小衛星通信系統射頻前端設計
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由式(2)可知放大器級聯(lián)時(shí)噪聲系數主要由第一級決定，因此要求第一級放大器的噪聲系數越小越好。為了抑制后級電路對系統噪聲系數的影響，第一級放大器需要有較高的增益。
該項目中采用的方案是三級低噪聲放大器級聯(lián)。第一級選用HMC618LP3，在25℃環(huán)境中2．3 GHz處增益為15 dB，噪聲系數為1．05。第二級選用HMC548LP3，在25℃環(huán)境中2．3 GHz處增益為25 dB，噪聲系數為1．5。第三級選用變增益放大器HMC287MS8，在25℃環(huán)境中Vctl=0時(shí)，2．3 GHz處增益為23 dB，Vctl=3 V時(shí)，增益為-11 dB。將放大器的S2P文件導入ADS軟件中仿真，結果如圖2所示。由圖可知，最高增益為52．196 dB，最低增益為18．658 dB。三級放大器增益都很高，如果各級間匹配不好，很可能會(huì )導致放大器自激振蕩，要從源頭解決這個(gè)問(wèn)題，只有修改各級的匹配網(wǎng)絡(luò )，這往往難度很大，最有效的辦法是在級間增加π型衰減網(wǎng)絡(luò )。π型衰減網(wǎng)絡(luò )可以有效抑制信號在放大器級間的反射，nf(2)是π型網(wǎng)絡(luò )引入的噪聲，在實(shí)際電路中可以更換π型網(wǎng)絡(luò )電阻調節衰減量和噪聲系數。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/156081.htm
2．2 鎖相環(huán)電路
鎖相環(huán)是由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LPF)及壓控振蕩器(VCO)所構成的反饋電路，其結構如圖3所示。
鑒相器比較參考信號u1(t)和壓控振蕩器輸出信號u2(t)的相位，并輸出相位誤差電壓ud(t)，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器濾除相位誤差信號中的高頻信號及部分噪聲，剩下直流電壓uc(t)，再將此直流電壓送到壓控振蕩器來(lái)控制輸出信號頻率。當壓控振蕩器的輸出信號頻率與參考信號的頻率不同時(shí)，這個(gè)過(guò)程將持續進(jìn)行，在達到頻率相等時(shí)，且滿(mǎn)足一定條件環(huán)路就穩定下來(lái)，實(shí)現鎖定。鎖定之后被控的壓控振蕩器頻率與輸入信號頻率相同，兩者之間維持一定的穩態(tài)相位差。
鎖定時(shí)間和相位噪聲是鎖相環(huán)的重要指標。最佳鎖定時(shí)間需要45°～48°的相位裕度，經(jīng)驗公式如下：
式中：fjump=|f1-f2|為頻率跳變量；f為初始頻率；f2為終止頻率；ftol為頻率鎖定誤差容限；BW為環(huán)路帶寬；LT為鎖定時(shí)間。
可見(jiàn)環(huán)路帶寬越大，鎖定時(shí)間越短，頻率跳變越小，鎖定時(shí)間越短?？梢酝ㄟ^(guò)適當增大環(huán)路帶寬和增大鑒相頻率的方法縮短環(huán)路鎖定時(shí)間。
鎖相環(huán)電路的噪聲來(lái)源于參考信號噪聲、電荷泵噪聲、反饋分頻噪聲和壓控振蕩器噪聲四部分。環(huán)路濾波器對環(huán)路參數調整起著(zhù)決定性作用，關(guān)于環(huán)路濾波器的階數，最基本的環(huán)路濾波器是兩階，如果想進(jìn)一步降低參考雜散的幅度，可以在二階環(huán)路濾波器之后再加一個(gè)RC低通網(wǎng)絡(luò )，構成三階無(wú)源環(huán)路濾波器。該項目中選用的頻率合成器是ADF4360-1，用ADIsimPLL軟件設計三階無(wú)源濾波器，并對輸出信號進(jìn)行仿真，射頻本振信號鎖定時(shí)間和相位噪聲如圖4所示，鎖定時(shí)間為22μs，2．27GHz處相位噪聲為-88 dBc／Hz／10kHz。
2．3 自動(dòng)增益控制電路
自動(dòng)增益控制電路主要由變增益放大器和檢測控制電路兩部分組成。傳統的檢測控制電路有兩種實(shí)現方法，一是采用模擬方法檢測信號的峰值，對峰值信號進(jìn)行低通濾波、放大以后控制VGA的增益，這種模擬檢測、模擬控制的方法實(shí)現起來(lái)比較簡(jiǎn)單。二是采用數字方法檢測信號的峰值，對檢測到的峰值進(jìn)行一定的處理后產(chǎn)生數字控制量調整VGA的增益，這種方法需要A／D轉換器。限于小衛星上提供電壓和功率很低，空間很小，所以采用第一種方法。
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