CN111404544A - 内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源 - Google Patents

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    • H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop

Abstract

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其包括MCU、MOSFET管、内部晶振参考源单元、外部参考源单元、RF开关、PLL鉴相器、VCO及倍频放大单元；内部晶振参考源单元及外部参考源单元并联接入RF开关，MOSFET管分别与直流电源、内部晶振参考源单元及MCU连接，MCU分别与上位机、RF开关及PLL鉴相器连接，PLL鉴相器分别与RF开关、MCU、VCO及倍频放大单元连接，VCO与PLL鉴相器及倍频放大单元连接。本发明提供的装置能够实现内外参考信号自动转换以达到同步通信和解决多频段多本振问题。

Description

内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源。
背景技术
随着通信技术的发展，微波通信特别是卫星通信的发展，促进了各种射频组件的发展，作为各种通信系统的核心部件的频率合成器，虽然已经有很多年的发展历史，其理论可谓相当完善，目前正朝着模块化、小型化、低功耗、高频谱的方向发展，尤其卫星通信领域，目前ku频段的收发占据了重要地位，本研究的频率合成器是解决目前卫星通信领域的收发组件里面常用的内外参考的自适应以达到同步通信和解决多频段多本振的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供能够实现内外参考信号自动转换以达到同步通信和解决多频段多本振问题的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其包括MCU、MOSFET管、内部晶振参考源单元、外部参考源单元、RF开关、PLL鉴相器、VCO及倍频放大单元；
——内部晶振参考源单元包括内部晶振器及BF2，外部参考源单元包括外部信号检测器及BF1，内部晶振参考源单元及外部参考源单元并联接入RF开关；
——MOSFET管分别与直流电源及内部晶振参考源单元连接将直流电源的信号提供给内部晶振参考源单元；
——MOSFET管分别与直流电源、内部晶振参考源单元及MCU连接，MCU控制其是否将直流电源的信号提供给内部晶振参考源单元，MCU上电默认选通内部晶振参考源单元至PLL鉴相器，当外部参考源单元检测到有外部参考信号输入时，MCU自动使RF开关切换选通外部参考信号，并且用户根据需要输入指令给MCU，MCU控制PLL鉴相器选择使用不同的本振频点，实现跳频；
——PLL鉴相器分别与RF开关、MCU、VCO及倍频放大单元连接，将VCO的高频信号及内部晶振参考源单元或外部参考源单元的参考信号进行比相，使二者的信号保持相同的相位，将VCO频率锁定在外部参考频率或内部参考频率的N倍频上；
——VCO与PLL鉴相器及倍频放大单元连接，将直流电源的直流信号转变为微波信号，经PLL鉴相后，输出稳定的低相位噪声信号给倍频放大单元；
——倍频放大单元将VCO输出的稳定的低相位噪声信号变为KU波段信号，并放大至需要的本振功率之后输出，以满足卫星通信地面站系统的使用要求。
进一步，倍频放大单元包括倍频器、BF3及AMP。
优化的，倍频器为4倍频器。
进一步，外部信号检测器为10M信号检测器。
进一步，VCO包括LI、L2、L3、G1、G2、谐振器、振荡管、多个电阻及电容，其中LI、L2、L3、G1、G2及谐振器(在电路中等效为一个高Q值电感)与振荡管一起构成振荡回路，将直流能量激励为微波信号，改变供给G1、G2的VT电压改变G1、G2的电容值使振荡管的输出频率产生变化，R2、R3、R4、R5主要是设置晶体管的静态工作点，R6、R7、R8组成π型衰减器，C1、C3为耦合电容，C2、C4为退耦电容。
优化的，LI、L2、L3均为高Q值电感，G1、G2为高Q值变容二极管，谐振器为同轴陶瓷谐振器，振荡管为双极性硅基晶体管。
