CN207039620U - 一种基于gps或北斗信号时钟同步的多本振下变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其包括有射频处理模块、混频模块、中频放大模块、本振选择模块和时钟同步模块，本振选择模块用于接收上位机输出的一组低频信号，并将该低频信号转换为一个用于表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号，之后将该模拟电压信号输出至混频模块；时钟同步模块包括有锁相环电路，时钟同步模块用于接收来自GPS或北斗信号的同步1PPS信号，通过锁相环电路将该1PPS信号倍频为参考时钟源频率信号；混频模块用于输出中频信号；中频放大模块用于将中频信号进行放大后输出至下级用户。本实用新型可提高本振信号的频率稳定度，以及实现与卫星信号以及地面发射主站信号的时钟同步。

Description

一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器

技术领域

本实用新型涉及用于卫星信号接收设备的射频信号下变频装置，尤其涉及一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器。

背景技术

在卫星通信系统中，卫星的下行信号为了避免大气的电离层反射，采用了透射性较强的C波段、KU波段甚至KA波段的频率，而这种射频信号不能直接被地球地面站设备接收，需要首先经过一个下变频设备即LNB，将射频信号变频到中频L波段，而后输出至后端解调设备处理。因此，LNB作为卫星信号地面接收站的前端系统，其噪声系数、相位噪声、频率稳定度等指标对个整个信号接收链路的性能起着决定性作用。

现有技术中的一种下变频器结构如图1所示，包括有低噪声放大器10、滤波器11、混频器12、中频放大器13和微波介质陶瓷谐振器，微波介质陶瓷谐振器包括谐振腔14、微波介质15和晶体管16，在该技术方案中，本地振荡器的实现采用的是微波介质陶瓷谐振器，晶体管16基于微波介质15构成的反馈网络，在谐振腔14中自由振荡，输出一本振信号提供给混频器12，在该方案中，本振频率受控于微波介质的尺寸大小以及谐振腔大小限制。

这种方案的缺陷在于：因采用了自由振荡的方式，使得本振信号的频率稳定性无法保证，同时，频率受温度的影响较为严重，温度变化剧烈时，有可能使得振荡频率超出工作范围，导致无法接收到卫星信号。

现有技术中的另一种下变频器结构如图2所示，包括有低噪声放大器20、滤波器21、混频器22、中频放大器23、分频器24、鉴相器25、积分滤波器26、压控振荡器27和晶振28，在该技术方案中，压控振荡器27通过分频器24将振荡频率进行分频，而后与一晶振28进行鉴相鉴频，产生一误差电压，经过积分滤波器26滤波后，对压控振荡器27的输出频率进行调节，直到鉴相器25的输出电压稳定，同时输出稳定的本振频率信号至混频器22。该方案利用的晶体振荡器频率的高稳定性，组成一个闭环并使得本振频率受控，在一定程度上改善了本振频率的稳定性。

这种方案的缺陷在于：首先，采用了大量的分立器件构成锁相回路，需要占用较大的印刷电路板面积；其次，该接收系统的时钟同样是本地时钟，并没有与卫星以及地面发射主站的时钟同步；此外，一套产品只能提供一种本振频率信号，如果系统需要即时更换本振频率，往往需要对硬件进行更换。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，用以提高本振信号的频率稳定度，实现与卫星信号以及地面发射主站信号的时钟同步，并能够通过上位机信号来控制本振频率。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其包括有射频处理模块、混频模块、中频放大模块、本振选择模块和时钟同步模块，所述射频处理模块的输出端、本振选择模块的输出端和时钟同步模块的输出端分别连接于混频模块，所述混频模块的输出端连接于中频放大模块，其中：所述射频处理模块的输入端通过一波导连接于卫星地面站的接收天线输出端，所述射频处理模块用于将波导传输的卫星下行信号转换为下行微波信号，并将所述下行微波信号进行低噪放大以及滤除掉带外杂散信号和镜像频率信号后输出到混频模块；所述本振选择模块的输入端用于连接上位机，所述本振选择模块用于接收上位机输出的一组低频信号，并将该低频信号转换为一个用于表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号，之后将该模拟电压信号输出至混频模块；所述时钟同步模块包括有锁相环电路，所述时钟同步模块用于接收来自GPS或北斗信号的同步1PPS信号，通过所述锁相环电路将该1PPS信号倍频为参考时钟源频率信号；所述混频模块包括有本振电路和混频器，所述本振选择模块输出的模拟电压信号和时钟同步模块输出的参考时钟源频率信号分别传输至本振电路，本振电路用于将所述模拟电压信号调谐到与所述参考时钟源频率信号同步的本振频率信号，所述混频器用于将所述本振频率信号与所述下行微波信号进行非线性频率变换，将所述本振频率信号与所述下行微波信号的差频作为中频信号并传输至中频放大模块；所述中频放大模块用于将所述中频信号进行放大后输出至下级用户。

