CN110011718B - 参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质 - Google Patents

参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质。所述装置包括：第一功率放大器，用于接收多种不同参考频率的输入信号，并放大所述输入信号中指定频率的信号，抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；带通滤波器，与所述第一功率放大器连接，用于对所述第一功率放大器放大后的信号进行滤波，输出所述指定频率的信号；第二功率放大器，与所述带通滤波器连接，用于对所述指定频率的信号进行放大。采用本装置能够实现卫星通信系统中根据多种参考频率实现快速本振锁定。

Description

参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着Ka频段(Ka频段用于卫星通信的频率范围为27.5GHz-31GHz)高通量卫星的发展，Ka频段卫星终端的应用越来越多，但是由于Ka频段的本振频率是Ku频段(Ku频段用于卫星通信的频率范围为12GHz-14.5GHz)的2.2倍，相同参考性能的系统下，Ka频段的卫星终端发射相位噪声与Ku频段相比将恶化至少6.9dB，为了降低Ka频段的卫星终端发射相位噪声，通常采用50MHz参考频率的卫星通信系统优化Ka波段卫星设备的相位噪声。
目前的卫星通信系统大多只具有10MHz参考频率或者只具有50MHz参考频率，不能达到新旧系统兼容的要求。现有能够兼容10MHz参考频率和50MHz参考频率的卫星通信系统，如图1所示，通常在设备参考输入端口设置两个滤波器和检波器，以检测当前输入信号的频率，再将输入信号的电压通过AD转换模块传递给MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，MCU根据当前的参考频率对PLL(Phase Locked Loop，锁相环)配置不同的数据，达到本振锁定的目的。
现有技术存在如下问题：由于需要检波器对输入信号进行频率的判断，然后再根据判断的结果对PLL进行配置烧写，以达到对本振频率进行锁定的目的，此过程会导致锁定的时延增大，不能满足快速锁定通信系统应用的需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够根据多种参考频率进行快速本振锁定的参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质。
一种参考频率锁定装置，所述装置包括：
第一功率放大器，用于接收多种不同参考频率的输入信号，并放大所述输入信号中所述指定频率的信号，抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
带通滤波器，与所述第一功率放大器连接，用于对所述第一功率放大器放大后的信号进行滤波，输出所述指定频率的信号；
第二功率放大器，与所述带通滤波器连接，用于对所述指定频率的信号进行放大。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：锁相环，与所述第二功率放大器连接，用于对所述第二功率放大器放大后的所述指定频率的信号进行锁定。
在其中一个实施例中，所述参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种，所述指定频率为50MHz的参考频率。
在其中一个实施例中，所述第一功率放大器为高增益小功率放大器。
在其中一个实施例中，所述高增益小功率放大器的输入功率范围为-5dBm～+5dBm。
在其中一个实施例中，所述第一功率放大器为NPN晶体管放大电路。
一种参考频率锁定方法，所述方法包括：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中所述指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：将所述第二信号通过锁相环进行锁定。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
上述参考频率锁定装置、方法、计算机设备和存储介质，最终输出的是所述指定频率的信号，因此只需要按照指定频率对PLL(Phase Locked Loop，锁相环)进行参数配置，不需要对输入信号进行频率的判断，节约了锁定时间，能够快速锁定通信系统应用；由于PLL的硬件参数只是针对指定频率的信号进行设计，能够保证系统的相位噪声最优化；本申请通过两个功率放大器和一个滤波器，就实现了在多种不同参考频率的输入信号情况下，对本振频率进行锁定的目的，其中，所采用的器件少，并且装置的可靠性高、成本低和功耗小。
附图说明
图1为一个实施例中现有技术中参考频率锁定装置的电路原理框图；
图2为一个实施例中参考频率锁定装置的结构框图；
图3为一个实施例中参考频率锁定装置的电路原理框图；
图4为一个实施例中第一功率放大器的电路图；
图5为一个实施例中参考频率锁定方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，现有技术中，设置两个带通滤波器和检波模块，同时需要两个AD转换模块来实现，该方案逻辑复杂，成本高。在现有技术条件下，相同的硬件参数在匹配不同参考频率的信号时，很难达到和理论计算相近的相位噪声；现有技术中另一个问题是需要对参考频率进行检波逻辑判断，再根据检测结果对PLL进行配置烧写，锁相配置成功后本振频率才能准确锁定，时延非常大，不能满足部分要求快速锁定通信系统应用的需求。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种参考频率锁定装置，所述装置包括：第一功率放大器110、带通滤波器120和第二功率放大器130。其中：
第一功率放大器110，用于接收多种不同参考频率的输入信号，并放大所述输入信号中指定频率的信号，抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率。为便于说明，在下述各实施例中，以多种不同参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种，所述指定频率为50MHz的参考频率为例进行说明。可以理解，在其他实施例中，多种不同参考频率可以有所不同，设定的指定频率也可以有所不同。
其中，所述参考频率是时钟信号的频率，参考频率的作用是使整个卫星通信系统的时钟信号在频率和相位上都达到同步、达到良好的解调效果。
在其中一个实施例中，所述参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种。
带通滤波器120，与所述第一功率放大器连接，用于对所述第一功率放大器放大后的信号进行滤波，输出所述指定频率的信号。
其中，所述带通滤波器为窄带晶体滤波器。
第二功率放大器130，与所述带通滤波器连接，用于对所述指定频率的信号进行放大。
其中，所述第二功率放大器130为高增益小功率放大器，参数设置满足其工作在C类工作状态，以保证在全温段为后续设备提供稳定的参考信号。
