"动中通"微带双工器ADS设计与仿真

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1  引言

4 w( B% {2 V- M3 h+ Y+ h0 i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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( s. o+ p1 |: f& b+ I$ v" c  A# I2  系统介绍
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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:
(1)下行信号If L Band
8 ]6 O+ v' q6 Y( ]. X. ZIf ±0.25GHz
! c1 N0 `9 t; W- U/ m) }P≤-10dBm
(2)上行信号Ku Band
$ m: C$ ?6 U1 q4 y! i. FRf:Ku ±0.25GHz
9 w7 n7 B) v/ q( n4 m- k* OP≥48dBm
  J, L/ |2 B) T$ z( I: G$ M3 ]+ E(3)通道插损
ILRf≤0.5dB
ILIf≤1.0dB
(4)通道隔离
ISO≥65dB

0 \8 o% o1 I" }+ `9 z3  模型的特性分析
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& w. a% L$ v/ S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.


7 g+ s  F4 f7 W/ |& W3 c8 T5 D                     图2  电路模型仿真结果
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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。

) K* {! q  b( K. A8 j$ T3.1  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。

* ~) |7 L* p/ c5 d% |, |- D3 y                    图4  高通电容电路仿真结果

, J: M9 F' _3 n' o9 |/ G3.2  低通滤波器的特性分析、设计及仿真

" @$ L/ e' k& D' _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。
IF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。

- H/ F9 O# D( n( J8 j8 c                     图6  低通滤波电路仿真结果

  ^' S( i6 \1 [; X  f. p4 q0 m② 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。

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' w' D/ Q7 S6 K5 y* E# B: q                     图8  LC低通滤波电路仿真结果

4  双工器模型的设计仿真

6 F% I- k2 L, G; O! O( @& C% j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。
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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。


* M6 J) U4 G4 U/ I* b. n7 n                      图11  双工器盒体
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1 O  y( v! B0 A0 b- _
) k, _6 i5 g9 P1 N+ u                      图12  双工器测试结果

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