CN100505546C - 参考信号源强化装置和卫星信号发射器 - Google Patents
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Abstract
一种参考信号源强化装置，利用滤波器和放大器功能，使参考信号源有更大及更稳定的输入功率动态范围，并降低温度变化对电路的影响。该装置包括：电源、第一低通滤波器耦接一参考频率信号，用以消除参考频率信号的第一频率、第二低通滤波器耦接第一低通滤波器，用以消除参考频率信号的谐波或高于参考频率信号的频率信号、带通滤波器耦接第二低通滤波器，用以消除参考频率信号的第二频率、和信号放大装置用以扩大参考频率信号可使用的输入功率动态范围和降低参考频率信号的输入功率，放大参考频率信号，降低电源的低频噪声，并限制该参考频率信号在稳定的功率范围输出；藉此提供参考信号源强化装置，以及应用此参考信号源强化装置的卫星信号发射器。
Description
技术领域
本发明涉及一种参考信号源强化装置，特别是涉及利用滤波器和放大器功能，使参考信号源有更大及更稳定的输入功率动态范围的一种参考信号源强化装置和卫星信号发射器。
背景技术
锁相环振荡器(phase lock loop oscillators，PLO)是使用电路内部精准、频率变动量极低的振荡频率源做为参考，经由闭合回路自动控制系统的反馈作用，驱动另一个动作不精准、频率变动量高的作用组件的操作频率，使其能快速且一直保持稳定与正确的频率参考源达到同相甚至是同相又同频的状态，由此，若以电路外部精准、频率变动量极低的振荡频率源作为基准参考，来驱使电路内部精准、频率变动量极低的振荡频率源，使其实现相位锁定的状态，即可用来作为通讯系统的调制和解调电路。
任何锁相环振荡器(phase lock loop oscillators，PLO)必定需要有一个参考信号源(reference signal)，整个电路才能正常动作，在PLO电路设计完好的情形下，回路频宽(loop bandwidth)的内的相位噪声(phase noise)特性便完全取决于该信号源，但此信号源在传送到PLO的过程中，如传输线损失、空气噪声、或其它电路噪声干扰到此信号源，都会降低整个PLO的特性品质。
发明内容
有鉴于此，本发明主要目的是提供一种参考信号源强化装置，特别是有关于利用滤波器和放大器功能，使参考信号源有更大及更稳定的输入功率动态范围的一种参考信号源强化装置和卫星信号发射器。
为达到上述目的，本发明提出一种参考信号源强化装置，包括一电源、一第一低通滤波器耦接一参考频率信号，用以消除参考频率信号的高频成分(例如超高频率ultrahigh frequency，UHF或高于超高频率的频率信号)、一第二低通滤波器耦接第一低通滤波器，用以消除参考频率信号的谐波或高于参考频率信号的频率信号、一带通滤波器耦接第二低通滤波器，用以消除参考频率信号的低频噪声。
一信号放大装置包括一第一放大器耦接带通滤波器，用以扩大参考频率信号可使用的输入功率动态范围和降低上述参考频率信号的输入功率，并放大上述参考频率信号、一第二放大器耦接第一放大器，用以降低电源的低频噪声，并放大参考频率信号、以及一第三放大器操作在输出饱和状态，耦接第二放大器，用以降低电源的低频噪声，并限制参考频率信号在稳定的功率范围输出。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举若干实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1表示本发明的第一实施例参考信号源强化装置的框图。
图2表示本发明的第二实施例参考信号源强化装置的电路图。
图3表示本发明的第三实施例卫星信号发射器的示意图。
附图符号说明
