小卫星通信系统射频前端设计
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由式(2)可知放大器级联时噪声系数主要由第一级决定，因此要求第一级放大器的噪声系数越小越好。为了抑制后级电路对系统噪声系数的影响，第一级放大器需要有较高的增益。
该项目中采用的方案是三级低噪声放大器级联。第一级选用HMC618LP3，在25℃环境中2．3 GHz处增益为15 dB，噪声系数为1．05。第二级选用HMC548LP3，在25℃环境中2．3 GHz处增益为25 dB，噪声系数为1．5。第三级选用变增益放大器HMC287MS8，在25℃环境中Vctl=0时，2．3 GHz处增益为23 dB，Vctl=3 V时，增益为-11 dB。将放大器的S2P文件导入ADS软件中仿真，结果如图2所示。由图可知，最高增益为52．196 dB，最低增益为18．658 dB。三级放大器增益都很高，如果各级间匹配不好，很可能会导致放大器自激振荡，要从源头解决这个问题，只有修改各级的匹配网络，这往往难度很大，最有效的办法是在级间增加π型衰减网络。π型衰减网络可以有效抑制信号在放大器级间的反射，nf(2)是π型网络引入的噪声，在实际电路中可以更换π型网络电阻调节衰减量和噪声系数。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/156081.htm
2．2 锁相环电路
锁相环是由鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)及压控振荡器(VCO)所构成的反馈电路，其结构如图3所示。
鉴相器比较参考信号u1(t)和压控振荡器输出信号u2(t)的相位，并输出相位误差电压ud(t)，经过环路滤波器滤除相位误差信号中的高频信号及部分噪声，剩下直流电压uc(t)，再将此直流电压送到压控振荡器来控制输出信号频率。当压控振荡器的输出信号频率与参考信号的频率不同时，这个过程将持续进行，在达到频率相等时，且满足一定条件环路就稳定下来，实现锁定。锁定之后被控的压控振荡器频率与输入信号频率相同，两者之间维持一定的稳态相位差。
锁定时间和相位噪声是锁相环的重要指标。最佳锁定时间需要45°～48°的相位裕度，经验公式如下：
式中：fjump=|f1-f2|为频率跳变量；f为初始频率；f2为终止频率；ftol为频率锁定误差容限；BW为环路带宽；LT为锁定时间。
可见环路带宽越大，锁定时间越短，频率跳变越小，锁定时间越短。可以通过适当增大环路带宽和增大鉴相频率的方法缩短环路锁定时间。
锁相环电路的噪声来源于参考信号噪声、电荷泵噪声、反馈分频噪声和压控振荡器噪声四部分。环路滤波器对环路参数调整起着决定性作用，关于环路滤波器的阶数，最基本的环路滤波器是两阶，如果想进一步降低参考杂散的幅度，可以在二阶环路滤波器之后再加一个RC低通网络，构成三阶无源环路滤波器。该项目中选用的频率合成器是ADF4360-1，用ADIsimPLL软件设计三阶无源滤波器，并对输出信号进行仿真，射频本振信号锁定时间和相位噪声如图4所示，锁定时间为22μs，2．27GHz处相位噪声为-88 dBc／Hz／10kHz。
2．3 自动增益控制电路
自动增益控制电路主要由变增益放大器和检测控制电路两部分组成。传统的检测控制电路有两种实现方法，一是采用模拟方法检测信号的峰值，对峰值信号进行低通滤波、放大以后控制VGA的增益，这种模拟检测、模拟控制的方法实现起来比较简单。二是采用数字方法检测信号的峰值，对检测到的峰值进行一定的处理后产生数字控制量调整VGA的增益，这种方法需要A／D转换器。限于小卫星上提供电压和功率很低，空间很小，所以采用第一种方法。
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