CN109286373B - Ku频段下变频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ku频段下变频器，包括：本振模块、变频模块和控制模块；其中，所述本振模块接收参考信号，并将输出的本振信号输出至所述变频模块，所述变频模块将输入的Ku频段射频输入信号转换为中频输出信号；所述控制模块连接于所述本振模块和变频模块，以进行频率的控制和状态的反馈。该Ku频段下变频器可以实现Ku频段较高输入频率通过下变频的方式输出低频率中频范围。

Description

Ku频段下变频器
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，具体地，涉及Ku频段下变频器。
背景技术
微波通信已成为几乎所有军用和民用通信***中最重要的方式之一。由于Ku频段的地面干扰小、功率大、频带宽，加上Ku频段接受天线效率较高，因此卫星通信大多数采用Ku频段。地面终端***中的中频频段大多数为950-1450MHz，为了将接受到的卫星信号在终端进行处理，Ku频段下变频器成为微波通信***中的关键器件之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ku频段下变频器，该Ku频段下变频器可以实现Ku频段较高输入频率通过下变频的方式输出低频率中频范围。
为了实现上述目的，本发明提供了Ku频段下变频器，该Ku频段下变频器包括：本振模块、变频模块和控制模块；其中，所述本振模块接收参考信号，并将输出的本振信号输出至所述变频模块，所述变频模块将输入的Ku频段射频输入信号转换为中频输出信号；所述控制模块连接于所述本振模块和变频模块，以进行频率的控制和状态的反馈。
优选地，所述本振模块包括：第一本振模块和第二本振模块，所述参考信号经过第一功分器分别输出至所述第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块采用抗震锁相同轴介质震荡电路得到一本振信号；所述第二本振模块通过固定点频得到二本振信号。
优选地，所述第一本振模块包括依次连接的以下部件：鉴相器、环路滤波器、一本振CRO组、第二功分器、第一放大器、第三功分器、倍频器和微带发夹滤波器；其中，所述第三功分器的一个输出端连接于所述倍频器，另一个输出端连接于所述鉴相器。
优选地，所述鉴相器为鉴相频率为50MHz的鉴相器，且所述鉴相器在最大频点输出时的相位噪声为-86dBc/Hz@100Hz、-95dBc/Hz@1kHz、-103dBc/Hz@10kHz、-102dBc/Hz@100kHz和-115dBc/Hz@1MHz。
优选地，所述第二本振模块包括依次连接的以下部件：第二放大器、谐波发射器、第一滤波器、第二滤波器、第三放大器和第三滤波器。
优选地，所述变频模块包括：第一次下变频模块，所述第一次下变频模块连接于所述第一本振模块的输出端，以将Ku频段射频输入信号与所述一本振信号混频输出第一次下变频信号；
第二次下变频模块，所述第二次下变频模块连接于所述第二下变频模块的输出端，以将所述第一次下变频信号与所述二本振信号混频输出中频信号。
优选地，所述第一次下变频模块包括依次连接的以下部件：第四放大器、第四滤波器、第一混频器、第五滤波器、第五放大器和衰减器；其中，所述第一混频器的输入端还连接有所述一本振信号。
优选地，所述第二次下变频模块包括依次连接的以下部件：第二混频器、第六滤波器、第二衰减器、第六放大器、第三衰减器、第七放大器、高通滤波器、第四功分器和低通滤波器；所述功分器输出中频输出信号。
优选地，所述控制模块通过串口连接于所述本振模块和变频模块。
优选地，所述第四滤波器和第五滤波器为MEMS滤波器；所述环路滤波器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第六滤波器、高通滤波器和低通滤波器为微带滤波器。
根据上述技术方案，本发明可以实现Ku频段较高输入频率通过下变频的方式输出低频率中频范围，同时相位噪声可以达到-65dBc/Hz@100Hz、-75dBc/Hz@1kHz、-85dBc/Hz@10kHz、-95dBc/Hz@100kHz、-107dBc/Hz@1MHz；中频输出增益可调；噪声系数和杂散输出小。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是说明本发明的一种本振模块的结构框图；
图2a是说明本发明的一种第一次下变频模块的结构框图；
图2b是说明本发明的一种第二次下变频模块的结构框图；
图3a是说明本发明的一种功能的控制模块的结构框图；以及