10-参考信号源强化装置，20-第一低通滤波器，30-第二低通滤波器，40-带通滤波器，50-信号放大装置，60-第一放大器，70-第二放大器，80-第三放大器，90-卫星信号发射器，100-锁相环振荡器，110-混波器，120-射频放大器，130-天线，140-电源，R1-R12-电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，C5-第五电容，C6-第六电容，C7-第七电容，C8-第八电容，CA-第一耦合电容，CB-第二耦合电容，CC-第三耦合电容，CD-第四耦合电容，CE-第五耦合电容，L1-第一电感，L2-第二电感，L3-第三电感，L4-第四电感，L5-第五电感，Q1-第一晶体管，Q2-第二晶体管，Q3-第三晶体管，SL-微带线，FR-参考频率信号，f1-第一频率，f2-第一频率，I1-输入信号，M1-载波信号，N1-第一信号，GND-接地端。
具体实施方式
实施例一：
图1表示本发明的第一实施例参考信号源强化装置的框图，如图1所示，参考信号源强化装置10包括：一电源140、一第一低通滤波器20、一第二低通滤波器30、一带通滤波器40、以及一信号放大装置50。
本实施例参考信号源强化装置10的工作原理如下所述。第一低通滤波器20耦接一参考频率信号FR，用以消除参考频率信号FR的一第一频率f1(例如超高频率ultrahigh frequency，UHF或高于超高频率的频率信号)，第二低通滤波器30耦接第一低通滤波器20，用以消除参考频率信号FR的谐波(例如倍频信号)或高于参考频率信号FR的频率信号，带通滤波器40耦接第二低通滤波器30，用以消除参考频率信号FR的一第二频率f2(例如低频噪声)。
信号放大装置50包括一第一放大器60耦接带通滤波器40，用以扩大参考频率信号FR可使用的输入功率动态范围和降低参考频率信号FR的输入功率，并放大参考频率信号FR、一第二放大器70耦接第一放大器60，用以降低电源140的低频噪声，并放大参考频率信号FR、以及一第三放大器80，操作在输出饱和状态耦接第二放大器70用以使增益降低，可以减少电源140所带来的低频噪声，并限制参考频率信号FR在稳定的功率范围输出。
参考信号源强化装置10的功能，使参考频率信号FR有更大及更稳定的输入功率动态范围、降低外界噪声对参考频率讯号FR的干扰、以及可抵抗高低温变化，从-40℃～+80℃皆可正常工作，使参考频率信号FR在传送到锁相环振荡器(PLO)100的过程中，可避免传输线损失、空气噪声、或其它电路噪声干扰到此信号源，以提升整个锁相环振荡器100的特性品质。
实施例二：
图2表示本发明的第二实施例参考信号源强化装置的电路图。
如图2所示，本实施例的工作原理如第一实施例所述，其参考信号源强化装置10的电路结构如下。第一低通滤波器20包括一微带线(strip line)SL耦接一参考频率信号FR、以及一第一电容C1耦接在微带线SL、第一耦合电容CA和一接地端GND之间，用以消除参考频率信号FR的一第一频率f1(例如超高频率ultrahigh frequency，UHF或高于超高频率的频率信号)，其中，微带线SL构成一电感器；第二低通滤波器30耦接第一低通滤波器20，用以消除参考频率信号FR的谐波(例如倍频信号)或高于参考频率信号FR的频率信号，带通滤波器40包括一第五电容C5并接一第四电感L4耦接第二低通滤波器30，用以消除参考频率信号FR的一第二频率f2(例如低频噪声)，其中；第二低通滤波器30包括一第一电感L1耦接第一耦合电容CA、一第二电感L2耦接第一电感L1、一第三电感L3耦接在第二电感L2和带通滤波器40之间、一第二电容C2耦接第一电感L1、第二电感L2和接地端GND之间、一第三电容C3接接第二电感L2、第三电感L3和接地端GND之间、以及一第四电容L4耦接第三电感L3、带通滤波器40和接地端GND之间。
信号放大装置50包括一第一放大器60耦接带通滤波器40，第一放大器60包括一第一晶体管Q1，第一晶体管Q1的第一端用以输出参考频率信号FR，且经由一电阻R1耦接电源140、第一晶体管Q1的第二端耦接一第二耦合电容CB，且经由一电阻R2耦接电源140，并经由一电阻R3耦接接地端GND、以及第一晶体管Q1的第三端分别耦接一电阻R4和一第六电容C6至接地端GND，用以扩大参考频率信号FR可使用的输入功率动态范围和降低参考频率信号FR的输入功率，并放大参考频率信号FR、一第二放大器70耦接第一放大器60，第二放大器70包括一第二晶体管Q2，第二晶体管Q2的第一端用以输出参考频率信号FR，且经由一电阻R5耦接电源140、第二晶体管Q2的第二端耦接一第三耦合电容CC，且经由一电阻R6耦接电源140，并经由一电阻R7耦接接地端GND、以及