□高彤鼎1，虢亦农2

( 1． 山东广播电视台，济南山东250014; 2． 山东省电子信息产品检验院，济南山东250014)

摘要: 卫星通信中使用的上变频器是卫星地面站的重要设备之一，其作用是完成从中频信号到射频信号的转换。这一功能看似简单，但卫星通信中使用的上变频器的结构模式及其本振频率的选择都是十分讲究的，这也决定了这类上变频器有其独特之处。简要介绍了上变频器的结构模式，着重介绍了二次变频模式，讨论了采用二次变频模式的原因和本振频率的选择以及上变频器的通用性等问题。

关键词: 上变频器; 结构; 本振频率

The Structure of Up-converter and the Selection of Local Frequency

□GAO Tongding1，GUO Yinong2

( 1． Shandong Broadcast and TV Station，Ji'nan 250014，China;

2． Shandong Electronic Information Products Inspection Institute，Ji'nan 250014，China)

Abstract: The up-converter used on satellite communication is one of the most significant devices on satellite earth station． It is applied in the conversion from intermediate frequency signal to radio frequency signal． Such function seems simple． However，selections of both structural pattern and local frequency of the up-converter are extremely deliberate and sophisticated，and thereby they determine the uniqueness of this type of up-converter．This article concisely introduces the structure of the up-converter，and emphasizes the pattern of dual conversion． Moreover，it discusses the reason of application of dual conversion，the selection of local frequencyand the universality of the up-converter．

Key words: up-converter; structure;local frequency

    卫星通信使用的是微波波段，但在进行信道调制时，不可能对微波波段的载波直接调制，只能先对较低的中频信号进行调制，然后将中频信号变换到微波( 射频) 波段，所以在卫星地球站，上变频器是必不可少的。作为完成中频频率到射频频段转换的设备，上变频器的功能看起来很简单，其结构也与其他通信系统中的变频器相似，不外乎本振、混频器、滤波器、放大器等单元，都是技术上颇为成熟的东西，但实际上卫星上变频器的结构是十分讲究的，下面分几个方面来说明。

    第一个问题是变频的模式，这是指采用一次变频还是多次变频。先看看一次变频的情况，以C 波段为例，假如中频是70 MHz，信号频谱宽度为9 MHz，所需上行中心频率是6 191 MHz，本振频率是6 121 MHz，则混频后的产物将包括本振信号以及以本振频率为中心的间隔频率为70 MHz 的多个边带信号，如图1 上半部分，其中中心频率为6 191 MHz 的信号为有用边带，其他的均为无用边带。为了取得有用边带信号，需要使用性能较好的带通滤波器将其滤出，同时将本振信号和无用边带信号尽可能滤除。如果滤波器的性能不佳，则本振信号和无用边带信号会对同一卫星上同一极化的邻近转发器造成干扰( 假如上行站使用了宽带功放如行波管或固态功放) 。如图1 所示，有用边带( 第一上边带) 使用的是7 V 转发器，而与其对称的第一下边带( 中心频率6 051 MHz) 落入了3 V 转发器的频带范围，本振信号( 频率6 121 MHz) 落入了5 V 转发器，两个第二边带( 中心频率分别为5 981 MHz 和6 261 MHz) 则分别落入2 V 和8 V 转发器。显然这些无用边带对它们所落入的转发器来说都是干扰信号。

                                        图1 一次变频情况下无用边带落入其他转发器频带内

    所以，为了有效防止带外干扰，在一次变频模式中需要使用性能很好的带通滤波器，然而在C 波段这样的高频频段上，要获得通带相对较窄( 一般在40MHz 左右、带外抑制性相对较好) 的滤波器十分困难。更为不便的是，如果在使用过程中需要对上行频率进行调整，如将上述的6 191 MHz 改变为6 075 MHz，则带通滤波器就需要重新进行调谐，这在实际使用的场合是做不到的。

    根据一次变频的这种局限性，上变频器都采用二次变频模式，经过第一次变频，先将中频信号变至几百到两千多兆赫之间的一个频率上，再从这个频率经第二次变频得到所需频率的上行信号。

    举个例子来说，要想得到6 191 MHz 的上行信号，可将第一混频器的本振频率设为1 000 MHz，利用性能良好的带通滤波器从混频产物中滤出中心频率为1 000 MHz + 70 MHz = 1 070 MHz 的第一变频信号，再将第二混频器的本振频率设置为5 121 MHz，混频后的第一上边带信号就是所要的信号( 1 070MHz +5 121MHz = 6 191 MHz) 。

