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摘 要 ：本文主要介绍了海洋探测卫星载荷微波散射计接收机的研制.该接收机通过电平分配以及计算机优化设计,采用成熟工艺实现.达到指标中心频率：Ku波段、噪声系数：1.6dB、动态范围：75dB、增益：120dB,并实现星用接收机的高可靠.

关 键 词 ：探测卫星 接收机 低噪声 大动态 高可靠

1.前言

海洋探测卫星主要用于获取海面风场、海浪等海洋动力环境参数.其主要载荷微波散射计主要用于测量海面风速和风向.它通过在不同方位脚测量海面同一区域的雷达后向散射系数（σ0）,并利用σ0和海面附近风的几何模型函数来推导出海面风的速度和方向,从而收集海洋表面的矢量风场.接收机是散射计接收系统中的主要部件,由射频接收机和中频接收机两部分组成.

2.方案和电路设计

接收机采用超外差式二级变频方式,即接收的Ku波段微波信号经过下变频、滤波及前级中频放大处理,再经过二次变频到第二中频,经滤波放大后到满足输出电平要求的中频信号.接收机的内部单元电路主要包括低噪声放大器、混频器、数控衰减器、中频放大器等部分.

低噪声放大器是接收机内部的关键部件,接收机单元噪声的指标主要由射频接收机来实现,为满足系统的噪声要求,低噪声放大器的噪声系数应小于1.0dB,放大器的结构为四级放大,射频增益达到41dB.根据计算机仿真优化结果（如图1）,由两级场效应管组成的前级电路的噪声系数能达到0.8dB,考虑到前面的波导隔离器以及波导同轴转换,组件射频部分的噪声系数为1.4dB.由于射频部分的增益达到40dB以上,根据系统噪声的计算公式,

后级电路的噪声贡献约为0.1dB左右,整个接收机的噪声系数将小于1.5dB.

图1 噪声系数优化曲线

作为大动态的接收机,其动态范围需要大于75dB.根据系统要求,中频接收机总的衰减量需要达到75dB,步进1dB；采用的数控衰减器由7级单刀双掷开关级联而成,每个开关分为直通和衰减两态,根据外部7位TTL电平的搭配,可以产生系统需要的衰减值.考虑到极限衰减时衰减精度有误差,只取其中0dB～75dB这段.开关在衰减态的衰减量是靠内部的固定衰减器,该衰减器为无源器件,在相同温度下的衰减量是恒定的,衰减重复精度很高,约为±0.05dB.

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接收机的总增益为120dB,考虑到变频损耗以及其它元器件、电路的损耗,整个单元的净放大量将达到约140dB,除了前级低噪声放大器约40dB增益以外,中频部分还需要多级放大器级联.为防止出现自激现象,在整个单元中合理分配增益,将主要的放大部分分配于混频后的二中频部分,同时又要保证各元器件处于线性状态.主中放单元是整个接收机系统中最主要的放大部分,共分四级放大.根据电平计算,中频放大器的净增益达到76dB.

在整个增益链路中共设置了10级π型网络固定衰减器.主要有两个作用：（1）增加各级器件之间的驻波匹配,让各级器件能正常工作,防止产生自激现象.（2）通过改变衰减器的衰减量可以调整系统的增益,使之达到合适水平.

根据测试数据显示,该方案可以满足增益稳定性要求.

3.可靠性和工艺实现

探测卫星的运行轨道高度近1000Km,位于内辐射带的内边缘附近.宇宙空间环境能对航天器产生巨大危害,据统计,空间环境影响引起的故障是航天器的最主要的故障原因,所以可靠性是航天器的重要性能之一.接收机工作在舱内,不直接面对宇宙空间,但是仍承受宇宙辐射、深冷空间背景、频繁冷热交替等宇宙环境的强烈影响.因此,接收机的设计实现需要具有很高的可靠性.

接收机的设计工作参照建造规范为依据开展.首先是电路功能的设计要满足电性能指标要求,电路同时要满足电磁兼容要求.其次是元器件的选择考虑,组件中元器件的质量等级均满足航天要求,在热设计和抗力学环境设计上,按照相关要求,合力排版布局,采取有效的散热措施.在不影响可靠性的基础上,减小单元电路的体积、缩短引线长度.在整个设备的生产和运输过程中都要严格采取防静电措施,工作环境的防静电措施要满足要求.

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