第二晶体管Q2的第三端分别耦接一电阻R8和一第七电容C7至接地端GND，用以降低电源140的低频噪声，并放大参考频率信号FR、以及一第三放大器80操作在输出饱和状态耦接第二放大器70，第三放大器80包括一第三晶体管Q3，第三晶体管Q3的第一端用以输出参考频率信号FR，且经由一电阻R9耦接电源、第三晶体管Q3的第二端耦接一第四耦合电容CD，且经由一电阻R10耦接电源140，并经由一电阻R11耦接接地端GND、以及第三晶体管Q3的第三端分别耦接一电阻R12和一第八电容C8至接地端GND，用以降低电源140的低频噪声，并限制参考频率信号FR在稳定的功率范围输出。
其中，一第一耦合电容CA耦接在第一低通滤波器20和第二低通滤波器30之间、第二耦合电容CB耦接在带通滤波器40和第一放大器60之间、第三耦合电容CC耦接在第一放大器60和第二放大器70之间、第四耦合电容CD耦接在第二放大器70和第三放大器80之间、一第五耦合电容CE耦接第三放大器80的输出端，用以阻挡各级之间的直流电源成分和降低低频噪声、以及一第五电感L5耦接在电源140和信号放大装置50之间，用以降低高频噪声。
实施例三：
图3表示本发明的第三实施例卫星信号发射器的示意图，如图3所示，卫星信号发射器90包括一电源140、一参考信号源强化装置10、一锁相环振荡器100、一混波器110、以及一射频放大器120，其中，参考信号源强化装置10的结构和原理如第一实施例所示。
本实施例卫星信号发射器90的工作原理如下所述。参考信号源强化装置10包括第一低通滤波器20耦接一参考频率信号FR，用以消除参考频率信号FR的一第一频率f1(例如超高频率ultrahigh frequency，UHF或高于超高频率的频率信号)，其中，微带线SL系构成一电感器；第二低通滤波器30耦接第一低通滤波器20，用以消除参考频率信号FR的谐波(例如倍频信号)或高于参考频率信号FR的频率信号，带通滤波器40耦接第二低通滤波器30，用以消除参考频率信号FR的一第二频率f2(例如低频噪声)。
信号放大装置50包括一第一放大器60耦接带通滤波器40，用以扩大参考频率信号FR可使用的输入功率动态范围和降低参考频率信号FR的输入功率，并放大参考频率信号FR、一第二放大器70耦接第一放大器60，用以降低电源140的低频噪声，并放大参考频率信号FR、以及一第三放大器80操作在输出饱和状态，耦接第二放大器70用以降低电源140的低频噪声，并限制参考频率信号FR在稳定的功率范围输出。
锁相环振荡器100耦接参考信号源强化装置10，根据第三放大器80所输出的参考频率信号FR而输出一载波信号M1，混波器110用以将载波信号M1和一输入信号I1合成，而输出一第一信号N1，射频放大器120耦接混波器110，用以增大第一信号N1的强度并透过一天线130输出。
虽然本发明以三个实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动和润饰，因此本发明的保护范围视后附的权利要求为准。
Claims (16)
1.一种参考信号源强化装置，适用于锁相环振荡器，上述参考信号源强化装置包括：
一电源；
一第一低通滤波器，耦接一参考频率信号，用以消除上述参考频率信号的高频成分；
一第二低通滤波器，耦接上述第一低通滤波器，用以消除上述参考频率信号的谐波或高于上述参考频率信号的频率信号；
一带通滤波器，耦接上述第二低通滤波器，用以消除上述参考频率信号的低频噪声；
一信号放大装置，包括：
一第一放大器，耦接上述带通滤波器，用以扩大上述参考频率信号可使用的输入功率动态范围和降低上述参考频率信号的输入功率，并放大上述参考频率信号；
一第二放大器，耦接上述第一放大器，用以降低上述电源的低频噪声，并放大上述参考频率信号；
一第三放大器，操作在输出饱和状态，耦接上述第二放大器，用以降低上述电源的低频噪声，并限制上述参考频率信号在稳定的功率范围输出。
2.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，还包括一第一耦合电容耦接在上述第一和第二低通滤波器之间、一第二耦合电容耦接在上述带通滤波器和上述第一放大器之间、一第三耦合电容耦接在上述第一和第二放大器之间、一第三耦合电容耦接在上述第二和第三放大器之间、以及一第四耦合电容耦接上述第三放大器的输出端。
