CN1053541C - 卫星通信接收设备 - Google Patents

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Abstract

一种能接收卫星通信广播的卫星通信接收装置，通过使用L波段和相移键控并与用于科斯塔环中的压控振荡器和用于中频装置中的本机振荡器共用一温度补偿压控振荡器来实现，由此获得有效的卫星通信广播接收，且便于使其简化。本发明包括产生中频的调制器；低噪音放大器和第一带通滤波器；由外部基频振荡产生的本地振荡频率；科斯塔环路。使用相移90°的基频来恢复在调制器所得到的中频；采样电路。

Description

卫星通信接收设备
本发明涉及一个卫星通信接收设备，特别是涉及能够接收卫星通信广播的卫星通信接收设备。它是通过使用L波段和相移键控(PSK)并与用于科期塔环中的压控振荡器和用于中频设备中的本机振荡器共用一个温度补偿压控振荡器而实现的。由此获得有效的卫星通信广播接收并且便于使其简化。
按照常规，卫星通信接收设备使用L波段相移键控方法，如图2所示，它包括一个L波段接收天线100用于接收来自卫星的卫星通信广播信号；一个低噪音放大器(LNA)101，它用来使来自天线100的卫星通信信号的频率变换为一个预定的电平而没有不希望的噪音；第一放大器102，用来放大卫星通信信号达到一个预定的电平，其中，频率是在低噪音放大器101中进行转换；第一带通滤波器103，用来对在第一放大器102已放大的信号的所有频带进行滤波；第二放大器104，用来放大在第一带通滤波器103已经滤波的所有频带信号；调制器105，通过将在第二放大器104放大的诸信号和本机振荡频率混频来产生一个中间频率，分别地，用于一个90°相位键控；以及一个调制器112，用来调制在调制器105键控的中频信号并用来取得来自键控信号的数据。
调制器105包括一个温度补偿振荡器111，用来振荡产生一个基频；第一到第三中频发生器106到108，通过将根据来自温度补偿振荡器111的基频所产生的本机振荡频率与从第二放大器104输入的信号进行混频来顺序地产生中频；一个增益控制放大器109，用来输出从第三中频发生器108输出的中频信号的电平变化；第六放大器110，用来将在增益控制放大器109放大的中频信号再放大到一预定的电平，并将已放大的信号传递到调制器112。
第一中频发生器106包括第一相位同步环路106a，它通过从温度补偿振荡器111振荡的基频来产生一个本机振荡频率；第一混频器106b将第一相位同步环路106a处产生的本机振荡频率与来自第二放大器104的卫星广播信号混频；第二带通滤波器106c对第一混频器106b的输出信号进行滤波；而第三放大器106d用来放大在第二带通滤波器106c处已滤波的频带信号，并将已放大的信号输入到第三放大器106d。
第二中频发生器107和第一中频发生器106一样，由第二相位同步环路107a、第二混频器107b，第三带通滤波器107c和第四放大器107d组成。
此外，第三中频发生器108与第一和第二中频发生器106和107一样，由第三相位同步环路108a、第三混频器108b、第四带通滤波器108c和第五放大器108d组成。
调制器112包含一个科斯塔环路113，用于键控在调制器105键控的中频；和一个采样电路114，用以输出从科期塔环路113输出的信号。
科期塔环路113包括第一和第二相位检测电路113a和113b对来自调制器105的第六放大器110的信号进行键控；第一和第二低通滤波器113d和113i分别地通过低于由第一和第二相位检测电路113a和113b输出的截止频率的频率；乘法器113e用于输出成比例于通过第一和第二低通滤波器113d和113i的两输入信号乘积的值；第三低通滤波器113f对乘法器113e的输出信号进行滤波；积分器113g输出比例于在第三低通滤波器113f滤波信号的积分值；压控振荡器113h用于振荡产生一控制电压，其振荡频率由积分器113g输出的积分值决定，并将此振荡频率输入到第一相位检测电路113a；一个90°相移器113c，它将压控振荡器113h的输出信号相移90°，并将此相移信号送到第二相位检测电路113b。
