射功放下置的方式，系统技术指标及要求:
7 e# J5 C1 {3 R& m(1)下行信号If L Band
' S) G2 w$ @9 C9 l. AIf ±0.25GHz
P≤-10dBm
2 b/ S+ a5 c+ M/ D: }5 ]$ Z(2)上行信号Ku Band
Rf:Ku ±0.25GHz
P≥48dBm
(3)通道插损
6 b) W  b6 F" N# P, c; }" nILRf≤0.5dB
3 T( C. S) c8 A$ ZILIf≤1.0dB
(4)通道隔离
ISO≥65dB

# l- q9 O7 l( v$ M' a3  模型的特性分析
/ g7 D4 z9 e: _# x, Y2 _
& g$ d% \; {6 L2 F# l! l! M首先我们根据频率、指标特性确定选择方案模型，由于IF与RF频率相差甚远，可以将其分解设计，所以方案采用RF通道高通滤波，IF通道低通滤波的分解设计方式，2个通道之间采用LC低通滤波电路相连接的方式，使用ADS软件建立电路模型，电路模型如图-1，并对其系统的可行性进行了仿真，仿真结果满足技术指标要求，可以采用该模型方案设计，电路模型仿真结果如图-2.
' Y& K  F( G- a! d% n5 ^6 P

                     图2  电路模型仿真结果
. r  L: w- k: X5 a; P6 f) S
基板的选择,根据频率,功率容量及现有材料,选择Er=2.65,H=1.0的低损耗聚四氟乙烯材料。

; V- ^& f0 @  B/ H3.1  高通滤波器的特性分析、设计及仿真

RF通道的特点是低插损，高功率。如果在此频率设计微带的高通滤波器很难满足低插损的要求，经过分析，RF通道高通滤波器采用交指电容的方式设计，由于电容很小,高频率可以小插损的传输,但是相对于IF通道低频阻抗很大,相当于开路,可以起到隔离的作用.设计时将高通滤波交指电容的匹配频率设计到Ku波段，这样既保证RF通道Ku波段的低插损，又能保证IF通道L波段与RF通道Ku波段具有隔离性。设计高通电容电路参数如图-3，电路仿真结果如图-4所示。

. Z( W) O5 a& J5 \- J                    图4  高通电容电路仿真结果

3.2  低通滤波器的特性分析、设计及仿真

① IF通道低通滤波器采用微带高低阻抗线的电路形式设计。
  l$ e1 c- n1 {8 s' k7 ], qIF通道低通滤波器的频率设计不能像普通低通滤波器那样，如果设计L波段低通滤波器，那十几个倍频的Ku波段会形成寄生通带，根本没法隔离，设计时需要将低通滤波器的通带频率设计到X波段附近，这样IF通道Ku波段隔离就能达到效果。设计低通滤波电路参数如图-5，电路仿真结果如图-6所示。

  c% J! R2 ]/ l' ?                     图6  低通滤波电路仿真结果

( P- P! `" W0 ^5 F# f$ J% ]5 `/ E② IF通道微带线高低阻抗线低通滤波器在有限的尺寸不能满足隔离要求，所以考虑后面再加一级LC集总参数的低通滤波器作为补偿，以保证满足隔离要求。设计LC低通滤波电路参数如图-7，电路仿真结果如图-8所示。


                     图8  LC低通滤波电路仿真结果

4  双工器模型的设计仿真
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3 j; r7 f  v" G' M4 \  d双工器模型电路如图-9所示，各个模块的隔离分别在-33dB和-46dB,多级串联的时候,隔离该是他们之和-79dB,可是隔离却只有-48dB和-47dB, 双工器PCB板电路仿真结果如图-10所示。

满足要求,ADS软件没有物理隔离模型，如果要实现高隔离度，必须依靠封装盒体的物理隔离才可以实现,既然模块的隔离度之和远大于指标值-65dB,那么双工器采用这些模块方案是完全可行的,保证能满足技术指标要求.由于频率很高,盒体的设计也由为重要,采用机加工金属盒体,在三通和两级滤波器之间放置隔离板,来保证通道的隔离度.上盖为2mm的金属平板,来保证外界的干扰。盒体如图11所示。


                      图11  双工器盒体
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                      图12  双工器测试结果

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