Ku波段便携设备射频单元测试架的设计与实现

摘 要：随着卫星通信的发展，高频段和高集成的卫星设备被广泛使用，在设备出现故障时，操作人员无法科学判断设备故障在于射频部分还是在于主机部分。在分析和研究Ku波段便携站射频设备的基础上，详细介绍了利用微波技术和高频电子器件研制的一个不对设备造成危险或者危害且能快速、准确测量判断Ku波段便携站射频单元的测试架的设计与实现过程。

关键词：Ku波段；射频单元；便携测试架；卫星通信

中图分类号：TN927 文献标识码：B 文章编号：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

随着通信技术的进一步发展，卫星通信技术得到了突飞猛进的飞跃，卫星通信装备目前被广泛使用。卫星通信装备逐渐向小型化、智能化、集成化的方向发展。使用频段已经从C波段向更高的频段拓展，Ku波段便携式卫星设备射频单元就是和主机分离开来的微波器件，当整个设备出现故障时，操作人员无法科学判断设备故障在于射频部分还是在于主机部分，因此利用微波知识研制的Ku波段便携设备射频单元测试架，可以利用现有仪表对Ku波段便携站进行精确测量，可以完全分离主机与射频单元，从而可以对射频单元、主机部分分别独立进行测试；同时使用该测试架，可以进行单载波发射，从而准确调试天线及馈源极化方式及极化角。

1 测试架测试原理

对于Ku波段卫星便携式设备其射频单元一般由HNB和LNA共同组合完成信号的发送和接收功能。要准确判断故障在射频单元，就要完成对上行和下行两部分的测试，Ku便携站射频单元上行测试连接图如图1所示。

发射测试接口位于被测设备与测试仪表之间，通过该接口，为被测上行(发射)设备提供直流24 V电源及10 MHz参考频率信号，使该上行被测设备正常工作，同时通过接口输入L波段信号(950~1 450 MHz)，经过被测设备变频至Ku频段(14~14.5 GHz)，并经过高功率放大器输出到测试仪表进行测试，如果输出信号频率、电平正常，则该上行(发射)设备工作正常，否则，可以判断该上行(发射)设备故障，如图2所示。

接收测试接口仍位于被测设备与测试仪表之间，通过该接口，为被测下行(接收)设备提供直流15 V电源及10 MHz参考频率信号，使该下行(接收)被测设备正常工作，同时通过波导/同轴转换接口输入Ku波段信号下行信号(12.25~12.75 GHz)，经过被测设备低噪声放大器放大，并经过变频器变频至L频段(950~1 450 MHz)，输出到测试仪表进行测试，如果输出信号频率、电平正常，则该下行(接收)设备正常，否则，可以判断该下行(接收)设备故障，如图2所示。

从上行(发射)测试接口、下行(接收)测试接口的测试连接图可以看出：

测试接口在测试连接图中起到一个桥梁的作用，在正常情况下，无法直接使用仪表测试该射频单元，从而判断射频单元故障与否；使用该接口，可以很方便地实现对射频单元的测试，从而判断射频单元工作情况。

该测试接口主要实现被测设备正常工作需要的工作信号及输入信号的合成，使得以前无法使用仪表直接测量的设备可以直接使用现有仪表进行方便的测量。

2 测试架技术设计框图及实现

在图3中，虚线框内的射频部分采用微带电路实现，虚线框内的中频部分采用传统高频电路实现，虚线框内的直流部分采用铁芯绕线电感及穿心电容实现。

从总体技术方案图中可以看出，接收和发射测试接口在结构上基本一致，不同的地方仅在于射频信号流向及直流供电电压、电流，在实际研制过程中，考虑到使用综合信号源作为提供测试接口工作的信号，而综合信号源具有很宽的电平调节范围，基本可以不用考虑信号衰减的问题，因此，课题组制作的接收测试接口和发射测试接口可以互换使用。

2.1 射频部分高通滤波器的设计及实现

根据射频部分输入(或输出)频率范围为950~1 450 MHz，选择低端截止频率fc1=800 MHz，可以保证在950~1 450 MHz频段的衰减值基本为常数，具有增益(衰减)稳定性、平坦性，其中起主要作用的是电容，合理选择高通滤波器电容是高通滤波器设计的关键。

2.2 中频部分带通滤波器的设计及实现

根据中频端口输入信号频率范围为10 MHz这一特性，利用高频电路原理，设计利用电感与电容组合形成的带通滤波器，带通滤波器高端截止频率设计为100 MHz，低端截止频率设计为1 MHz，即1 MHz≤fc2≤100 MHz，使信号在1~100 MHz的频率范围内具有增益(衰减)平坦性，在10 MHz频段衰减基本为定值，同时，起到隔离直流信号和射频信号的作用，电容选择50 pF，考虑到直流及射频部分对于中频信号具有衰减性的影响，理论计算的电感量距离实际需要的电感量差距较大，电感值无法使用公式直接计算，因此，电感根据实际测量值选择。

2.3 直流部分低通滤波器的设计及实现

直流部分需要保证15 V及24 V直流电源通过，同时阻止射频信号及中频信号。由于24 V直流电源工作于大电流(约1.5 A)，因此，绕线电感必须保证压降尽量小，绕线线径尽量粗，同时，绕线线径太粗，形成的分布参数大，易形成寄生高频电容，对高频、中频信号影响大，合理选择直流通路的电感成为直流通路设计的关键，在直流输入端，采用穿心电容，滤除高频成分，保证电源部分供电质量，电容实际选择值为1 000 pF，电感值根据实际测量值选择。

3 实验结果及分析

该测试架综合微波信号、中频信号、电源信号，实现多种信号的合成传输，在设计及实现上，创造性地采用微带电路与传统高频电路相结合，针对射频信号、中频信号、直流信号的特点，分别采用高通、带通、低通滤波器，巧妙地解决了多频段信号合成传输的问题，图4是该测试架的实物图，通过实验该测试架性能稳定、有效地使用在本单位的设备维修工作中。

参 考 文 献

［1］梁昌宏.微波技术基础\.西安:西安电子科技大学出版社,2003.

［2］任伟.电磁场与微波技术\.北京:电子工业出版社,2001.

［3］王新伟.微波技术与天线\.北京:电子工业出版社,2003.