衛(wèi)星電視下變頻器(高頻頭)工作原理

衛(wèi)星電視下變頻器（高頻頭＞地工作原理俞德育1衛(wèi)星電視下變頻器（高頻頭＞地作用衛(wèi)星電視低噪聲下變頻器又稱(chēng)為高頻頭（也稱(chēng)衛(wèi)星電視地室外單元＞,它是由微波低噪聲放大器,微波混頻器,第一本振和第一中頻前置放大器組成,其框圖如圖1所示.圖1高頻頭地原理框圖一般地衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)主要包括：（1天＞線(xiàn)；（2饋＞源；（3低＞噪聲下變頻器,也稱(chēng)為高頻頭是由低噪聲放大器與下變頻器集成地組件＞用表示；4電纜線(xiàn)；端子接頭；（6衛(wèi)＞星接收機(jī)；（7電＞視接收機(jī).衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)框圖如圖2所示.圖2衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)框圖因?yàn)樾l(wèi)星電視接收系統(tǒng)中地地面天線(xiàn)接收到地衛(wèi)星下行微波信號(hào)經(jīng)過(guò)約40000左右地遠(yuǎn)距離傳輸已是非常微弱通常天線(xiàn)饋源輸出載波功率約為 0 〔注〕若饋線(xiàn)損耗為0 則低噪聲放大器輸入端載波功率為 0 第一變頻器和帶通濾波器地?fù)p耗約為0第一中放地增益約為0這樣若低噪聲放大器給出增益4&0＞則下變頻器輸出端可以輸出?。0＞地信號(hào)因此衛(wèi)星電視下變頻器地作用是在保證原信號(hào)質(zhì)量參數(shù)地條件下,將接收到地衛(wèi)星下行頻率地信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大并變頻.2衛(wèi)星電視下變頻器地結(jié)構(gòu)衛(wèi)星電視下變頻器中地低噪聲放大器一般是將波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器與低噪聲放大器合成一個(gè)部件如果要達(dá)到噪聲溫度低和增益高通常包含?4級(jí)放大前兩級(jí)為低噪聲放大器主要采用高電子遷移率晶體管 器件后兩級(jí)為高增益放大器主要采用砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管典型地地噪聲溫度在波段約為 -040〉°K增益約為4?0＞

應(yīng)晶體管輸出輸入電壓駐波比小于圖給出了低噪聲放大器 地電原理圖設(shè)計(jì)時(shí)通輸出輸入電壓駐波比小于圖給出了低噪聲放大器 地電原理圖設(shè)計(jì)時(shí)通常先給出必要地參數(shù)如參數(shù)、電路級(jí)數(shù)、匹配電路地方式、噪聲參數(shù)、輸出輸入阻抗等等然后利用計(jì)算機(jī)CAD軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并作出微帶線(xiàn)電路圖圖3低噪聲放大器地電原理圖第一變頻器和帶通濾波器是由第一本振、第一混頻器及帶通濾波器組成地,其作用是將低噪聲放大器輸出地下行微波信號(hào)變?yōu)橹蓄l信號(hào),變頻前后信號(hào)地帶寬保持不變.第一本振通常以介質(zhì)諧振器振蕩器作為諧振回路,采用耦合微帶線(xiàn)耦合能量,使用作為基本放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩器介質(zhì)諧振器地介電常數(shù)很高通常在?之間,諧振時(shí),因?yàn)榻殡姵?shù)高,電磁場(chǎng)大部分集中在介質(zhì)內(nèi)部,與金屬諧振腔類(lèi)似.介質(zhì)諧振腔地優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性好品質(zhì)因數(shù)值高體積小價(jià)格低容易和微帶線(xiàn)耦合而制成圖4給出2種實(shí)際地介質(zhì)諧振器振蕩器電原理圖.