L和S波段高频收发前端研究

论文摘要

微波收发前端是卫星通信系统的重要组成部分。微波接收前端通过低噪声放大、下变频、滤波等处理环节,把高频信号转换为中频信号;发射前端则通过调制、上变频、功率放大等处理环节,把基带信号转换为微波信号。可以说,微波收发前端是卫星通信系统的枢纽。本文对某卫星导航定位终端的L波段发射前端和S波段接收前端进行了深入研究,并完成了高频前端一体化模块的设计和调试。本文首先从电路、工艺和体制三方面系统地介绍了微波电路以及高频收发前端的发展状况和未来的发展趋势。详细比较研究了不同收发前端体系结构的优点、缺点和改进方向,并结合课题实际,S波段高频接收前端采用性能优良的二次下变频超外差体系结构,L波段高频发射前端采用改进后的射频载波直接调制体系结构。同时论文深入研究了高频收发前端工程实现中的关键技术:接收机高灵敏度、低噪声系数、高线性度和低相位噪声以及发射前端直接载波调制和微波线性功率放大。深入分析了影响扩频接收机灵敏度的主要因素,研究高频收发前端中噪声的来源、带来的影响以及解决方法,并根据工程实际需要完成低噪声放大器研制;详细分析研究了相位噪声对通信系统的影响,采用串行数字锁相频率合成技术完成了满足工程实际要求的收发本振源设计;深入研究了直接微波载波调制实现二进制相位键控（BPsK）的方法,并对直接载波调制方法进行了巧妙的改进,即将发射前端本振锁相频率降为发射载波频率的一半,有效地解决了发射信号对本振的牵引问题,同时又简化了硬件结构。针对BPSK调制信号经过功率放大器后,带外谐波对邻道干扰的严重问题,论文采用窄带、低损耗腔体滤波器来抑制带外谐波分量,并采用一种新的方法来设计和调试腔体滤波器,即利用S11在谐振频率处的群时延来设计和调试谐振腔耦合滤波器。理论和实践证明,这种方法在多谐振腔耦合的带通滤波器调谐中带来方便。论文最后给了收发前端一体化模块的测试方法和测试结果,并给出系统整机联合调试的结果。系统整机联调结果表明本课题研制的L和S波段高频收发前端模块满足系统指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波电路在无线系统中的地位
• 1.2 微波电路国内外发展动向
• 1.3 本论文的选题背景及研究意义
• 1.4 本课题的主要技术指标
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 高频收发前端体系结构研究
• 2.1 高频收发前端的主要功能
• 2.2 高频收发前端体系结构比较
• 2.2.1 高频接收前端体系结构比较
• 2.2.2 高频发射前端体系结构比较
• 2.3 高频收发前端体系结构选择
• 2.3.1 高频接收前端体系结构选择以及链路预算
• 2.3.2 高频发射前端体系结构选择以及链路预算
• 第三章 高频收发前端关键技术研究
• 3.1 收发前端中的噪声
• 3.1.1 接收前端中噪声来源与分类
• 3.1.2 高频前端中噪声的描述
• 3.1.3 高频接收前端低噪声系数实现途径
• 3.2 低相位噪声收发本振频率综合器研究
• 3.2.1 相位理论分析
• 3.2.2 收发本振相位噪声对通信系统的影响
• 3.2.3 收发本振频低噪声率合成
• 3.3 直接载波调制与线性功率放大器研究
• 3.3.1 信号调制的基本概念
• 3.3.2 直接载波调制实现BPSK调制
• 3.3.3 BPSK信号线性功率放大器的实现
• 3.4 窄带低损耗腔体滤波器实现研究
• 3.4.1 耦合带通滤波器设计理论分析
• 3.4.2 耦合谐振腔带通滤波器实现
• 第四章 高频收发前端一体化模块实现及其测试分析
• 4.1 一体化收发模块设计考虑
• 4.2 一体化模块调试、测试方法和测试结果
• 4.3 改进建议
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本论文研究总结
• 5.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果