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"动中通"微带双工器ADS设计与仿真

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发表于 2015-12-22 09:46:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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 ±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.


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                         图1  电路模型


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                     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。


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                     图3  高通电容电路

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                    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。


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                          图5  低通滤波电路

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                     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。


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                      图7  LC低通滤波电路


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                     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。


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                     图10  双工器电路仿真结果


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                      图11  双工器盒体


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                     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。

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                      图12  双工器测试结果


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