Ｋｕ波段便攜設備射頻單元測試架的設計與實現

摘 要：隨著衛星通信的發展，高頻段和高集成的衛星設備被廣泛使用，在設備出現故障時，操作人員無法科學判斷設備故障在于射頻部分還是在于主機部分。在分析和研究Ku波段便攜站射頻設備的基礎上，詳細介紹了利用微波技術和高頻電子器件研制的一個不對設備造成危險或者危害且能快速、準確測量判斷Ku波段便攜站射頻單元的測試架的設計與實現過程。

關鍵詞：Ku波段；射頻單元；便攜測試架；衛星通信

中圖分類號：TN927 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1506502

Design and Implementation on the RF Unit of Ku-band Portable Equipment

ZHANG Zhenquan，XU Yanhong，WEI Ming，ZHANG Zhenhua

(Unit 69046，Urumqi，830002，China)

Abstract：With the development of satellite communication，the high frequency and high integrated satellite equipment are widely used.The operator can′t judge the fault is located whether RF unit or host machine when they appear the troubles.In this article，the design and implement of RF measure instrument is introduced，which can fleetly，well and truly and is no danger or harm to judge the fault on the RF unit of Ku-band portable equipment using the microwave technology and high frequency parts of an apparatus.

Keywords：Ku-band;RF unit;portable test equipment;satellite communication

隨著通信技術的進一步發展，衛星通信技術得到了突飛猛進的飛躍，衛星通信裝備目前被廣泛使用。衛星通信裝備逐漸向小型化、智能化、集成化的方向發展。使用頻段已經從C波段向更高的頻段拓展，Ku波段便攜式衛星設備射頻單元就是和主機分離開來的微波器件，當整個設備出現故障時，操作人員無法科學判斷設備故障在于射頻部分還是在于主機部分，因此利用微波知識研制的Ku波段便攜設備射頻單元測試架，可以利用現有儀表對Ku波段便攜站進行精確測量，可以完全分離主機與射頻單元，從而可以對射頻單元、主機部分分別獨立進行測試；同時使用該測試架，可以進行單載波發射，從而準確調試天線及饋源極化方式及極化角。

1 測試架測試原理

對于Ku波段衛星便攜式設備其射頻單元一般由HNB和LNA共同組合完成信號的發送和接收功能。要準確判斷故障在射頻單元，就要完成對上行和下行兩部分的測試，Ku便攜站射頻單元上行測試連接圖如圖1所示。

發射測試接口位于被測設備與測試儀表之間，通過該接口，為被測上行(發射)設備提供直流24 V電源及10 MHz參考頻率信號，使該上行被測設備正常工作，同時通過接口輸入L波段信號(950~1 450 MHz)，經過被測設備變頻至Ku頻段(14~14.5 GHz)，并經過高功率放大器輸出到測試儀表進行測試，如果輸出信號頻率、電平正常，則該上行(發射)設備工作正常，否則，可以判斷該上行(發射)設備故障，如圖2所示。

接收測試接口仍位于被測設備與測試儀表之間，通過該接口，為被測下行(接收)設備提供直流15 V電源及10 MHz參考頻率信號，使該下行(接收)被測設備正常工作，同時通過波導/同軸轉換接口輸入Ku波段信號下行信號(12.25~12.75 GHz)，經過被測設備低噪聲放大器放大，并經過變頻器變頻至L頻段(950~1 450 MHz)，輸出到測試儀表進行測試，如果輸出信號頻率、電平正常，則該下行(接收)設備正常，否則，可以判斷該下行(接收)設備故障，如圖2所示。

從上行(發射)測試接口、下行(接收)測試接口的測試連接圖可以看出：

測試接口在測試連接圖中起到一個橋梁的作用，在正常情況下，無法直接使用儀表測試該射頻單元，從而判斷射頻單元故障與否；使用該接口，可以很方便地實現對射頻單元的測試，從而判斷射頻單元工作情況。

該測試接口主要實現被測設備正常工作需要的工作信號及輸入信號的合成，使得以前無法使用儀表直接測量的設備可以直接使用現有儀表進行方便的測量。

2 測試架技術設計框圖及實現

在圖3中，虛線框內的射頻部分采用微帶電路實現，虛線框內的中頻部分采用傳統高頻電路實現，虛線框內的直流部分采用鐵芯繞線電感及穿心電容實現。

從總體技術方案圖中可以看出，接收和發射測試接口在結構上基本一致，不同的地方僅在于射頻信號流向及直流供電電壓、電流，在實際研制過程中，考慮到使用綜合信號源作為提供測試接口工作的信號，而綜合信號源具有很寬的電平調節范圍，基本可以不用考慮信號衰減的問題，因此，課題組制作的接收測試接口和發射測試接口可以互換使用。

2.1 射頻部分高通濾波器的設計及實現

根據射頻部分輸入(或輸出)頻率范圍為950~1 450 MHz，選擇低端截止頻率fc1=800 MHz，可以保證在950~1 450 MHz頻段的衰減值基本為常數，具有增益(衰減)穩定性、平坦性，其中起主要作用的是電容，合理選擇高通濾波器電容是高通濾波器設計的關鍵。

2.2 中頻部分帶通濾波器的設計及實現

根據中頻端口輸入信號頻率范圍為10 MHz這一特性，利用高頻電路原理，設計利用電感與電容組合形成的帶通濾波器，帶通濾波器高端截止頻率設計為100 MHz，低端截止頻率設計為1 MHz，即1 MHz≤fc2≤100 MHz，使信號在1~100 MHz的頻率范圍內具有增益(衰減)平坦性，在10 MHz頻段衰減基本為定值，同時，起到隔離直流信號和射頻信號的作用，電容選擇50 pF，考慮到直流及射頻部分對于中頻信號具有衰減性的影響，理論計算的電感量距離實際需要的電感量差距較大，電感值無法使用公式直接計算，因此，電感根據實際測量值選擇。

2.3 直流部分低通濾波器的設計及實現

直流部分需要保證15 V及24 V直流電源通過，同時阻止射頻信號及中頻信號。由于24 V直流電源工作于大電流(約1.5 A)，因此，繞線電感必須保證壓降盡量小，繞線線徑盡量粗，同時，繞線線徑太粗，形成的分布參數大，易形成寄生高頻電容，對高頻、中頻信號影響大，合理選擇直流通路的電感成為直流通路設計的關鍵，在直流輸入端，采用穿心電容，濾除高頻成分，保證電源部分供電質量，電容實際選擇值為1 000 pF，電感值根據實際測量值選擇。

3 實驗結果及分析

該測試架綜合微波信號、中頻信號、電源信號，實現多種信號的合成傳輸，在設計及實現上，創造性地采用微帶電路與傳統高頻電路相結合，針對射頻信號、中頻信號、直流信號的特點，分別采用高通、帶通、低通濾波器，巧妙地解決了多頻段信號合成傳輸的問題，圖4是該測試架的實物圖，通過實驗該測試架性能穩定、有效地使用在本單位的設備維修工作中。

參 考 文 獻

［1］梁昌宏.微波技術基礎\\.西安:西安電子科技大學出版社，2003.

［2］任偉.電磁場與微波技術\\.北京:電子工業出版社，2001.

［3］王新偉.微波技術與天線\\.北京:電子工業出版社，2003.