衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器仿真設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的任務(wù)是把接收信號(hào)放大，并利用變頻器變換為下行頻率再發(fā)射出去。通過(guò)Matlab可以對(duì)接受信號(hào)的下變頻、中頻放大、上變頻、行波管放大等過(guò)程進(jìn)行仿真。這里用到的行波管放大是一種非線性放大。通過(guò)仿真，可以驗(yàn)證轉(zhuǎn)發(fā)器的原理，觀察非線性放大帶來(lái)的干擾。二實(shí)現(xiàn)流程Figure1轉(zhuǎn)發(fā)器整體框圖Xin(t)=xcos2二t(tf)cos2r:fcti=1Xin(t)6GHzFigure2轉(zhuǎn)發(fā)器具體實(shí)現(xiàn)流程非線性放大4GHzXout(t)這里Xin(t)表示輸入信號(hào)為9路DSB信號(hào)之和，代表9地球站的上行信號(hào)之和(采用FDMA制)。上行信號(hào)采用6GHz,相鄰2路信號(hào)載波

2、間隔為300MHz,DSB信號(hào)帶寬為100MHz。接收信號(hào)首先經(jīng)過(guò)本地載波相干解調(diào)，再通過(guò)低通濾波器濾出低頻部分，恢復(fù)出中頻信號(hào)。之后經(jīng)過(guò)中頻線性放大，再進(jìn)行上變頻到4GHz。之后通過(guò)行波管功率放大。進(jìn)彳TTWTA放大時(shí)應(yīng)用非線性放大模型。三結(jié)論分析Figure36GHzFigure4圖3顯示了接收信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜。通過(guò)頻譜可以看出，接收信號(hào)是一個(gè)以為中心的一簇信號(hào)。圖4顯示了經(jīng)過(guò)下變頻之后的信號(hào)和其頻譜。通過(guò)頻譜可以看出，此時(shí)信號(hào)相當(dāng)于集中分布在低頻和高頻段。假設(shè)一路信號(hào)為Xi(t)=cos叫tcosset,則與6GHz相乘之后，得至IJ：y,(t)=cositcosctcosctcos

3、2ct1:cosit211,=一cos.tcos2ctcosit22則頻譜分量中有低頻劭，高頻20c士必。為了得到中頻信號(hào)，下一步進(jìn)行帶通濾波。Figure5圖5顯示了經(jīng)過(guò)下變頻之后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)BPF之后得到的中頻信號(hào)和其頻譜。這里使用4階的巴特沃斯帶通濾波器，截止頻率設(shè)為0.1GHz,2GHz?？梢钥吹街蓄l信號(hào)得到了很2倍。好的恢復(fù)。由于變頻之后幅度有衰減，于是對(duì)信號(hào)進(jìn)行線性放大，也就是乘以4G上受預(yù),言號(hào)圖7顯示了經(jīng)過(guò)TWTA放大的下行信號(hào)及其頻譜。這里可以看到經(jīng)過(guò)非線性放大之后，信號(hào)波形與放大前有了很大變化，且有了新的頻譜分量，低旁瓣被放大。這里就必須考慮非線性放大效應(yīng)。因此，作出了TW

4、TA輸出功率-輸入功率以及TWTA相移-輸入功率曲線圖。可以看到，在較低輸入功率段TWTA輸出功率近似與輸入功率成線性關(guān)系，但是在高輸入功率段，出現(xiàn)了非線性部分。當(dāng)輸入功率較大時(shí)，相移也表現(xiàn)出非線性的關(guān)系，由于在一定條件下相移會(huì)轉(zhuǎn)化為頻率變化，即產(chǎn)生新的頻率分量（AM/PM轉(zhuǎn)換），所以才對(duì)于多載波輸入時(shí)TWTA放大會(huì)引起頻率上的干擾。Figure6圖6顯示了經(jīng)過(guò)4GHz上變頻的信號(hào)及其頻譜，可以看到中頻的已放大信號(hào)完全線性搬移到了4GHz頻段上。F%qGH打dG上變盛行號(hào)項(xiàng)調(diào)Freq(GH7)TWTASt大61號(hào)IWTA放大行號(hào)菽樨3加岫血iiM匚IWI1!忡刪帥啊岫M岫皿/崛哪堿Figure

5、7后PL"反矣TWTA輸出功率希人功率-400-350*300-250-2fK)-150"DO-50粒入功率idB)TWTA用修，輸入功率20D0-2000-4000-6000-4<M)-i50-300-250-200-ISC-100笆人功率CdB)100-10-10-8-fl4-2024粒人功率idB)檢入功率(dB)Figure8圖8顯示了非線性放大器的輸入-輸出功率和相移-輸入功率曲線圖?？梢钥吹疆?dāng)輸入功率大于-4dB后出現(xiàn)了明顯的非線性特性，而且在輸入功率為0dB時(shí)達(dá)到飽和。這時(shí)如果我們將輸入功率回退到一定范圍，則可以保證輸出功率與輸入功率近似成線性關(guān)系。因此