此外，采样电路114包括一比较器114a，用于将经过第二低通滤波器113i的调制模拟信号波分离为正电压和负电压；还有一时钟发生器114b用于采集根据比较器114a输入值的来自第二低通滤波器113i输入的信号。
如上所述，使用L波段相移键控方法的常规的卫星通信接收装置是将由L波段接收天线100所接收的卫星通信信号通过低噪音放大器101转换为一预定的电平，并通过第一放大器102放大该信号，再通过第一带通滤波器103进行滤波。
经过第一带通滤波器103滤波的卫星广播信号再经过第二放大器104放大和输出。
经过第二放大器104放大的信号与由温度补偿振荡器111和第一中频发生器106的第一相位同步环路106a振荡产生的频率经过第一混频器106b进行混频，经过第二带通滤波器106c滤波，经过第三放大器106d放大，输入到第二中频发生器107。由第三放大器106d输出的信号顺序地输入到第二中频发生器107和第三中频发生器108。
第三中频由于输入电平变化经过增益控制放大器109而得到补偿，它经第六放大器110放大并输入到调制器112。
此时，如从那里输入的信号是X1，则X1经过第二相位检测电路113b在第一低通滤波器113d处滤波并被输入到乘法器113e。此时，如输入到乘法器113e的信号是X3，则在乘法器113e处输出的信号与两个输入信号成比例。
通过第三低通滤波器113f滤波的信号，经积分器113g积分，输入到压控振荡器113h。
压控振荡器113h根据控制电压V+输出振荡频率并以90°相移的形式输入该频率到第一和第二相位检测电路113a和113b。
科斯塔环路113输出的信号输入到时钟发生器114b和采样电路114。其中一部分以原输入的状态输入，而另一部分，以在时钟产生电路114b中产生时钟所需要的信号通过比较器114a输入。
时钟产生电路114b将从天线100接收的信号调制为数字信号。
然而，因为运用L波段相移键控方法的常规的卫星通信接收设备为了要调制L波段相移键控信号而利用多相混频器，在第三中频产生器处产生第三中频，并从第三中频调制所希望的数字数据，为了得到基本振荡频率，就需要附加许多带通滤波器，混频器，相位同步环路和温度补偿振荡电路，因而引起相对复杂的设计过程和不希望的部件。
因此，本发明的目的就是提供一个卫星通信接收设备，特别是能够接收卫星通信广播的一个卫星通信接收设备，其是使用L波段和相移键控(PSK)并与用于科斯塔环中的压控振荡器和用于中频设备中本机振荡器共用一个温度补偿压控振荡器来实现的。因此获得有效的卫星通信广播接收并且便于使其简化。
一种卫星通信接收设备，其特征在于，包括：调制装置，用于混频通过L波段接收天线，低噪音放大装置、第一带通滤波器装置得到的卫星广播接收信号和按照施加到所述调制装置的基频信号所得到的本地振荡频率，以产生一中频信号；以及解调装置，用于按照从所述调制装置输出的中频信号，产生一温度补偿压控振荡信号，输入所述温度补偿压控振荡信号至所述调制装置，作为一基频信号，并将所述中频信号恢复为所述卫星广播接收信号。
图1是表示使用常规相位键控的卫星通信的频谱图。
图2是一框图表示常规的卫星通信接收设备。
图3是一框图表示依据本发明的卫星通信接收设备。
图4是表示压控电路的电压和图3所示基频之间的关系图。
图5是一状态图，它表示两个频率的同步适应于图3所示的中频小于基频的初始状态。
图6是一状态图，它表示两个频率的同步适应于图3所示的中频大于基频的初始状态。
