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平面一体化集成Ka频段卫星通信终端ODU设计

杨萍

【摘要】介绍了一个Ka频段卫星通信终端室外单元(ODU)的平面一体化集成设计

技术.通过采用电路和结构的平面一体化集成技术、整体水密性设计和基于热仿真

的散热优化设计,实现了设备的小型化、轻重量和低功耗.最终完成了两套样机研制.

测试样机的技术指标满足设计要求,发射功率大于33dBm,噪声系数小于2.4dB(常

温),体积小于130mm×90mm×30mm,重量小于750g.研制结果表明,ODU一体

化集成技术可行,能满足工程应用需要.

【期刊名称】《电讯技术》

【年(卷),期】2011(051)006

【总页数】4页(P130-133)

【关键词】卫星通信;Ka频段终端;室外单元;一体化集成设计

【作者】杨萍

【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都610036

【正文语种】中文

【中图分类】TN928

1引言

近年来,随着卫星通信技术的发展,小型卫星地面站(VSAT)天线口径小、结构紧凑、

固体化、安装方便、对使用环境要求不高和组网灵活等特点,给人们的工作和生活

带来了极大的便利,越来越受到人们的青睐,同时对VSAT的轻小型化也提出了较高

的要求。

室外单元(OutdoorUnit,ODU)作为VSAT的重要组成部分,其轻小型化和低功耗设

计尤为重要。室外单元主要包括固态功放(SSPA)、低噪声放大—变频组件(LNC)、

上变频组件等,其主要作用是完成信号的变频、滤波以及放大。

现在,VSAT的主要工作频率是C频段和Ku频段,但是该频段的工作带宽和速率的

需求已经远不能满足人们的使用需求,所以Ka频段通信在VSAT通信中具有更大的

吸引力。同微波频段相比,它更有利于实现产品的小型化。

毫米波通信系统已经成为许多发达国家宽带无线通信产品的关键技术,在国外毫米

波系统中,Ka频段在VAST上已经得到了广泛的应用[1]。

国内毫米波通信系统,特别是Ka频段的应用,起步较晚,与国外同类产品相比还有差

距,但是相关的工作已经逐步展开。

本文介绍了平面一体化集成Ka频段卫星通信终端室外单元(ODU),该设备特别适合

于对轻小型化和低功耗有要求的卫星通信系统使用。本设备的平面一体化集成设计

难点在于平面电路一体化设计、热设计、电磁兼容设计、水密设计和结构设计等。

2ODU电路设计

2.1电路工作原理

ODU主要由RF电路、本振电路、监控和DC/DC电路等组成,组成框图如图1所

示。其工作原理是:中频信号经分路器和上变频电路变频至Ka频段,再经功放产生

发射功率输出至天线;来自接收天线的信号,经发阻滤波器、低噪声放大、镜频滤波

和混频后,变为中频信号,然后经分路器输出。

图1ODU组成框图Fig.1BlockdiagramofODU

RF电路包括上变频电路和下变频电路两部分:上变频电路主要包括混频器、驱动放

大器、射频滤波器、末级功率放大器、波导微带过渡等;下变频电路主要包括低噪

声放大器、混频器、射频滤波器和中频放大器等。

末级功放采用单片集成固态功放,通过合理地散热,保证功放长期可靠工作。

为达到良好的噪声系数,对波导微带探针过渡进行优化设计[2],其插入损耗可低于

0.2dB。第一级放大器的噪声系数基本上就决定了整机的噪声系数,因此第一级低

噪放器件的选择尤为重要。由于现有的MMIC芯片满足不了噪声系数的要求,所以

我们选用合适的管芯,并对它做了最佳噪声匹配的设计。所选用的器件指标是:第一

级放大器噪声系数1.6dB,增益15dB;第二级放大器噪声系数2dB,增益20dB;第

三级放大器噪声系数2dB,增益15dB。第一级放大器经最佳噪声系数匹配后,在所

要求的频段内噪声系数仿真结果均小于1.5dB。

变频混频器采用谐波混频器,它可以实现混频分量中偶次组合波(包括本振和中频偶

次谐波)的良好抑制,一般可达60dB以上,同时降低了本振频率。

收发分路器将主机通过两根电缆馈入的收发复用信号用滤波器进行分离。其中,收

发直流电源信号分离后分别送到收发DC/DC变换电路,为设备中的有源器件提供

稳定直流电压。

ODU对外接口简单