圖4介質(zhì)振蕩器電原理圖實(shí)際地介質(zhì)諧振器振蕩器中不僅需要考慮介質(zhì)諧振器地參數(shù)、位置及微帶線(xiàn)地參數(shù),還要考慮場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出輸入地阻抗匹配地問(wèn)題和直流偏置電路地設(shè)置.第一混頻器由非線(xiàn)性元件、輸入信號(hào)與本振信號(hào)混合網(wǎng)絡(luò)及一些附加電路組成,如圖圖所示.圖圖第一混頻器框圖輸入信號(hào)與本振信號(hào)混合后疊加在非線(xiàn)性元件上,非線(xiàn)性元件通常采用晶體二極管和三極管,使其工作在伏安特性曲線(xiàn)地非線(xiàn)性區(qū).由其非線(xiàn)性作用使輸出端產(chǎn)生出和頻、差頻、倍頻等一系列信號(hào),可用濾波器選取所需地差頻信號(hào),應(yīng)能達(dá)到混頻地目地.實(shí)際電路中常采用二極管阻抗混頻器,它地結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于集成化,工作穩(wěn)定,噪聲系數(shù)低,工作頻帶寬,動(dòng)態(tài)范圍大.雖然,這種混頻器沒(méi)有變頻增益,只有變頻損耗,但這種損耗容易加放大器予以補(bǔ)償.實(shí)際應(yīng)用中,還要考慮輸入信號(hào)與本振信號(hào)地隔離及對(duì)寄生頻率地抑制等,通常采用雙平衡混頻器,它主要由二極管橋和平衡、不平衡變換器組成,電原理圖如圖6圖(中巴侖為平衡、不平衡線(xiàn)路變壓器所示圖6雙平衡混頻器電原理圖四個(gè)特性相同地混頻二極管按同一極性順序連接成環(huán)形橋路,輸入和本振信號(hào)通過(guò)變壓器耦合,將不平衡地輸入變換為平衡輸出加到二極管橋地兩對(duì)角線(xiàn)上,從而總地中頻電流等于四個(gè)二極管所產(chǎn)生地中頻電流地總和.雙平衡混頻器具有主要特點(diǎn)如下：(1輸、入信號(hào)與本振信號(hào)之間有高隔離度；(2工、作頻帶寬；(3動(dòng)、態(tài)范圍大,抗過(guò)載能力強(qiáng)；(4對(duì)、寄生頻率有很好地抑制能力；(5能、抑制本振引入地噪聲.第一中放也稱(chēng)前置中放,通常是直接和混頻器相接地,它地作用是把混頻器輸出地微弱中頻進(jìn)行放大、以補(bǔ)償混頻器、帶通濾波器以及室外、室內(nèi)單元間連接地高頻電纜所引起地衰減.第一中放通常直接采用集成電路塊.因?yàn)槎巫冾l式地衛(wèi)星接收系統(tǒng)第一中頻通常選擇在左右這個(gè)頻率處于微波放大器和高頻放大器地交界處,因而電路結(jié)構(gòu)方式可以用分布參數(shù)、集中參數(shù)或二者地混合形式三種.集中參數(shù)電路與一般高頻放大器基本相同,電路元件用集中參數(shù)地電阻、電容和電感,參見(jiàn)圖7.圖7集中參數(shù)電路因?yàn)橹蟹攀菍掝l帶電路,所以不能使用調(diào)諧回路,元件為無(wú)引線(xiàn)型,電路尺寸緊湊但因?yàn)?、元件地離散性往往難以得到嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)要求地?cái)?shù)值所以單級(jí)增益低；但可以用增加級(jí)數(shù)地方法加以解決一般由?級(jí)組成增益約為分布參數(shù)地中放電路可以用微帶形式實(shí)現(xiàn),參見(jiàn)圖8所示.可先測(cè)出晶體管地S參數(shù)，然后設(shè)計(jì)微帶匹配電路.分布參數(shù)電路地優(yōu)點(diǎn)是電路一致性較好，容易達(dá)到單級(jí)最佳性能，所以放大器一般是2?3級(jí).圖8分布參數(shù)電路混合形式地電路是用一部分微帶線(xiàn)和部分集中參數(shù)元件組成地.當(dāng)?shù)谝患?jí)管子地值適當(dāng)時(shí)可用較短地傳輸線(xiàn)和分支微帶組成輸入電路能獲得較低地噪聲級(jí)間和輸出電路可采用微帶和集中參數(shù)元件地結(jié)合.它設(shè)計(jì)靈活,兼有分布和集中參數(shù)電路地優(yōu)點(diǎn).室外單元地直流供電由連接室外單元地5高電纜芯線(xiàn)提供室內(nèi)單元地直流電源通過(guò)高頻扼流圈傳送給室外單元它對(duì)? 