参考图3，它示出了依据本发明的卫星通信接收设备的框图。如图示，本发明一个L波段接收天线200，用来接收来自卫星的卫星通信广播信号；一个低噪音放大器201，在没有不希望的噪音的状态下，用来降低由L波段接收天线200所接收的卫星广播信号的一个频率；一个第一放大器202，用于将在低噪音放大器201变换的卫星广播信号放大到一预定电平；第一带通滤波器203，用于对在第一放大器202已放大的信号的所有频带进行滤波；第二放大器204用于将在第一带通滤波器203滤波的所有频带信号放大到一预定的水平；调制器205用来使第二放大器204放大的信号与依据外部基频产生的本机振荡频率进行混频以产生一个单独的中频，调制器205还用来使混频信号相移90°；解调器206用来使在调制器205键控的中频信号解调为原始信号，还用来获取来自解调信号中的数据。
调制器205包括一混频装置205b，用来根据来自解调器206的基频振荡产生一本机振荡频率；混频器205a使在混频装置205b振荡产生的本机振荡频率与来自第二放大器204输入的信号进行混频；第二带通滤波器205c对从混频器205a输出的中频信号进行滤波；第三放大器205d用于将在第二带通滤波器205c滤波的中频信号放大到一预定的电平；增益控制放大器205e用来输出在第三放大器205d放大的中频信号；第四放大器205f用来使在增益控制放大器205e得到增益控制的中频信号放大到一预定的电平，并将此已放大的信号送到解调器206。
解调器206包括一个科斯塔环路207，它利用基频以恢复在调制器205中调制的相移超过90°的中频，还包括一个采样电路208，用来采样科斯塔环路207解调的信号和用来获取已解调的数据。
科斯塔环路207包括第一和第二相位检测电路207a和207c用于解调来自调制器205接收的信号；第一和第二低通滤波器207d和207j用于对来自第一和第二相位检测电路207a和207c输入的信号进行低通滤波；乘法器207e用于使其输出值比例于第一和第二低通滤波器207d和207j输出信号的乘积；第三低通滤波器207f用于对由乘法器207e输出的信号进行低通滤波；积分器207g用来对第三低通滤波器207f滤波的信号进行积分；复位电路207h用来使积分器207f复位；温度补偿压控电路207i依据由积分207g输出的积分值决定的温度来补偿输出频率的变化；以及在温度补偿压控振荡电路207i后的90°相移器，使振荡频率相移90°，并将相移的频率供给第二相位检测电路207c。
采样电路208包括一个比较器208a，它以零电压为基准将在第二低通滤波器207j滤波的信号波分为正电压和负电压，还包括一个时钟产生电路208b，用于产生时钟信号，它与在比较器208a进行比较的信号波同步，并且用于采样该信号。
现在将对本发明的工作作详细的解释。
在使用相移键控方法的卫星通信中，从L波段接收天线所接收的频谱示于图1。
如图示，可在从信道1到信道N的所有信道中，选择一个信道。
通过L波段接收天线所接收的卫星广播信号在低噪音放大器201进行频率转换。
由低噪音放大器201输出的信号在第一放大器202被放大达到一预定的电平，并在第一带通滤波器203进行滤波。
此时，带通滤波203的带宽BW如图1所示，覆盖了从信道1到信道N。
带通滤波器203处的已滤波的信号在第二放大器204被放大到一预定的电平，并被输入到调制器205的混频器205a。
调制器205的混频器205a通过将混频装置205b输入的本机振荡频率与第二放大器204输入的卫星广播信号混频的方法来检测出中频，这时，用于混频装置205b中的基频来自用于科斯塔环路207中的温度补偿压控振荡电路207i。
为了产生这些频率，预先将中频设置为一个频率，此时，中频FIF，本机振荡频率FLO，以及高频FRF之间的关系可以用公式给出：FIF＝FLO-FRF。
这样，为了在混频装置205b接收所希望的信道，频率应来自公式：本机振荡频率FLO＝高频FRF+中频FIF。
