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漫談衛(wèi)星電視高頻頭工作原理
來源: 日期:2013-12-17 21:36:36 人氣:標(biāo)簽:
一般的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)主要包括:(1)天線;(2)饋源;(3)低噪聲下變頻器,也稱為高頻頭(是由低噪聲放大器與下變頻器集成的組件),用lnb表示;(4)電纜線;(5)端子接頭;(6)衛(wèi)星接收機;(7)電視接收機。
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
由于衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中的地面天線接收到的衛(wèi)星下行微波信號經(jīng)過約40 000 km左右的遠距離傳輸已是非常微弱,通常天線饋源輸出載波功率約為-90dbmw[注]。若饋線損耗為0.5 db,則低噪聲放大器輸入端載波功率為-90.5 dbmw。第一變頻器和帶通濾波器的損耗約為10 db,第一中放的增益約為30 db。這樣,若低噪聲放大器給出增益(40~50) db,則下變頻器輸出端可以輸出(-30~-20) dbmw的信號。因此,衛(wèi)星電視下變頻器的作用是在保證原信號質(zhì)量參數(shù)的條件下,將接收到的衛(wèi)星下行頻率的信號進行低噪聲放大并變頻。
2 衛(wèi)星電視下變頻器的結(jié)構(gòu)
衛(wèi)星電視下變頻器中的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部件。如果要達到噪聲溫度低和增益高,通常包含3~4級放大,前兩級為低噪聲放大器,主要采用高電子遷移率晶體管hemt器件,后兩級為高增益放大器,主要采用砷化鎵場效應(yīng)晶體管gaasfet。典型的lna的噪聲溫度在c 波段約為(20~40)°k。增益約為(40~50) db,輸出輸入電壓駐波比(vsmr)小于1.5。圖3給出了低噪聲放大器(lna)的電原理圖,設(shè)計時通常先給出必要的參數(shù),如s參數(shù)、電路級數(shù)、匹配電路的方式、噪聲參數(shù)、輸出輸入阻抗等等,然后利用計算機cad軟件進行優(yōu)化設(shè)計并作出微帶線電路圖。
圖3 低噪聲放大器的電原理圖
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的,其作用是將低噪聲放大器輸出的下行微波信號變?yōu)橹蓄l信號,變頻前后信號的帶寬保持不變。
第一本振通常以介質(zhì)諧振器振蕩器作為諧振回路,采用耦合微帶線耦合能量,使用caas-fet作為基本放大電路來實現(xiàn)振蕩器。介質(zhì)諧振器的介電常數(shù)很高,通常在35~40之間,諧振時,由于介電常數(shù)高,電磁場大部分集中在介質(zhì)內(nèi)部,與金屬諧振腔類似。介質(zhì)諧振腔的優(yōu)點是溫度穩(wěn)定性好,品質(zhì)因數(shù)q值高,體積小,價格低,容易和微帶線耦合而制成mmic。
圖4給出2種實際的介質(zhì)諧振器振蕩器電原理圖。
圖4 介質(zhì)振蕩器電原理圖
實際的介質(zhì)諧振器振蕩器中不僅需要考慮介質(zhì)諧振器的參數(shù)、位置及微帶線的參數(shù),還要考慮場效應(yīng)晶體管輸出輸入的阻抗匹配的問題和直流偏置電路的設(shè)置。
第一混頻器由非線性元件、輸入信號與本振信號混合網(wǎng)絡(luò)及一些附加電路組成,如圖5所示。
圖5 第一混頻器框圖
輸入信號與本振信號混合后疊加在非線性元件上,非線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的非線性區(qū)。由其非線性作用使輸出端產(chǎn)生出和頻、差頻、倍頻等一系列信號,可用濾波器選取所需的差頻信號,應(yīng)能達到混頻的目的。實際電路中,常采用二極管阻抗混頻器,它的結(jié)構(gòu)簡單,便于集成化,工作穩(wěn)定,噪聲系數(shù)低,工作頻帶寬,動態(tài)范圍大。雖然,這種混頻器沒有變頻增益,只有變頻損耗,但這種損耗容易加放大器予以補償。實際應(yīng)用中,還要考慮輸入信號與本振信號的隔離及對寄生頻率的抑制等,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 (balun)為平衡、不平衡線路變壓器)所示。
圖6 雙平衡混頻器電原理圖
四個特性相同的混頻二極管按同一極性順序連接成環(huán)形橋路,輸入和本振信號通過變壓器耦合,將不平衡的輸入變換為平衡輸出加到二極管橋的兩對角線上,從而總的中頻電流等于四個二極管所產(chǎn)生的中頻電流的總和。
雙平衡混頻器具有主要特點如下:
(1)輸入信號與本振信號之間有高隔離度;
(2)工作頻帶寬;
(3)動態(tài)范圍大,抗過載能力強;
(4)對寄生頻率有很好的抑制能力;
(5)能抑制本振引入的噪聲。
第一中放也稱前置中放,通常是直接和混頻器相接的,它的作用是把混頻器輸出的微弱中頻進行放大、以補償混頻器、帶通濾波器以及室外、室內(nèi)單元間連接的高頻電纜所引起的衰減。第一中放通常直接采用集成電路塊。
由于二次變頻式的衛(wèi)星接收系統(tǒng)第一中頻通常選擇在1 ghz左右,這個頻率處于微波放大器和高頻放大器的交界處,因而電路結(jié)構(gòu)方式可以用分布參數(shù)、集中參數(shù)或二者的混合形式三種。
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