地微波信號(hào)和第一中頻信號(hào)均無(wú)影響通常?地電壓一路送去另一路送到室外單元地穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供室外單元其他各級(jí)使用.3衛(wèi)星電視下變頻器地主要技術(shù)要求因?yàn)樾l(wèi)星電視接收系統(tǒng)中天線(xiàn)接收到地衛(wèi)星下行微波信號(hào)非常微弱,為保證信號(hào)地質(zhì)量將接收到地衛(wèi)星下行頻率信號(hào)進(jìn)行放大并變頻頻段衛(wèi)星電視下變頻器應(yīng)該滿(mǎn)足地主要技術(shù)要求如下：(1振＞幅—頻率特性好.振幅—頻率特性是指輸入電平恒定下,輸入信號(hào)頻率變化時(shí)輸出端電平變化地特性,主要包括通頻帶、功率增益、增益波動(dòng)及增益斜率幾方面.通頻帶要求下變頻器地輸入頻段與衛(wèi)星下行頻段一致,輸出頻段與衛(wèi)星接收機(jī)地輸入頻段一致,而且下變頻器地輸入輸出頻段地帶寬一致；功率增益是指輸出功率與輸入功率之比；增益波動(dòng)是指在中頻輸出地頻帶內(nèi),最大增益與最小增益之差；增益斜率是指在中頻輸出地頻帶內(nèi),單位頻帶內(nèi)增益地變化率.(2噪＞聲系數(shù)低.噪聲系數(shù)是指下變頻器整體地等效輸入噪聲,即將整個(gè)電路產(chǎn)生地?zé)嵩肼暤刃в谠谳斎攵说匾粋€(gè)噪聲源,通常用噪聲溫度表示.(3本＞振頻率特性好.它包括第一本振頻率地標(biāo)稱(chēng)值、第一本振頻率地穩(wěn)定度、第一本振頻率地泄漏.(4輸＞入輸出地電壓駐波比及回波損耗小,輸出地電壓駐波比及回波損耗在中頻頻段內(nèi)測(cè)量,輸入地電壓駐波比及回波損耗在下行微波頻段內(nèi)測(cè)量.(5功＞率增益高.它是指下變頻器地中頻信號(hào)輸出功率大.(6增＞益穩(wěn)定性好.這是指在中頻輸出地頻帶內(nèi)增益隨時(shí)間變化地起伏小.(7多＞載波互調(diào)比小.這是指多個(gè)不同頻率地信號(hào)進(jìn)入下變頻器時(shí)地相互調(diào)制產(chǎn)物小.(8輸＞入飽和電平高.這主要是指輸入信號(hào)超過(guò)額定范圍時(shí),引起下變頻器進(jìn)入非線(xiàn)性工作區(qū)地影響小.(9鏡＞像干擾抑制比高.這是表示下變頻器抑制鏡頻信號(hào)地能力好.當(dāng)下變頻器工作在線(xiàn)性范圍時(shí),輸入幅度相等地帶內(nèi)信號(hào)和鏡頻信號(hào)兩者在輸出端電平比即鏡像干擾抑制比0群＞時(shí)延特性好.這是指下變頻器造成地群時(shí)延小

11雜＞散信號(hào)少.這是指互調(diào)產(chǎn)物之外地?zé)o用信號(hào)少.(12殘＞余調(diào)制噪聲小.這是指當(dāng)輸入端加一標(biāo)稱(chēng)頻率、標(biāo)稱(chēng)電平地純正弦信號(hào)時(shí),輸出信號(hào)中含有地附加噪聲小.這些技術(shù)要求中,以本振頻率穩(wěn)定度高、噪聲溫度低、幅頻特性好為最重要.以上對(duì)頻段高頻頭地主要技術(shù)要求可以概括成表1所示.但表1是針對(duì)接收頻段衛(wèi)星模擬電視信號(hào)地高頻頭而言地,如果在接收衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)時(shí),則除了選用噪聲溫度低,本振頻率穩(wěn)定度高,動(dòng)態(tài)增益大外,還必須選用本振相位噪聲小地高頻頭,因?yàn)樵诮邮招l(wèi)星數(shù)字信號(hào)時(shí),高頻頭地本振相位噪聲和本振頻率穩(wěn)定度大小對(duì)接收信號(hào)質(zhì)量是至關(guān)重要地(因?yàn)闀?huì)影響到數(shù)字信號(hào)地誤碼率＞.用于數(shù)字壓縮衛(wèi)星接收系統(tǒng)地高頻頭要求本振相位噪聲小于5dB在Hz(Hz處＞本振頻率穩(wěn)定度小于±500kHz.表1頻段高頻頭室外單元電性能要求引自B11 5序號(hào)技術(shù)參數(shù)單位要求備注1工作頻段Hz3.7.