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Ka波段接收前端的设计

作者: 时间:2016-12-21 来源:网络 收藏

组件的射频信号与镜频相隔较远,用微带镜像抑制滤波器即可以达到镜像抑制的指标。由于频率较高,微带滤波器须进行3维电磁场仿真。前级低噪声放大器的主要指标是噪声系数,所以匹配电路是按照噪声最佳来设计的,其结构必然偏离驻波比最佳的状态,因此驻波比不会很好,所以镜像抑制滤波器必须有良好的驻波,使前级低噪放和后级混频器都得到良好的匹配。

3.3 混频单元的设计

混频器选择hittite公司生产的混频器芯片HMC329。

混频器的选择主要考虑动态范围、本振频率、插入损耗和本振射频隔离度等指标。其中射频隔离、动态范围等指标又与各端口的匹配状态密切相关。插入损耗尽量小。综合各项指标,选择双平衡混频器较为合适。双平衡混频器有几个特点:混频组合分量少,比单平衡混频器组合谐波成分要少一半,既降低了谐波干扰也改善了谐波能量损耗;隔离度好,可以减小信号通路上的本振泄漏;动态范围大,在射频输入功率较大时也能工作在线性状态。

3.4 中频单元的设计

中频单元由中频滤波器和中频放大器组成。中频滤波器为低通滤波器,主要功能是滤掉中频端口的高频信号。中频滤波器的仿真结果如下:

图2所示为电路板仿真结果,已经考虑了微带线的分布效应。

图2 中频滤波器(左)、镜像抑制滤波器(右)的仿真结果

根据总体增益的分配,合理选择中频放大器的增益,同时兼顾动态范围等,考虑到可靠性、小型化等因素,最终选择了陶瓷封装的单片放大器。

4 电路板及腔体设计

4.1 接头的选择

射频接头选择M/A-com公司生产的K型头,其工作频率可以到40GHz。

4.2 介质片的选择

由于工作频率较高,介质基片的选择也是非常重要的。在这个组件中,选择的介质基片是罗杰斯5880,基片厚度为0.005”,有利于减少散射和辐射损耗。介电常数εr是2.2 ±0.02,可以帮助减少电路板加工容差变化对图形分布参数的影响。同时,该基片的损耗角正切值也非常小,仅为0.0009,有利于减少损耗。

4.3 工艺设计

整个接收通道放置在一块电路板上,避免键合线、跨桥带来的损耗。对盒体进行银层涂镀,外盖采用双层盒盖结合焊锡密封,增强了产品在湿热环境下的可靠性。

3.4 腔体设计

本振信号不仅通过传输线泄漏到输出端,还可以通过空间泄漏,所以腔体适合与否对这个指标影响非常大。为了避免微波信号的空间渡越,放大电路与电源电路在盒体内完全隔开,为排除电磁干扰,各腔体间电源通过穿芯电容连接。

组件体积小,40mm×60mm×15mm3。

5 技术难点

5.1 Ka波段镜像抑制滤波器的设计

该组件中我们采用微带滤波器来实现射频和中频滤波器,既便于匹配又大大减小了组件体积。

5.2 高抑制度及小本振泄漏的实现

为了减小微带滤波器的天线效应、避免微波信号的空间渡越,放大电路、微带滤波器电源电路在盒体内完全隔开,各腔体间电源通过穿芯电容连接。



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