6、我們將輸入功率人為降低，也即回退到較小值。Figure9圖9中設(shè)定回退量為40dBo可以看出雖然還是有一些新的頻率分量產(chǎn)生，但是干擾比較小。如果回退量繼續(xù)增大，則干擾進(jìn)一步減小直至沒(méi)有（如回退60dB）,但是會(huì)引起此時(shí)TWTA放大信號(hào)功率大幅減小。四思考題解答（1） 思考衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的各種模型？1 .雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號(hào)變換到中頻，經(jīng)過(guò)放大、限幅，然后變換到發(fā)射頻率，再經(jīng)行波管功率放大。2 .單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號(hào)直接放大，直接變頻為下行頻率，再經(jīng)行波管功率放大。3 .處理轉(zhuǎn)發(fā)器接收信號(hào)變換到中頻，進(jìn)行相干檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，從而得到基帶數(shù)字信號(hào)，再調(diào)制到中頻，再上變頻到下行頻率上。這其中，單變頻轉(zhuǎn)發(fā)

7、器適用于多載波輸入的情形。處理轉(zhuǎn)發(fā)器適用于數(shù)字衛(wèi)星通信，通過(guò)解調(diào)、糾錯(cuò)、編碼、調(diào)制一系列過(guò)程，有利于消除噪聲積累。（2） 處理轉(zhuǎn)發(fā)器與透明轉(zhuǎn)發(fā)器之間比較，須增加哪些模塊？處理轉(zhuǎn)發(fā)器由于要得到基帶數(shù)字信號(hào)，還需要增加解調(diào)、調(diào)制模塊。由于要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所以還需要檢錯(cuò)、糾錯(cuò)模塊。由于要對(duì)信號(hào)進(jìn)行再編碼，所以還需要加入信道編碼模塊。相當(dāng)于進(jìn)行了一個(gè)完整的解調(diào)、再調(diào)制過(guò)程。五源代碼及說(shuō)明主函數(shù)clear;closeall;fs=1200;T=1/fs;Tp=1;%1S;N=Tp*fs;n=1:N;%產(chǎn)生9路DSB信號(hào)df=30;x0=cos(600*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);%D

8、SBx1=cos(600+df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x2=cos(600-df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x3=cos(600+2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x4=cos(600-2*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x5=cos(600+3*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x6=cos(600-3*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x7=cos(600+4*df)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);x8=cos(600-4*df

9、)*pi*n*T).*cos(10*pi*n*T);xn=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8;figuresubplot(3,2,1)plot(n*T,xn,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('轉(zhuǎn)發(fā)器接收射頻信號(hào));gridonf=2*fs*(0:(N/2)/N/100;P1=fft128(xn,N);subplot(3,2,2)plot(f,10*log10(P1)title('轉(zhuǎn)發(fā)器接收射頻信號(hào)頻譜')xl

10、abel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%6G下變頻xn_down=cos(600*pi*n*T).*xn;%6GHz相干解調(diào)subplot(3,2,3)plot(n*T,xn_down,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('6G下變頻信號(hào)');gridonP1=fft128(xn_down,N);subplot(3,2,4)plot(f,10*log10(P1)

11、title('6G下變頻信號(hào)頻譜,)xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%帶通濾波wn=0.1/fs200/fs;%設(shè)置截止頻率bmi,ami=butter(4,wn);%巴特沃斯4階帶通濾波器xout=filter(bmi,ami,xn_down);subplot(3,2,5)plot(n*T,xout,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');ylabel('xout');title('通過(guò)BPF后

12、的6G下變頻信號(hào),);gridonP1=fft128(xout,N);subplot(3,2,6)plot(f,10*log10(P1)title('通過(guò)BPF后的6G下變頻信號(hào)頻譜,)xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|1)gridon%2倍信號(hào)放大xout=2*xout;%上變頻x_up=xout.*cos(400*pi*n*T);figuresubplot(3,2,1)plot(n*T,x_up,'-');axis(01-1.2*max(xn)1.2*max(xn)xlabel('t');yla

13、bel('xout');title('4G上變頻信號(hào))；gridonP1=fft128(x_up,N);subplot(3,2,2)plot(f,10*log10(P1)title('4G上變頻信號(hào)頻譜')xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridon%TWTA行波管放大backoff=0;y=salehs_model(x_up,backoff,N);subplot(3,2,3)plot(n*T,real(y),'-');xlabel('t');ylabe

14、l('xout');title('TWTA放大彳言號(hào)');gridonP1=fft128(y,N);subplot(3,2,4)plot(f,10*log10(P1)title('TWTA放大信號(hào)頻譜')xlabel('Freq(GHz)')ylabel('|X(f)|')gridonsubplot(3,2,5)pin=10*log10(abs(x_up);pout=10*log10(abs(y);plot(pin,pout);grid;xlabel('輸入功率(dB)');ylabel('

15、輸出功率(dB)');title('TWTA輸出功率-輸入功率')subplot(3,2,6)plot(pin,(180/pi)*unwrap(angle(y);grid;xlabel('輸入功率(dB)');ylabel('相移(度)');title('TWTA相移-輸入功率')%figure%logpsd,freq,ptotal,pmax=log_psd(x_up,1200,T);%plot(freq,logpsd);salehsmodel非線性放大函數(shù)仿真TWTAfunctiony=salehs_model(x,backoff,n)y=zeros(1,n)*(1.0+i*1.0);af=1.1587;bf=1.15;ag=4.0;bg=2.1;c=10A(backoff/20);fork=1:nain=c*abs(x(k);thetain(k)=