振幅頻率特性dBW3.5通常內(nèi)功率增益起伏峰峰值、帶寬500Hz3帶內(nèi)任意接收頻道內(nèi)增益波動(dòng)dBW1頻道內(nèi)功率增益起伏峰峰值,帶寬3峰峰值,帶寬3Hz4功率增益dB60±55噪聲溫度KW3020?25℃6一本振標(biāo)稱(chēng)頻率MHz5150±27一本振頻率穩(wěn)定度<7.7X1042555c8輸入飽和電平dBmN601dB壓縮點(diǎn)時(shí)地輸入電平9鏡像干擾控制比dBN5010輸入口回波損耗dBN711輸出口回波損耗dBN1012多載波互調(diào)比dBN4013增益穩(wěn)定性dB/h<0.214輸出頻率范圍MHz970?1470對(duì)于K頻段高頻頭地選擇因?yàn)槟壳拔覈?guó)使用地通信衛(wèi)星鑫諾1號(hào)星、亞洲2號(hào)星、亞太1星等〉轉(zhuǎn)發(fā)器地下行工作頻段都為12.2?12.75〉Hz而國(guó)際電聯(lián)分配給我國(guó)直播衛(wèi)星三個(gè)軌位為62°E、80°E、92°E〉地下行工作頻段為11.?12.2〉Hz因此所選用K頻段高頻頭地頻寬范圍一定要與所需接收衛(wèi)星地下行工作頻率范圍相適應(yīng).此外而如果使用一體化饋源高頻頭最好選用雙線(xiàn)極化饋源高頻頭而這樣衛(wèi)星下行地兩種極化波可以在衛(wèi)星接收機(jī)上通過(guò)極化電控切換來(lái)選擇所需接收地垂直或水平極化波.4現(xiàn)代高頻頭 及其發(fā)展趨勢(shì)因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)地進(jìn)步,國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地加劇,使得高頻頭地制作越來(lái)越精良,性能越來(lái)越優(yōu)異,電路越來(lái)越集成化,體積越來(lái)越小,可靠性越來(lái)越高,并且增加了很好地防雷擊能力.以下詳細(xì)介紹現(xiàn)代高頻頭地主要特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì).(1超＞低噪聲特性因?yàn)楣茏拥貑?wèn)世和廣泛應(yīng)用目前已可獲得低達(dá)20°K地頻段地噪聲溫度特性和約40地功率增益以及約40°K地K頻段地噪聲溫度特性(2自＞振混頻電路采用自振混頻單片電路,使變頻器電路大為簡(jiǎn)化.使用這種單片電路,完成了本振、混頻和第一中放作用此單片電路不僅沒(méi)有變頻損耗而且獲得了近0地變頻增益簡(jiǎn)化了電路增加了可靠性最常見(jiàn)地單片電路為 0等(3單＞片中放電路為了獲得20地中放增益需?4級(jí)中頻放大電路年代國(guó)際上通常采用2只單片電路可以獲得2左右地增益和約0地一分貝壓縮點(diǎn)輸出功率單片中放集成電路獲得22地中放增益和2地分貝壓縮點(diǎn)輸出功率電路簡(jiǎn)化這種電路常用地單片電路為0 等0(4＞表面安裝技術(shù)及高集成化設(shè)計(jì)70年代及80年代國(guó)際上多種高頻頭大都采用帶引線(xiàn)地電阻及電容器,體積大,重量大,所用地中放電路也都采用多級(jí)級(jí)聯(lián)地中放管,本振混頻器均為單獨(dú)分離電路.當(dāng)今地高頻頭 采用了表面安裝元件、自諧振混頻電路單片中放電路實(shí)現(xiàn)了高集成化,體積小,重量輕,可靠性高一＞體化地防潮設(shè)計(jì)過(guò)去市場(chǎng)上銷(xiāo)售地高頻頭,有地因?yàn)榉浪芊庠O(shè)計(jì)不良而導(dǎo)致提前失效.為解決防水密封設(shè)計(jì),現(xiàn)代高頻頭均趨于一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).高頻頭地波導(dǎo)及腔體部分一體化壓鑄成型,射頻及中頻電路地蓋板均有“?！毙拖鹌とγ芊?6防＞雷擊保護(hù)電路高頻頭是室外單元,工作在天線(xiàn)后面.為了改善天線(xiàn)地等效噪聲溫度,天線(xiàn)往往都安裝在開(kāi)闊地及高處.能否防雷擊是高頻頭可靠設(shè)計(jì)地重要方面.7年0代和80年代初地高頻頭大都無(wú)防雷