Page 37 - 网络电信2019年9月刊上

射频信号。 图3 信号处理单元电路板布局设计
针对海上浮标应用，信号处理单元还需要实时解扩并计算
接收到的卫星信号信噪比，提供给天线伺服机构完成对卫星信
号的动态闭环跟踪，以确保双向通信的可靠性。
射频前端主要用于射频信号的滤波和放大，分为射频接
收前端和射频发射前端。射频接收前端采用零中频结构，省去
了中频变换过程，前端电路具有体积小、功耗低和成本低等优
势。返向链路采用输出功率大、效率高、体积小、带宽大及稳
定性好的GaN功率放大器，保证了返向链路信号传输的可靠性。
双路腔体滤波器分为接收通道滤波器和发射通道滤波器。
其中，接收通道滤波器连接天线与前向链路射频前端，用于抑
制前向链路中馈入的返向发射信号功率；发射通道滤波器连接
返向链路射频前端和天线，用于抑制返向发射信号的边带功
调功能。为了隔离射频模拟电路和低频数字电路之间的干扰，
率。总之，双路腔体滤波器保证了射频前端的收发隔离度。
调制、解调电路采用介电常数稳定的微波板材制成带有邮票孔
的独立射频模块，以器件形式焊接到信号处理单元母板上。此
二、关键技术实现 外，信号处理单元板上的FPGA、调制解调器以及ADC芯片共用
1、轻小型化设计 一片高性能温补晶振作为参考时钟，减少了电路冗余。综上所
S波段中继通信机的外观结构如图2所示，整机由2层铝合
述，集成化和可靠性设计使信号处理单元电路具有更小的尺寸
金结构组合而成。其中，信号处理单元电路和S波段前向接收射
和功耗。
频电路安装在上层结构中；下层结构集成了S波段功率放大器
（2）零中频结构接收机零中频接收机由于不需要中频放
(PowerAmplifier，PA)电路和DC/DC电源变换单元。整机结构侧
大、高Q值镜像滤波器等电路，减少了接收机的器件数量，从而
面固定了一个双路腔体滤波器。双层结构设计提高了上下层之
降低了电路体积和成本。但是信号直接搬移到基带导致零中频
间的信号隔离度，大幅减小了高低频信号和大小信号之间的互
接收机也有直流（DC）偏移、I/Q不平衡、偶次谐波、闪烁噪声
相干扰。下层PA结构增加了散热齿设计，配合小型风扇使用， [9]
等固有缺陷 。
完成了整机的散热处理。
随着微电子技术和通信技术的快速发展，市面上已有集成
图2 S波段中继通信机外观图 DC偏移消除、I/Q不平衡误差检测电路和载波泄露检测电路的商
用射频解调芯片，能够满足高灵敏度的接收机设计需求。S波段
中继通信机采用高集成解调芯片max2112，芯片集成了LNA（低
噪声放大器，LowNoiseAmplifier）、RF可变增益放大器、单片
VCO和N分频频率合成器、I/Q下变频混频器、截止频率可编程的
基带低通滤波器和数控可变增益基带放大器。RF和基带可变增
益放大器相配合，能够提供大于80dB的增益控制范围。在FPGA
检波和控制程序支持下，Max2112、ADC、FPGA和DAC构成一个
完整的射频AGC（自动增益控制，Automatic Gain Control）电
路，能够为前向接收链路提供足够的动态范围。
前向接收射频前端采用了两级低噪声、高增益且带有限幅
功能的LNA，单片LNA噪声系数仅为0.6dB，可提供26.0dB增益。
前向接收链路各级增益分配和噪声系数如表1所示。
表1 接收前端各级增益和噪声系数
（1）信号处理单元集成化设计信号处理单元电路主要由直
接调制解调芯片、AD、FPGA和相关外围电路组成，其电路板布
局如图3所示。
图3中，信号处理主芯片选用Xilinx高性能、大容量的V5系
列FPGA，完成前向零中频信号接收、返向浮标载荷数据编码和
数据接口协议等功能。其中，前向接收包括对零中频信号的采
集、解扩、解调、译码、同步、解扰和解帧等功能。返向编码
包括对浮标载荷数据的组帧、交织、加扰和卷积编码等功能。
数据接口协议为UDP网络协议和异步串口协议。直接调制解调芯
片均集成有可调频率源，完成射频本振的生成和信号的调制解 级联总噪声系数F计算如式（1）所示 [10] 。

网络电信 二零一九年九月 53