3.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，其中，上述第一低通滤波器包括一微带线耦接上述参考频率信号、以及一第一电容耦接在上述微带线、上述第一耦合电容和一接地端之间，其中，上述微带线构成一电感器。
4.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，其中，上述第二低通滤波器包括一第一电感耦接上述第一耦合电容、一第二电感耦接上述第一电感、一第三电感耦接在上述第二电感和上述带通滤波器之间、一第二电容耦接上述第一、第二电感和上述接地端之间、一第三电容接接上述第二、第三电感和上述接地端之间、以及一第四电容耦接上述第三电感、上述带通滤波器和上述接地端之间。
5.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，其中，上述带通滤波器包括一第五电容并接一第四电感。
6.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，还包括一第五电感耦接在上述电源和上述信号放大装置之间。
7.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，其中，上述高频成分为超高频率或高于超高频率的频率信号。
8.如权利要求1所述的参考信号源强化装置，其中，上述参考频率信号的谐波为一倍频信号。
9.一种卫星信号发射器，包括：
一电源；
一参考信号源强化装置，耦接一参考频率信号，上述参考信号源强化装置包括：
一第一低通滤波器，耦接一参考频率信号，用以消除上述参考频率信号的高频成分；
一第二低通滤波器，耦接上述第一低通滤波器，用以消除上述参考频率信号的谐波或高于上述参考频率信号的频率信号；
一带通滤波器，耦接上述第二低通滤波器，用以消除上述参考频率信号的低频噪声；
一信号放大装置，包括：
一第一放大器，耦接上述带通滤波器，用以扩大上述参考频率信号可使用的输入功率动态范围和降低上述参考频率信号的输入功率，并放大上述参考频率信号；
一第二放大器，耦接上述第一放大器，用以降低上述电源的低频噪声，并放大上述参考频率信号；
一第三放大器，操作在输出饱和状态，耦接上述第二放大器，用以降低上述电源的低频噪声，并限制上述参考频率信号在稳定的功率范围输出；
一锁相环振荡器，耦接上述信号强化装置，根据上述第三放大器所输出的上述参考频率信号而输出一载波信号；
一混波器，用以将上述载波信号和一输入信号合成，而输出一第一信号；
一射频放大器，耦接上述混波器，用以增大上述第一信号的强度并通过一天线输出。
10.如权利要求9所述的卫星信号发射器，还包括一第一耦合电容耦接在上述第一和第二低通滤波器之间、一第二耦合电容耦接在上述带通滤波器和上述第一放大器之间、一第三耦合电容耦接在上述第一和第二放大器之间、一第三耦合电容耦接在上述第二和第三放大器之间、以及一第四耦合电容耦接上述第三放大器的输出端。
11.如权利要求9所述的卫星信号发射器，其中，上述第一低通滤波器包括一微带线耦接上述参考频率信号、以及一第一电容耦接在上述微带线、上述第一耦合电容和一接地端之间，其中，上述微带线系构成一电感器。
12.如权利要求9所述的卫星信号发射器，其中，上述第二低通滤波器包括一第一电感耦接上述第一耦合电容、一第二电感耦接上述第一电感、一第三电感耦接在上述第二电感和上述带通滤波器之间、一第二电容耦接上述第一、第二电感和上述接地端之间、一第三电容耦接上述第二、第三电感和上述接地端之间、以及一第四电容耦接上述第三电感、上述带通滤波器和上述接地端之间。
13.如权利要求9所述的卫星信号发射器，其中，上述带通滤波器包括一第五电容并接一第四电感。
14.如权利要求9所述的卫星信号发射器，还包括一第五电感耦接在上述电源和上述信号放大装置之间。
15.如权利要求9所述的卫星信号发射器，其中，上述高频成分为超高频率或高于超高频率的频率。
16.如权利要求9所述的卫星信号发射器，其中，上述参考频率信号的谐波为一倍频信号。
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