通过上述公式产生的中频信号在第二带通滤波器205c进行带通滤波，通过第三放大器205d被放大到一预定的电平，并被输入到增益控制放大器205f。
增益控制放大器205e自动地补偿输入信号的电平变化，并将补偿的信号输入到第四放大器205f。
第四放大器205f放大增益控制放大器205e所补偿的信号，并将被放大的信号输入到科斯塔环路207的第一和第二相位检测电路207a和207c。
此时，如果输入到第一和第二相位检测电路207a和207c的信号是Y1，则Y1与温度补偿压控振荡器207i振荡产生的基频相混频，在第二低通滤波器207j进行低通滤波，并输入到乘法器207e和采样电路208的比较器208a。
此时，来自第二低通滤波器207j的信号是Y2。
同时，从调制器205输出的Y1通过第二相位检测电路207c与相移超过90°的基频相混频，通过第一低通滤波器207d进行低通滤波，并输入到乘法器207e。
此时，来自第一低通滤波器的信号是Y3，乘法器207e的输出信号与第二低通滤波器207j的输出Y2和第一低通滤波器207d的输出Y3成正比。
由乘法器输出的信号在第三低通滤波器207f进行低通滤波，并输入到积分器207g。
积分器207g根据在复位电路207h所产生的复位信号产生用于温度补偿压控振荡器207i的控制电压，复位电路207h连接到那里是为了设置一个初始值给处在电路初始状态下的温度补偿压控振荡器207i。
积分器207g输出的信号输入到温度补偿压控振荡器207i，由控制电压产生的振荡频率输入到Y2和Y3。这里，当振荡频率输入到Y3时，通过90°移相器207b，它被移相90°。
此外，由温度补偿压控振荡器207i输出的基频被输入到调制器205的混频装置205b。
因此，温度补偿电压环路207i的基频与科斯塔环路207中混频设备205b的输出频率是相互配合的。
科斯塔环路滤波器207的第二低通滤波器207j输出的信号被输入到时钟产生电路208b和采样电路208的比较器208a，其中一部分是以它的原状态输出，而另一部分是通过比较器208a以产生时钟所需要的信号输出。
借助于上述的工作，在时钟产生电路208b产生了同步于输入数据的时钟，由L波段接收天线输入的信号通过对时钟采样来进行数字调制。
然而，在初始状态，两个频率在实际上并不能相互一致。
现在解释一下在上述不一致的情况下本发明是如何工作的。开始，如图4所示，中频和温度补偿压控振荡器207i的电压之间的关系和初始状态的基频已在这里示出。这时，与积分器207g连接的复位电路207h上的电压值是2.5V。
如果第一中频FIF小于基频FREF，当电源加到那里时，初始电压是+2.5V。
根据电压值，基频已知，此后并产生了混频装置205b的本机振荡频率。此时，如果其他条件相同，当基频大时，本机振荡频率因此也大。
如果中频小于基频，为了增加基频，通过增加科斯塔环路207上的电压值，本机振荡频率因而增加，此后中频也随之增加。
中频FIF′和基频FREF′之间的关系满足条件“中频FIF′＝基频FREF′”。
如果假设本地振荡频率等于N次基频，而基频的变化在+1[Hz]和-1[Hz]之间的范围内，则本地振荡频率变化为N[Hz]和-N[Hz]。
当初始电压值为+2.5V，而且有一差值“Δ频率＝基频-中频”时，温度补偿压控振荡器207i的一个输出频率即基频随科斯塔环路207电值增加而增加。
如果基频增加X[HZ]，则本机振荡频率增加NX[HZ]。
一个这换的中频，一个基频，和一个本机振荡频率之间的关系，即中频FIF′，基频FREF′，和本机振荡频率FLO间的关系如下：
这里，基频FREF′＝基频FREF+X，和
本机振荡频率FLO′＝本机振荡频率FLO+NX
中频FIF′＝本机振荡频率FLO′-高频＝本地振荡频率-高频+NX＝中频+NX