发明的有益效果
本发明保护的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源具有如下优点：
1、可以自动检测外部有无参考信号，如果有外部参考则自动切换至外部参考源。
2、可跳频，用户根据需要可以选择使用不同的本振频点。
3、低相位噪声。
4、采用倍频的方式得到KU波段12.8G～13.05GHz的本振频点。
附图说明
图1为本发明硬件原理框图；
图2为VCO内部原理框图；
具体实施方式
内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其包括MCU、MOSFET管、内部晶振参考源单元、外部参考源单元、RF开关、PLL鉴相器、VCO及倍频放大单元；
——内部晶振参考源单元包括内部晶振器及BF2，外部参考源单元包括外部信号检测器及BF1，内部晶振参考源单元及外部参考源单元并联接入RF开关；RF开关为PIN二极管集成的开关，可实现外部参考源单元与内部晶振参考源单元之间的转换。
——MOSFET管分别与直流电源、内部晶振参考源单元及MCU连接，MCU控制其是否将直流电源提供给内部晶振参考源单元；
——MCU分别与上位机、RF开关及PLL鉴相器连接，MCU上电默认选通内部晶振参考源单元至PLL鉴相器，当外部参考源单元检测到有外部参考信号输入时，MCU自动使RF开关切换选通外部参考信号，并且用户根据需要输入指令给MCU，MCU控制PLL鉴相器选择使用不同的本振频点，实现跳频；
——PLL鉴相器分别与RF开关、MCU、VCO及倍频放大单元连接，将VCO的高频信号及内部晶振参考源单元或外部参考源单元的参考信号进行比相，使二者的信号保持相同的相位，将VCO频率锁定在外部参考频率或内部参考频率的N倍频上，相位噪声与参考源相位噪声可以为20logN的关系。
——VCO与PLL鉴相器及倍频放大单元连接，将直流电源的直流信号转变为微波信号，经PLL鉴相后，输出稳定的低相位噪声信号给倍频放大单元；
——倍频放大单元将VCO输出的稳定的低相位噪声信号变为KU波段信号，并放大至需要的本振功率之后输出，以满足卫星通信地面站系统的使用要求。
进一步，倍频放大单元包括倍频器、BF3及AMP，VCO输出的稳定的低相位噪声信号输入至倍频器，经滤波器BF3滤除基频及其他杂散信号后输入放大器AMP，放大至需要的本振功率(+15DBM)之后输出。
优化的，倍频器为4倍频器，可以使VCO输出的稳定的低相位噪声信号变为12.8G～13.05G的KU波段信号。
进一步，外部信号检测器为10M信号检测器。
进一步，VCO包括LI、L2、L3、G1、G2、谐振器、振荡管、多个电阻及电容，其中LI、L2、L3、G1、G2及谐振器(在电路中等效为一个高Q值电感)与振荡管一起构成振荡回路，将直流能量激励为微波信号，改变供给G1、G2的VT电压，改变G1、G2的电容值使振荡管的输出频率其频率值从3.2G变为3.625G，R2、R3、R4、R5主要是设置晶体管的静态工作点，R6、R7、R8组成π型衰减器，起到匹配输出端阻抗的作用，C1、C3为耦合电容，起到隔离直流，通过高频信号的作用，C2、C4为退耦电容，起到滤除纹波的作用，使其最后相位噪声小于-102dBC/Hz@10KHz，-118dBC/Hz@100KHz，最后经4倍频至KU波段后相位噪声为-90dBC/Hz@10KHz，-106dBC/Hz@100KHz，满足卫星通信地面站系统的使用要求。(卫星通信地面站系统相位噪声的要求为-85dBC/Hz@10KHz，-95dBC/Hz@100KHz)。
优化的，LI、L2、L3均为高Q值电感，G1、G2为高Q值变容二极管，谐振器为同轴陶瓷谐振器，振荡管为双极性硅基晶体管，可以起到输出稳定的比较纯净的微波信号的作用，达到所需的降噪效果。
本发明保护的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，晶振输出的高稳定信号经过BF2低通滤波器进入RF开关，MCU上电默认选通晶振信号至PLL鉴相器，与来自VCO的高频信号进行相位比较，输出相位误差电压VT反馈给VCO，使VCO频率始终锁定在参考信号的N倍频上，且相位相同，相位噪声与参考源相位噪声为20logN的关系；
