基于ADS软件的卫星\"动中通\"微带双工器的设计

admin

                1  引言

                        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。
                         
                        2  系统介绍

                        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
                        If:L ±0.25GHz
                        P≤-10dBm
                        (2)上行信号Ku Band
                        Rf:Ku ±0.25GHz
                        P≥48dBm
                        (3)通道插损
                        ILRf≤0.5dB
                        ILIf≤1.0dB
                        (4)通道隔离
                        ISO≥65dB
                         
                        3  模型的特性分析

                        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.
       

                 

       

               

       

                图1  电路模型

       

               

       

                图2  电路模型仿真结果

                 
                        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.
                         
                        3.1  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。
                         
       

               

       

                图3  高通电容电路

       

               

       

                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。
                         
                        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。
                         
       

               

       

                图5  低通滤波电路

                 
       

               

       

                图6  低通滤波电路仿真结果

                         
                        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。
                         
       

               

       

                图7  LC低通滤波电路

       

               

       

                图8  LC低通滤波电路仿真结果

                 
                        4  双工器模型的设计仿真

                        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10  双工器电路仿真结果

                         
                        分析原因,在这么高的频率时,电路的隔离已经不能
       

               

       

                图11  双工器盒体

       

               

       

                图9  双工器电路模型PCB板

                         
                        5  结论

                        本文采用基于ADS软件的双工器模型的构建和性能仿真,实验研究。介绍了利用ADS软件进行双工器模型的构建，对所构建的模型进行了可行性方案分析，设计、仿真的详细过程，并利用ADS软件制作了该模型的PCB电路，交付电路板光绘制作后测试，插损指标满足技术要求，隔离度优于技术指标要求,典型值可达-74dB,电路测试结果如图-12所示。
                         
       

               

       

                图12  双工器测试结果