Ku频段信号收发与处理系统

系统简介

Ku波段（12～18GHz）是微波通信的常用频段，因其天线小、易安装且性价比高，被广泛用于卫星通信。针对该频段的测试需求，本系统构建了一套集射频链路验证、宽带信号采集、波形发射及数据分析于一体的Ku频段信号收发与处理系统。

系统把天线收发、射频前端、数字信号处理模块和上位机软件集成到同一测试环境中，可完成信号产生、发射、接收、采集和分析，搭建了一套完整的Ku频段卫星通信地面验证环境。系统不仅支持信号采集、发射控制、上下变频及数据存储导出，还具备时域/频域分析能力，并预留了二次开发接口，可满足复杂的科研与工程验证需求。

系统构成

系统架构

Ku频段信号收发与处理系统由天线与双工器、BUC上变频发射模块、LNB低噪声接收模块、QT2347DR RFSoC信号处理模块和上位机软件组成。该系统用于搭建发射、接收、上下变频、天线收发和数据分析环境，验证链路连通性、频率配置、功率与增益配置、参考时钟协同和数据闭环。平台系统架构如下：

平台系统架构

发射由信号处理模块输出L频段信号，经BUC上变频至Ku频段后通过天线发射；接收由天线接收Ku频段信号，经LNB下变频后进入板卡采集处理，并由上位机完成显示、存储和分析。

Ku频段天线与双工器

天线与双工器位于系统射频链路前端，由Ku频段天线、双工器、三脚架及支撑板组成。天线用于Ku频段信号的发射和接收，双工器位于天线与BUC/LNB之间，使发射链路和接收链路共用同一天线系统。

天线工作频率覆盖Ku频段发射（13.75~14.5GHz）和接收（10.95~11.7GHz）范围。

Ku频段天线实物

核心器件角色定Ku频段BUC（上变频功率放大器）

BUC用于发射链路，将板卡输出的L频段信号上变频至Ku频段，并进行功率放大。

Ku频段BUC实物图

Ku频段LNB（低噪声下变频器）

LNB用于接收链路，将天线接收的Ku频段信号低噪声放大，并下变频为板卡可采集处理的L频段信号。

Ku频段LNB实物图

QT2347DR信号处理模块

QT2347DR是多通道射频信号处理板卡，基于Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC第三代系列XCZU47DR芯片设计。板卡集成FPGA、ARM Cortex-A53、ARM Cortex-R5F及高速ADC/DAC资源。ADC为8路14bit、最大采样率5.0GSPS；DAC为8路14bit、最大采样率9.85GSPS，并支持NCO、DDC/DUC、可编程插值/抽取和复数混频等功能。

在系统中，QT2347DR主要实现高速信号采集、发射、实时处理、数据缓存和接口扩展。

QT2347DR RFSoC信号处理板卡实物

上位机软件

上位机软件提供图形化操作界面，用于发射参数配置、接收衰减调整、采集控制、数据存储导出；支持NCO频率调节、相位调节功能；具备频谱显示、时域显示和历史数据回放功能。

提供完整的二次开发套件（SDK），帮助用户进行二次开发，并快速将板卡功能集成到具体应用场景的系统中。

上位机图形化交互界面

应用场景

卫星通信Ku频段链路验证：搭建发射、接收、上下变频、天线收发和数据分析环境，验证链路连通性、频率配置、功率与增益配置、参考时钟协同和数据闭环。

RFSoC平台算法开发与验证：支持FPGA与ARM协同开发、高速采集、波形生成、数字上下变频和实时处理算法验证。

宽带信号采集与分析：雷达、通信、频谱监测等场景下的宽带信号捕获、存储、频谱观察、时域波形回放和离线分析。

高校与科研实验平台：射频链路、卫星通信、数字信号处理、FPGA开发和测试测量课程实验，便于学生和研发人员观察完整信号链路。

仪器仪表与测试测量集成：作为定制化测试系统中的射频收发和高速数据采集处理单元，接入自动化测试流程、上位机软件或第三方分析平台。

结论

Ku频段信号收发与处理系统，采用"天线与双工器+BUC/LNB上下变频+QT2347DR RFSoC高速采集/发射处理"的硬件架构，具备链路闭环、软硬件一体、支持二次开发的核心优势，可应用于卫星通信Ku频段链路验证、RFSoC算法开发、宽带信号采集与测试测量集成等领域，为射频链路验证、信号采集、发射和算法验证任务提供可验证、可联调、可扩展的硬件支撑平台。