为了调制所接收的数据，条件“中频FIF′＝基频FREF′”是满足的，那时“基频+X”应等于“中频+NX”，也就是，当“X＝(基频-中频)/(N-1)”时，数据是已调制的。
也就是说，当科斯塔环路207改变了电压值并产生了基频FREF′，这就使得接收机的所有频率同步，因而使得相位同步。
当第二中频FIF大于基频FREF时，2.5V的初始值加于温度补偿压控振荡电路207i，就产生了如图6所示的基频，从而在混频装置205b产生了本机振荡频率。
如图6所示，满足“中频FIF″＝基频FREF″”条件的过程如下。
当“本机振荡频率＝N次基频”和“中频-基频＝Δ频率”的条件满足时，通过减小科斯塔环路207的电压值可使基频降低，那里的初始值加到混频装置作为初始值，因此中频也会降低。
当基频减少X[HZ]时，本机振荡频率减少NX[HZ]。
如果变换的频率，基频，本机振荡频率分别地是中频FIF″，基频FREF″，和本机振荡频率FLD″，则关系如下。
这里，基频″＝基频-X，和
本机振荡频率″＝本机振荡频率-NX，
可得到公式：“中频”＝本机振荡频率″-高频＝本机振荡频率-高频-NX＝中频-NX”。
为了使所接收的数据是可被调制的，条件“中频″＝基频-NX”，也就是“X＝(中频-基频)/(N-1)”应该满足，由此才能保证相位同步。
通过第一和第二过程，科斯塔环207所产生的数据引出与输入数据速率相一致的时钟，因此，完全的数字数据在采样电路208得到恢复。
如上所述，能够接收卫星通信广播的卫星通信接收设备是通过使用L波段和相移键控(PSK)并与用于科斯塔环中的压控振荡器和用于中频设备中的本机振荡器共用一个温度补偿压控振荡器来实现的。由此获得有效的卫星通信广播接收，并且便于使其简化。

Claims (3)

1.一种卫星通信接收设备，其特征在于，包括：
调制装置，用于混频通过L波段接收天线，低噪音放大装置、第一带通滤波器装置得到的卫星广播接收信号和按照施加到所述调制装置的基频信号所得到的本地振荡频率，以产生一中频信号；以及
解调装置，用于按照从所述调制装置输出的中频信号，产生一温度补偿压控振荡信号，输入所述温度补偿压控振荡信号至所述调制装置，作为一基频信号，并将所述中频信号恢复为所述卫星广播接收信号。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述调制装置包括：
混频装置，根据解调装置输入的基频信号，产生一本地振荡频率；
混频部件，用于混频所述混频装置的输出信号和所述卫星广播接收信号；
第二带通滤波器装置，用于检测所述混频部件输出信号中的中频信号；
放大装置，用于放大所述第二带通滤波器装置的输出信号；以及
增益控制放大装置，用来补偿所述放大装置放大的中频信号的电平变化，并将补偿的中频信号输出到调制装置。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述解调装置包括：
第一和第二相位检测装置，用于根据施加到调制装置的基准信号，相位检测调制装置输出的信号；
第一和第二低通滤波器装置，用于检测所述第一和第二相位检测装置输出信号中的低通信号；
乘法器，用于将第一和第二低通滤波器装置的输出信号相乘；
第三低通滤波器装置，用于从所述乘法器检测低通信号；
积分装置，用于对从所述第三低通滤波器装置的输出的输出信号进行积分；
复位装置，用于复位所述积分装置和输出一个预先设定的初始值；
温度补偿压控振荡装置，用于补偿温度的变化和根据积分装置的输出信号输出一基频信号，并将该基频信号输入至第一相位检测装置；
90°移相器，使所述温度补偿压控振荡装置的相位移相90°，并向第一相位检测装置输入该基准信号；以及
采样装置，用于采样第一低通滤波器装置的输出信号。
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