航天器设计RF阻抗匹配万博投注网址的增益

文章作者:Rajan Bedi

如今，运营商正在逐步利用宽带数字有效载荷的好处，以带来下一代卫星服务。目前，需要直接数字化/重建IF / RF载波和阻抗匹配来增强密钥接口的完整性和整体信号路径。

曾经是射频模拟工程师的关键技能，航空电子设计团队的数字和混合信号成员现在不得不努力解决高吞吐量应用的阻抗匹配概念。

阻抗匹配用于制造负载或线路阻抗等于驱动源的最大功率传输。如果这些不匹配，将省略较少的能量，常驻海浪将开发，负载不会吸收沿线送达的所有电力。因此，一些能量反射回到源，其可能导致损坏。对于复杂的阻抗，当负载等于源的缀合物时，发生最大转移，即抵抗具有相同但相反的符号。

在航天器中，阻抗匹配网络传统上用于接收天线和LNA之间，以连接内部放大器级，也用于功率放大器和下行发射机之间，以最大限度地实现功率传输。

LumpEd，诸如L，π或T网络之类的调谐电路可用于将负载阻抗转换为与用于最大功率传输的源匹配的缀合物。这些是窄带，多个部分可以级联用于更宽的带宽。

图1:__ *窄带L， Π和T频率调谐网络*

拓扑结构的选择和电感和电容的位置可以根据源和负载阻抗的相对大小、所需的响应和Q、元件的实用值和尺寸以及是否希望通过直流来进行交换。
对于微波频率，集中元件的值过小，采用微带或带状线实现的分布式传输在线结构可以进行阻抗变换以消除失配。

一段λ/4，低损耗传输线可以插入到源和任意实际负载之间以匹配它们的阻抗，其中匹配部分的Z0变成√(Zsource*Zload)。通过级联不同通带特性的多根λ/4线可以实现宽带匹配。

为了避免使用不同的特性阻抗，存根可以与主传输线平行连接，以防止反射到达源。例如，在距离负载特定的距离处放置一个适当长度的短路，使来自端部的驻波和来自负载的反射完全相互抵消。存根之外的导纳等于Y0
图2：λ/ 4和分流短存根传输线阻抗匹配结构。

例如，让我们假设我们的卫星需要在2.35GHz处加工500MHz的带宽。通常，我使用Mentor的XDXDesigner输入我的原理图，这允许我重新使用为PCB设计的电路进行仿真和分析。使用HyperlyNX Boardsim的布局提取允许我添加痕迹，通孔和连接器的效果来预测整体后布局| S11 |或| S22 |要匹配的负载。

一旦计算了负载阻抗，我喜欢使用Smith图表来开发调谐电路以优化RF匹配并最小化反射。今天，由于上市时间压力，我使用Keysight的Genesys软件来快速综合补偿网络。这是一个非常酷的软件，它已经节省了很多时间，有人甚至发布了一个很好的视频教程。输入所需的带宽，源和负载阻抗后，该工具可以生成集总调谐拓扑或分布式的传输线结构，例如存根或λ/ 4变压器。如果您想播放，软件可以免费试用。

以下ezWave图展示了Hypernamx的模拟如何能够提取用于电信有效载荷的混合信号前端的输入匹配。Genesys用于合成合适的调谐网络，随后在XDXDesigner内添加到接收器电路并重新模拟。粉红色迹线是未补偿的输入匹配，绿色是后布局| S11 |调整后。

图3和4：输入匹配500mhz带宽，s波段卫星转发器。

这篇文章简要介绍了用于空间应用的射频阻抗匹配，根据Bode-Fano的定义，匹配在特定带宽和调谐网络的复杂性上是有限制的。如果您想了解更多关于窄带和宽带调谐以及各种拓扑和技术的优点和缺点，这是我在混合信号课程中教授的一个主题。我还展示了Hyperlynx和Genesys工具，因为宽带匹配已经成为许多卫星oem的主要挑战，希望为航天器运营商提供高吞吐量数字有效载荷的好处。