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标题: "动中通"微带双工器ADS设计与仿真 [打印本页]
作者: admin    时间: 2019-9-27 15:10
标题: "动中通"微带双工器ADS设计与仿真
1  引言$ u$ z3 q! x* K* {( u1 F

# }0 `  [. q1 g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。
: r6 r. a% s* e* I4 t& B & D- m+ L0 T" G- e
2  系统介绍
% y) A/ |5 o# H- G) p' Q: K
5 p7 d2 Y( w- w' _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:# S& I4 ^5 L4 a$ g3 I4 V% b% g- c
(1)下行信号If L Band; @5 x0 c4 b+ j
If ±0.25GHz
8 I$ r+ [% S: sP≤-10dBm; d, k) f/ I! l; C; J1 I4 h
(2)上行信号Ku Band8 u1 `; a$ @9 b. X1 u0 m
Rf:Ku ±0.25GHz' ?0 S# t  W. s/ K2 W) c; x
P≥48dBm
: t9 h' e! W. x  |(3)通道插损# J# Q2 i/ s' ~8 g; D* Q% T& s! ^
ILRf≤0.5dB6 {) ]( I+ _8 _. p8 C+ A% |
ILIf≤1.0dB4 k- O1 x% Y$ ~/ O* u
(4)通道隔离5 U: F" |+ i6 X: l: B% |6 z
ISO≥65dB3 m+ o& Y* g+ s) k: o+ a- m
' g$ {7 r1 u: x8 N8 A; }
3  模型的特性分析& E- ~5 i2 t& Z* W% @- j, x0 K; m

. J9 r& y; }0 `7 n* T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./ F: {1 m. Q8 t5 n3 b: h, ~9 i
6 k* h+ X- C/ B
0 i! H' y) O+ {' t7 Y$ I( z
                     图2  电路模型仿真结果3 `0 o- }. x8 C6 R' @

; k5 [7 {- G6 ^( b4 c$ i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。$ ^+ e* A5 H7 L+ X0 g4 R2 z' @0 a
3 @) a7 d- p9 _; v5 R
3.1  高通滤波器的特性分析、设计及仿真
* A( m$ i) S. S1 b" H
& ^: i9 ]& D3 m8 x* J$ RRF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。
5 y" i- C* ], t! |
. w  k4 T8 l1 _8 O9 v9 i+ v8 N. X                    图4  高通电容电路仿真结果
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9 t0 v3 M" H6 i3.2  低通滤波器的特性分析、设计及仿真
/ K; k3 o/ v( d4 C& t: F: x4 ?) f
# k! i: `" v8 ]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。# F* ]9 a7 P6 ^
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。
  U  q+ s( q4 h5 r: |4 @" n* b7 { 4 s! d5 D* t7 W! b8 q& F; i/ l
                     图6  低通滤波电路仿真结果1 ?. x) ^4 _* Q/ o5 b

! d" h9 A4 c* y) F2 F, m* H! |② 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。; ^5 w5 v: G& S2 E* [

! Y6 [9 q  i" |" z
6 _0 u4 m/ v6 q* D! v                     图8  LC低通滤波电路仿真结果* Q1 ]* _0 f8 _
9 f4 g/ W6 E# I. _% G9 T+ G# O
4  双工器模型的设计仿真 6 r" t+ {; {% d8 x

% G! R1 |1 {# s) |3 w( t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。/ i9 [+ d2 ^1 r" |$ E4 y
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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。+ a0 H+ b/ e7 [  V# `
" e6 ?2 A, a" h

( C! [# _9 a+ w9 j& N4 U3 S/ j' x                      图11  双工器盒体
/ k" N: x& L4 `& ~ # F  x4 m" b5 W! ?

0 I3 O9 W% K' `+ a0 c2 ^' v1 v1 z                      图12  双工器测试结果0 U' p% |- E9 G$ {; [  i% I" l  @
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