优选地，所述波导为矩形波导。

优选地，所述射频处理模块包括有波导转微带电路，所述波导转微带电路用于将波导传输的卫星下行信号转换为能够在微带线传输的TEM模式的下行微波信号。

优选地，所述射频处理模块包括有两级低噪声放大器及一带通滤波器，所述低噪声放大器是用于对所述下行微波信号进行低噪放大的场效应管电路，所述带通滤波器是用于滤除下行微波信号中带外杂散信号和镜像频率信号的微带线结构。

优选地，所述本振选择模块包括有一低通滤波器及一频率电压转换器，所述低通滤波器用于对上位机输出的低频信号进行低通滤波后传输至频率电压转换器，所述频率电压转换器用于将所述低频信号转换为表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号。

优选地，所述时钟同步模块中的锁相环电路为数字锁相环。

优选地，所述混频模块是型号为RDA3566E或者型号为TFF1024HN的集成芯片。

本实用新型公开的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器中，通过GPS或北斗信号的1PPS信号同步本地时钟，保证了下变频器的频率稳定度，并且在无法接收到GPS或北斗信号的条件下，能够保持该同步时钟。在本振选择模块的作用下，通过模拟电压控制多本振信号频率的切换，增加了产品的可复用性。相比现有技术而言，本实用新型不仅提高了下变频系统中本振信号的频率稳定度，同时保证了该频率能够实时的同GPS或北斗信号时钟同步，克服了“动中通”系统在高速移动过程中，收发卫星信号时所产生多普勒频偏现象。此外，针对现有市场上的一个本振频率仅对应一套LNB的现象，本实用新型在同一套LNB中，集成了多个本振频率源，并能够通过上位机来控制本振频率，为实际应用提供了便利。

附图说明

图1为现有技术中的一种下变频器的组成框图。

图2为现有技术中的另一种下变频器的组成框图。

图3为本实用新型多本振下变频器的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。

本实用新型公开了一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，如图3所示，其包括有射频处理模块1、混频模块2、中频放大模块3、本振选择模块4和时钟同步模块5，所述射频处理模块1的输出端、本振选择模块4的输出端和时钟同步模块5的输出端分别连接于混频模块2，所述混频模块2的输出端连接于中频放大模块3，其中：

所述射频处理模块1的输入端通过一波导连接于卫星地面站的接收天线输出端，所述射频处理模块1用于将波导传输的卫星下行信号转换为下行微波信号，并将所述下行微波信号进行低噪放大以及滤除掉带外杂散信号和镜像频率信号后输出到混频模块2；

所述本振选择模块4的输入端用于连接上位机，所述本振选择模块4用于接收上位机输出的一组低频信号，并将该低频信号转换为一个用于表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号，之后将该模拟电压信号输出至混频模块2；

所述时钟同步模块5包括有锁相环电路，所述时钟同步模块5用于接收来自GPS或北斗信号的同步1PPS信号，通过所述锁相环电路将该1PPS信号倍频为参考时钟源频率信号；

所述混频模块2包括有本振电路和混频器，所述本振选择模块4输出的模拟电压信号和时钟同步模块5输出的参考时钟源频率信号分别传输至本振电路，本振电路用于将所述模拟电压信号调谐到与所述参考时钟源频率信号同步的本振频率信号，所述混频器用于将所述本振频率信号与所述下行微波信号进行非线性频率变换，将所述本振频率信号与所述下行微波信号的差频作为中频信号并传输至中频放大模块3；

所述中频放大模块3用于将所述中频信号进行放大后输出至下级用户。

上述多本振下变频器中，通过GPS或北斗信号的1PPS信号同步本地时钟，保证了下变频器的频率稳定度，并且在无法接收到GPS或北斗信号的条件下，能够保持该同步时钟。在本振选择模块的作用下，通过模拟电压控制多本振信号频率的切换，增加了产品的可复用性。相比现有技术而言，本实用新型不仅提高了下变频系统中本振信号的频率稳定度，同时保证了该频率能够实时的同GPS或北斗信号时钟同步，克服了“动中通”系统在高速移动过程中，收发卫星信号时所产生多普勒频偏现象。此外，针对现有市场上的一个本振频率仅对应一套LNB的现象，本实用新型在同一套LNB中，集成了多个本振频率源，并能够通过上位机来控制本振频率，为实际应用提供了便利。

作为一种优选方式，所述波导为矩形波导。

本实施例中，所述射频处理模块1包括有波导转微带电路，所述波导转微带电路用于将波导传输的卫星下行信号转换为能够在微带线传输的TEM模式的下行微波信号。

在此基础上，所述射频处理模块1包括有两级低噪声放大器及一带通滤波器，所述低噪声放大器是用于对所述下行微波信号进行低噪放大的场效应管电路，所述带通滤波器是用于滤除下行微波信号中带外杂散信号和镜像频率信号的微带线结构。

本实施例中的射频处理模块包括了波导转微带电路、两级低噪声放大器以及带通滤波器，波导转微带电路采用的是在矩形波导H面插入微带天线结构形式，低噪声放大器优选采用场效应管电路，带通滤波器优选采用了微带线结构。

作为一种优选方式，所述本振选择模块4包括有一低通滤波器及一频率电压转换器，所述低通滤波器用于对上位机输出的低频信号进行低通滤波后传输至频率电压转换器，所述频率电压转换器用于将所述低频信号转换为表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号。

