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宽带Ka频段下频段器设计及实现 　　摘 要：设计并实现了一种用于遥感卫星地面接收系统的宽带Ka频段下变频器。采用低本振的二次变频方式先将Ka频段（25～27.5 GHz，任意1 GHz带宽）射频信号下变频至X频段（7.5～8.5 GHz）射频信号，再经X频段下变频至1 200±500 MHz中频信号。本振选用锁相环方式实现，具有高性能、高可靠性等优点。该设备已用于实际工程中，测试结果可满足遥感卫星地面接收系统宽带Ka频段下变频器的技术需求。 　　关键词：遥感卫星；接收系统；Ka频段；宽带；下变频器 　　中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-02 　　0 引 言 　　遥感卫星星地链路需传输的数据量越来越大，所占用的带宽也随之更宽，遥感信息与数据传输能力之间的矛盾日益凸显[1，2]。Ka频段可用的带宽可以满足较大的传输带宽和较高码速率的传输需要，已成为星地数据传输的发展方向[3，4]。包括我国在内的诸多国家已在中继卫星、通信卫星采用Ka频段下传卫星数据，而我国也将在低轨遥感卫星上采用Ka频段下传卫星数据。 　　目前，遥感卫星数据普遍采用S/X频段进行下传，而相应的地面接收系统也基于S/X频段来建设。为了解决遥感信息与星地链路数据传输能力之间的矛盾，现阶段国内外航天任务已由现在的S/X频段向Ka频段转变。因此对下行链路的下变频器的研制提出更高、更新的技术要求。 　　宽带Ka频段下变频器是卫星地面站接收系统中的一个重要组成部分。针对上述新的技术需求并考虑未来的技术发展趋势，本文设计并实现了一种宽带Ka频段下变频器。采用低本振的二次变频技术，将Ka频段（25～27.5 GHz）1 GHz带宽射频信号下变频至1.2 GHz±500 MHz中频信号。两个本振源均采用低本振，变频过程无频谱倒置。 　　在结构设计时，将Ka下变频器分成Ka-X下变频器模块与X-IF下变频器模块，且X频段下变频器模块输入射频按7.5～9.0 GHz设计，以满足X频段下变频模块兼容接收其他X频段卫星的要求。 　　1 方案设计及实现 　　1.1 中频频率及干扰分析 　　由于Ka频段接收链路带宽需满足1 GHz，因此目前遥感卫星地面接收系统常用的720 MHz中频，±250 MHz带宽已不能满足此技术的需求。同时为方便与当前在用的调制解调器连接，提高设备的通用化程度，中频设计为1 200 MHz± 500 MHz[5]。 　　宽带Ka频段下变频器采用二次变频技术，先将Ka频段（2527.5 GHz，任意1 GHz带宽）射频信号与本振频率为17.5 GHz 19 GHz的信号进行混频，输出的X频段（7.5 　　8.5 GHz）射频信号再与本振频率为6 3007 800 MHz的信号混频得到1.2 GHz±500 MHz中频信号。 　　下变频器用来选择工作频段，并将载波频率降低到中频。变频器的二次变频通过混频器实现频率转换，且在频率转换过程中将产生组合频率干扰等[6]。为防止这些频率成分形成干扰，实现如期的接收功能，最优的方法是保证组合频率产物不落入中频范围内或干扰电平较低，从而保证系统的接收性能。 　　采用ADS对上述下变频方式的组合干扰进行仿真分析，结果表明，对Ka-X下变频器的组合干扰均远离所用频带。对X-IF下变频器而言，2RF-2LO落在带内，即谐波落在带内，但抑制达到60 dBc以上，可以满足系统接收性能要求；其他组合干扰均较小或远离所用频带。 　　1.2 Ka-X下变频模块 　　Ka-X下变频模块主要将25～27.50 GHz任意1 GHz带宽信号下变到7.5～8.5 GHz。Ka-X下变频模块框图如图1所示。 　　2527.5 GHz下行信号先经过隔离器，以确保良好的输入驻波，然后由带通滤波器滤除带外无关干扰，并确保镜频抑制及中频抑制指标，同时滤除本振的返向泄露。该链路镜像频率为911.5 GHz，滤波器对该频段的抑制在75 dBc以上。同时也对7.58.5 GHz频段有75 dBc以上的抑制。 　　低噪放的1.3 dB低噪声系数和24 dB增益可以确保链路噪声系数指标满足要求。再经隔离器对混频器的驻波做一定改善，保证带内平坦度等指标。同时链路所选的其它器件在相应频段上有良好的平坦度指标，可保证带内平坦度。 　　混频器选用双平衡混频器，对偶次组合杂散有很好的抑制效果。混频输出端接隔离器，以做良好的匹配，确保平坦度等指标。再经中频带通滤波器滤除射频泄露、本振泄露和各阶组合杂散。该滤波器的带外抑制度在70 dBc以上。 　　采用数控衰减器进行增益调整，衰减范围为30 dB，步进为1 dB，这样可以灵活调整链路增益，避免下级链路饱和。 　　末级放大器选择高增益