    从这个例子可以看出二次变频模式的好处，因为在第二次混频的产物中，除了所需的第一上边带信号( 中心频率6 191 MHz) ，第二本振信号( 5 121 MHz) 、第一下边带信号( 中心频率4 051 MHz) 和其他各边带信号都处在C 波段的工作频段( 约5 925 ～ 6 425MHz) 之外。第二混频之后当然也设置了带通滤波器，但对它的性能要求可以放宽，只要对工作频段之外的信号成分具有一般的抑制能力即可。关键是第一混频后的带通滤波器性能要好，只要此滤波器输出信号的频谱足够纯净，上行信号中对邻近转发器形成干扰的杂散成分就可以降至尽可能小。

    在实际当中，第一变频器的本振频率通常做成固定的，得到的第一变频信号的中心频率也是固定不变的，而第二变频器的本振频率则做成可变的，这样就可以灵活地获得所需的上行频率。采用二次变频方式的上变频器结构如图2 所示。

                        图2 采用二次变频方式的上变频器结构

    第一变频信号频率是固定的，且频率在1 000MHz 左右，因此可以获得相当好的带通滤波效果。第二个问题是第一本振频率的选择。因为第一本振频率和第二本振频率是存在关联的，如果第一本振频率选的不合适，也会导致第二次混频产物对邻近转发器的干扰，所以第一本振频率的选择是有讲究的。例如，当上行发射频率为6 391 MHz 时，如果第一本振选择380 MHz，第一变频信号取450 MHz，则第二本振频率就要选择5 941 MHz，而这个本振频率则是落入C波段( 5 925 ～ 6 425 MHz) 频段之内的。又比如，当上行发射频率为5 871 MHz 时，如果第一本振选择400MHz，第一变频信号取470 MHz，则第二本振频率就要选择5 401 MHz，此时第二混频后的第二上边带信号为5 401 MHz + 2 MHz × 470 MHz = 6 341 MHz，这一信号成分也是落入5 925 ～ 6 425 MHz 频段内的。

    综合考虑，当中频频率为70 MHz 或140 MHz 时，第一本振频率应在900 MHz 以上，当然该频率也不宜太高，2 100 MHz 以下是比较合适的。当第一本振频率选在这个频率范围内的时候，第一变频器的输出频率正好处于数字卫星电视接收机的工作频段( L 波段) ，所以现在的上变频器一般都设置了L 波段测试口，可将第一变频信号引出，用作监测信号，只要在此测试口上接一台卫星接收机，就可方便直观地监测该节点的信号状态。

    这里谈一下此时数字卫星电视接收机的设置问题。假如上变频器输出的第一变频信号是1 170MHz，卫星接收机该如何设置接收频率呢? 很简单，如果卫星接收机里设定的LNB 的本振频率为5 150MHz，则5 150 MHz － 1 170 MHz = 3 980 MHz，所以只要将接收机的接收频率设为3 980 MHz，其他信道参数如符号率、卷积率等按实际使用的数值进行设置就

可以了。

    第三个问题是上变频器的通用性。卫星传输可使用S、C、X、Ku、Ka 等波段，既有电视广播也有其他多媒体或数据通信业务。为了兼顾通用性，在上变频器的设计上，会考虑采用统一的第一变频器( 或称L 波段变频器) ，后续的第二变频器可根据不同频段进行差异化设计，此时第一本振频率的选择就需要综合考虑，照顾到各个工作频段，再就是为了适应70 MHz 和140 MHz 两种中频，中频输入口的频率范围会扩展到40 ～ 180 MHz，相应的第一变频器的输出也有两种情况，比如对应70 MHz 中频的输出为1 750 MHz，而对应140 MHz 中频的输出则为1 820 MHz。后续的第二变频器则对第一变频器的输出频率进行监测，再根据设定的射频输出频率自适应地调整第二本振频率。还有一种方案是监测输入的中频频率，自动调整第一本振频率，在这种情况下，不管输入的中频频率是多少，第一变频器的输出频率始终是固定值。

    第四个问题是有些上变频器采用了3 次变频模式。为了提高使用灵活性，有些上变频器的L 波段输出不是固定的，而是在950 ～ 1 750 MHz 或950 ～ 2 150MHz 范围内可调。这样的变频器实际上是由3 个变频单元级联而成的，第一次变频先将中频变至400MHz 左右的某一个固定频率上，通过第二次变频获得950 ～ 2 150 MHz 范围内的L 波段信号，第三次变频则要参考第二变频器的本振频率，确定第三变频器的本振频率，从而得到所需要的射频信号。在这种上变频器中，仍然要恰当地选取第一本振频率，同时要保证第一混频器之后带通滤波器的性能，这是减少杂散从而减轻工作频段内相互干扰的重点所在。

    二次变频或三次变频模式也提高了上行系统配置的灵活性，由于先获得了L 波段的第一变频信号，可以通过同轴电缆、光缆等传输手段进行较长距离的传输，第二变频则在发射天线附近完成，得到射频信号并进行上行发射。