当参考信号(10M检测)检测器检测到有外部参考信号输入时，MCU自动使RF开关切换选通外部参考信号，同时发送指令给MOSFET管，关闭供给晶振的直流电源，这样VCO频率就锁定在外部参考频率的N倍频上，VCO输出的稳定的低相位噪声信号输入至4倍频器，变为12.8G～13.05G的KU波段信号，经滤波器BF3滤除基频及其他杂散信号后输入放大器AMP，放大至需要的本振功率(+15DBM)之后输出。
本发明保护的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源可以自动检测外部有无参考信号，没有就默认使用内部晶振作为参考源，如果有外部参考则自动切换至外部参考源；同时用户可以根据需要输入指令给MCU，MCU控制PLL鉴相器选择使用不同的本振频点，实现跳频；并且采用倍频的方式得到低噪声、KU波段12.8G～13.05GHz的本振频点。
综上所述，本发明所保护的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，能够实现内外参考信号自动转换以达到同步通信和解决多频段多本振问题。
对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，包括MCU、MOSFET管、内部晶振参考源单元、外部参考源单元、RF开关、PLL鉴相器、VCO及倍频放大单元；
——内部晶振参考源单元包括内部晶振器及BF2，外部参考源单元包括外部信号检测器及BF1，内部晶振参考源单元及外部参考源单元并联接入RF开关；
——MOSFET管分别与直流电源、内部晶振参考源单元及MCU连接，MCU控制其是否将直流电源的信号提供给内部晶振参考源单元；
——MCU分别与上位机、RF开关及PLL鉴相器连接，MCU上电默认选通内部晶振参考源单元至PLL鉴相器，当外部参考源单元检测到有外部参考信号输入时，MCU自动使RF开关切换选通外部参考信号，同时发送指令给MOSFET管，关闭供给内部晶振参考源单元的直流电源，并且用户根据需要输入指令给MCU，MCU控制PLL鉴相器选择使用不同的本振频点，实现跳频；
——PLL鉴相器分别与RF开关、MCU、VCO及倍频放大单元连接，将VCO的高频信号及内部晶振参考源单元或外部参考源单元的参考信号进行比相，使二者的信号保持相同的相位，将VCO频率锁定在外部参考频率或内部参考频率的N倍频上；
——VCO与PLL鉴相器及倍频放大单元连接，将直流电源的直流信号转变为微波信号，经PLL鉴相后，输出稳定的低相位噪声信号给倍频放大单元；
——倍频放大单元将VCO输出的稳定的低相位噪声信号变为KU波段信号，并放大至需要的本振功率之后输出，以满足卫星通信地面站系统的使用要求。
2.根据权利要求1所述的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，所述倍频放大单元包括倍频器、BF3及AMP。
3.根据权利要求2述的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，所述倍频器为4倍频器。
4.根据权利要求1所述的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，所述外部信号检测器为10M信号检测器。
5.根据权利要求1述的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，所述VCO包括LI、L2、L3、G1、G2、谐振器、振荡管、多个电阻及电容，其中LI、L2、L3、G1、G2及谐振器在电路中等效为一个高Q值电感与振荡管一起构成振荡回路，将直流能量激励为微波信号，使振荡管的输出频率产生变化，R2、R3、R4、R5主要是设置晶体管的静态工作点，R6、R7、R8组成π型衰减器，C1、C3为耦合电容，C2、C4为退耦电容。
6.根据权利要求6述的内外参考信号自适应Ku波段低相位噪声频率源，其特征在于，LI、L2、L3均为高Q值电感，G1、G2为高Q值变容二极管，谐振器为同轴陶瓷谐振器，振荡管为双极性硅基晶体管。
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