关于时钟同步模块5的具体组成，所述时钟同步模块5中的锁相环电路为数字锁相环。

实际应用中，所述混频模块2是型号为RDA3566E或者型号为TFF1024HN的集成芯片。该混频模块2可以是锐迪科微电子有限公司的RDA3566E集成芯片，也可以是恩智浦半导体公司的TFF1024HN集成芯片，用以实现同种功能。

本实用新型公开的多本振下变频器，其具体的工作过程优选为：

首先，上位机通过中频信号输出端口输入一组低频信号，本振选择模块通过一个低通滤波器选取该低频信号，并将此频率信号转换为一个可以表征为下变频器本振频率信号的模拟电压，并将此模拟电压输入到混频模块。与此同时，时钟同步模块接收来自GPS或北斗信号的同步1PPS信号，通过一个数字锁相环电路将此1PPS信号倍频到一个参考时钟源频率，即完成时钟同步。该参考时钟源频率信号而后输出到混频模块中本振电路。

之后，当混频模块的内部本振电路接收到上述的模拟电压以及参考时钟源后，将其本振频率调谐到一个所需要的频率，使得该频率能够保持与时钟同步模块所提供的参考时钟源同步，也即保持与GPS或北斗信号同步。与此同时，射频处理模块通过波导转微带电路将在波导在传输的卫星下行信号转换为能够在微带线传输的TEM模式微波信号，该微波信号通过低噪声放大电路将信号进行低噪放大后，通过一微带结构的带通滤波器，滤除掉带外杂散信号以及镜像频率信号后输出到混频模块。混频模块将成功同步的本振频率信号以及射频处理模块所提供卫星下行信号进行非线性频率变换，最终输出一个本振频率与卫星下行信号的差频，称之为中频信号。

最终，中频放大模块将产生的中频信号进行放大并通过中频输出端口输出到下级用户。

本实用新型不仅提高了下变频系统中本振信号的频率稳定度，还保证了该频率能够实时的同GPS或北斗信号时钟同步，克服了“动中通”系统在高速移动过程中，收发卫星信号时所产生多普勒频偏现象。同时，本实用新型在同一套LNB中，集成了多个本振频率源，并能够通过上位机控制本振频率。此外，本实用新型采用了集成芯片来进行设计，提高接收系统的集成度，同时降低产品的生产成本以及生产难度。

以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，包括有射频处理模块、混频模块、中频放大模块、本振选择模块和时钟同步模块，所述射频处理模块的输出端、本振选择模块的输出端和时钟同步模块的输出端分别连接于混频模块，所述混频模块的输出端连接于中频放大模块，其中：

所述射频处理模块的输入端通过一波导连接于卫星地面站的接收天线输出端，所述射频处理模块用于将波导传输的卫星下行信号转换为下行微波信号，并将所述下行微波信号进行低噪放大以及滤除掉带外杂散信号和镜像频率信号后输出到混频模块；

所述本振选择模块的输入端用于连接上位机，所述本振选择模块用于接收上位机输出的一组低频信号，并将该低频信号转换为一个用于表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号，之后将该模拟电压信号输出至混频模块；

所述时钟同步模块包括有锁相环电路，所述时钟同步模块用于接收来自GPS或北斗信号的同步1PPS信号，通过所述锁相环电路将该1PPS信号倍频为参考时钟源频率信号；

所述混频模块包括有本振电路和混频器，所述本振选择模块输出的模拟电压信号和时钟同步模块输出的参考时钟源频率信号分别传输至本振电路，本振电路用于将所述模拟电压信号调谐到与所述参考时钟源频率信号同步的本振频率信号，所述混频器用于将所述本振频率信号与所述下行微波信号进行非线性频率变换，将所述本振频率信号与所述下行微波信号的差频作为中频信号并传输至中频放大模块；

所述中频放大模块用于将所述中频信号进行放大后输出至下级用户。

2.如权利要求1所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述波导为矩形波导。

3.如权利要求2所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述射频处理模块包括有波导转微带电路，所述波导转微带电路用于将波导传输的卫星下行信号转换为能够在微带线传输的TEM模式的下行微波信号。

4.如权利要求3所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述射频处理模块包括有两级低噪声放大器及一带通滤波器，所述低噪声放大器是用于对所述下行微波信号进行低噪放大的场效应管电路，所述带通滤波器是用于滤除下行微波信号中带外杂散信号和镜像频率信号的微带线结构。

5.如权利要求1所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述本振选择模块包括有一低通滤波器及一频率电压转换器，所述低通滤波器用于对上位机输出的低频信号进行低通滤波后传输至频率电压转换器，所述频率电压转换器用于将所述低频信号转换为表征下变频器本振频率信号的模拟电压信号。

6.如权利要求1所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述时钟同步模块中的锁相环电路为数字锁相环。

7.如权利要求1所述的基于GPS或北斗信号时钟同步的多本振下变频器，其特征在于，所述混频模块是型号为RDA3566E或者型号为TFF1024HN的集成芯片。