具体的，所述第二功率放大器130的型号为NXP公司的BGA2867，该型号具有25dB以上的增益和8dBm的P1dB截止点。
在其中一个实施例中，如图2所示，所述参考频率锁定装置还包括：锁相环140，与所述第二功率放大器连接，用于对所述第二功率放大器放大后的所述指定频率的信号进行锁定。
在其中一个实施例中，所述第一功率放大器为高增益小功率放大器。其中，所述高增益小功率放大器的输入功率范围为-5dBm～+5dBm，保证所述高增益小功率放大器处于饱和工作状态，能激发多次谐波。具体的，高增益小功率放大器在激发出5次谐波后，由于高增益小功率放大器偏置谐振点设置在50MHz，其中，次谐波功率和基波功率相当，因此能够将次谐波中50MHz频率的信号提取出来并且放大。
具体的，所述第一功率放大器为NPN晶体管放大电路，所述NPN晶体管为DIODES公司的MMBT3904。
在其中一个实施例中，如图3所示，10MHz或者50MHz的输入信号从第一功率放大器PA1输入端输入，所述第一功率放大器PA1放大所述输入信号中50MHz频率的信号，抑制所述输入信号中其它频率的信号，50MHz频率的带通滤波器对第一功率放大器PA1输出放大后的信号进行滤波，输出50MHz频率的信号，第二功率放大器PA2对所述50MHz频率的信号进行放大，然后输入锁相环PLL。
在一个具体的实施例中，如图4所示，所述第一功率放大器PA1包括：NPN晶体管Q3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；其中，输入端通过所述电容C1与所述NPN晶体管的基极连接，所述NPN晶体管的基极通过所述电阻R1连接电源和通过所述电阻R2接地，所述NPN晶体管的集电极与所述电容C3和所述电感L1并联电路一端连接，所述电容C3和所述电感L1并联电路的另一端连接电源，所述NPN晶体管的集电极通过电容C4与所述输出端连接，所述NPN晶体管的发射集与所述电阻R3和所述电容C2并联电路一端连接，所述电阻R3和所述电容C2并联电路的另一端接地。
其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的电阻值分别为82KΩ、10KΩ、510Ω，使放大器处于深度饱和的D类工作状态，且具有一定的放大倍数，当10MHz的输入信号输入时，深度饱和的NPN晶体管Q3能够激发放大器的5次谐波。电感L1、电容C1具有阻流、调谐、选频的作用，电感L1、电容C1的谐振频率为50MHz，能将50MHz的信号放到最大，同时抑制而其它频率的信号。具体的，电容C1选用0603封装100pF电容，电感L1的选择是1008封装的1000nH的绕线电感，为了保证谐振选频的高效性，电容材质应选择低损耗的高稳定度的NPO(一种制作电容的材料的温度系数)材质。
上述参考频率锁定装置中，最终输出的是所述指定频率的信号，因此只需要按照指定频率对PLL(Phase Locked Loop，锁相环)进行参数配置，不需要对输入信号进行频率的判断，节约了锁定时间，能够快速锁定通信系统应用；由于PLL的硬件参数只是针对指定频率的信号进行设计，能够保证系统的相位噪声最优化；本申请通过两个功率放大器和一个滤波器，就实现了在多种不同参考频率的输入信号情况下，对本振频率进行锁定的目的，其中，所采用的器件少，并且装置的可靠性高、成本低和功耗小。
上述参考频率锁定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种参考频率锁定方法，所述方法包括步骤：
S210，接收多种不同参考频率的输入信号。
其中，所述参考频率是时钟信号的频率，参考频率的作用是使整个卫星通信系统的时钟信号在频率和相位上都达到同步、达到良好的解调效果。
在其中一个实施例中，所述参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种。
S220，放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率。
S230，对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号。
S240，对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
在其中一个实施例中，一种参考频率锁定方法还包括：将所述第二信号通过锁相环进行锁定。
关于参考频率锁定方法的具体限定可以参见上文中对于参考频率锁定装置的限定，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将所述第二信号通过锁相环进行锁定。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将所述第二信号通过锁相环进行锁定。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种参考频率锁定装置，其特征在于，所述装置包括：
第一功率放大器，用于接收多种不同参考频率的输入信号，并放大所述输入信号中指定频率的信号，抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率；其中，所述多种不同参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种，所述指定频率为50MHz的参考频率；所述第一功率放大器将谐振频率设置为50MHz，用于将50MHz的信号放到最大；
带通滤波器，与所述第一功率放大器连接，用于对所述第一功率放大器放大后的信号进行滤波，输出所述指定频率的信号，所述带通滤波器为50MHz的带通滤波器；
第二功率放大器，与所述带通滤波器连接，用于对所述指定频率的信号进行放大，所述第二功率放大器为高增益小功率放大器，用于在全温段为后续设备提供稳定的参考信号；
锁相环，与所述第二功率放大器连接，用于对所述第二功率放大器放大后的所述指定频率的信号进行锁定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一功率放大器为高增益小功率放大器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述高增益小功率放大器的输入功率范围为-5dBm~+5dBm。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一功率放大器为NPN晶体管放大电路。
5.一种参考频率锁定方法，其特征在于，所述方法包括：
接收多种不同参考频率的输入信号；
放大所述输入信号中指定频率的信号，并抑制所述输入信号中除所述指定频率之外其它频率的信号，得到第一信号，所述多种不同参考频率包括所述指定频率，其中，所述参考频率包括10MHz的参考频率和50MHz的参考频率中至少一种，所述指定频率为50MHz的参考频率，50MHz的信号能被放到最大；
对所述第一信号进行滤波，得到所述指定频率的信号，所述指定频率的信号为50MHz；
对所述指定频率的信号进行放大，得到第二信号；
将所述第二信号通过锁相环进行锁定。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求5所述的方法的步骤。
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