图3b是说明本发明的另一种功能的控制模块的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种Ku频段下变频器，该Ku频段下变频器包括：本振模块、变频模块和控制模块；其中，所述本振模块接收参考信号，并将输出的本振信号输出至所述变频模块，所述变频模块将输入的Ku频段射频输入信号转换为中频输出信号；所述控制模块连接于所述本振模块和变频模块，以进行频率的控制和状态的反馈。
在本发明的一种具体实施方式中，所述本振模块可以包括：第一本振模块和第二本振模块，所述参考信号经过第一功分器分别输出至所述第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块采用抗震锁相同轴介质震荡电路得到一本振信号；所述第二本振模块通过固定点频得到二本振信号。
在该种实施方式中，所述第一本振模块包括依次连接的以下部件：鉴相器、环路滤波器、一本振CRO组、第二功分器、第一放大器、第三功分器、倍频器和微带发夹滤波器；其中，所述第三功分器的一个输出端连接于所述倍频器，另一个输出端连接于所述鉴相器。
在该种实施方式中，所述鉴相器为鉴相频率为50MHz的鉴相器，且所述鉴相器在最大频点输出时的相位噪声为-86dBc/Hz@100Hz、-95dBc/Hz@1kHz、-103dBc/Hz@10kHz、-102dBc/Hz@100kHz和-115dBc/Hz@1MHz。
在该种实施方式中，所述第二本振模块包括依次连接的以下部件：第二放大器、谐波发射器、第一滤波器、第二滤波器、第三放大器和第三滤波器。
在该种实施方式中，所述变频模块包括：第一次下变频模块，所述第一次下变频模块连接于所述第一本振模块的输出端，以将Ku频段射频输入信号与所述一本振信号混频输出第一次下变频信号；
第二次下变频模块，所述第二次下变频模块连接于所述第二下变频模块的输出端，以将所述第一次下变频信号与所述二本振信号混频输出中频信号。
在该种实施方式中，所述第一次下变频模块包括依次连接的以下部件：第四放大器、第四滤波器、第一混频器、第五滤波器、第五放大器和衰减器；其中，所述第一混频器的输入端还连接有所述一本振信号。
在该种实施方式中，所述第二次下变频模块包括依次连接的以下部件：第二混频器、第六滤波器、第二衰减器、第六放大器、第三衰减器、第七放大器、高通滤波器、第四功分器和低通滤波器；所述功分器输出中频输出信号。
在该种实施方式中，所述控制模块通过串口连接于所述本振模块和变频模块。
在该种实施方式中，所述第四滤波器和第五滤波器为MEMS滤波器；所述环路滤波器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第六滤波器、高通滤波器和低通滤波器为微带滤波器。
如图1所示为本发明专利的本振模块原理框图，该模块主要是给两个下变频模块提供相应的本振信号，主要由功分器、环路滤波器、微带发夹滤波器、锁相环、倍频器、放大器等部分组成。
一本振CRO组产生所需带宽的一本振信号，通过功分器1(第二功分器)、放大器1(第一放大器)和功分器2(第三功分器)分别输入至倍频器和鉴相器中。因为该输出频率范围是具有步进跳频功能的一个带宽，且跳频步进小，所以必须采用小数鉴相，选取鉴相频率为50MHz，其输出相位噪声可由下面的公式进行计算。
PNfloor＝Floor FOM+10log(fpd)+20log(fvco/fpd)
PNflick＝Flicker FOM+20log(fvco)-10log(foffset)
PN＝10log(10^(PNflick/10)+10^(PNfloor/10))
经过仿真计算可以得出一本振CRO最大频点输出相位噪声为-86dBc/Hz@100Hz、-95dBc/Hz@1kHz、-103dBc/Hz@10kHz、-102dBc/Hz@100kHz、-115dBc/Hz@1MHz。
由于鉴相频率为50MHz，与本振输出信号相距较近，滤波器不能很好的抑制，因此采用环路滤波器的方式抑制VCO产生的杂散信号。
倍频器将一本振CRO产生的信号倍频至一本振模块所需要的输出信号，再输入至第一级变频模块中。其中采用微带发夹滤波器对倍频器的输出信号进行滤波，降低杂散。
二本振输出信号为固定点频，将参考信号100MHz通过谐波发生器、放大器和滤波器实现二本振信号输出。由于二本振相位噪声远优于一本振相位噪声，因此最后的中频输出相位噪声主要取决于射频信号和一本振信号的相位噪声系数。
如图2所示为本发明专利的变频模块原理框图，该模块主要是将较高频率的射频输入通过下变频的方式，将其搬移到较低频率中频范围，主要由混频器(第一混频器)、滤波器(第四滤波器、第五滤波器)、放大器(第四放大器、第五放大器)和衰减器等部分组成。
滤波器1(第四滤波器)采用MEMS滤波器，其通带范围主要选取为Ku频段输入信号范围，对镜像频率有很好的抑制效果。
混频器(第一混频器)将Ku频段输入信号与一本振信号混频，经滤波器2(第五滤波器)，放大器1(第四放大器)输出第一次下变频信号。
第一次下变频信号与二本振信号进行第二次混频，经滤波器(第五滤波器)，放大器(第五放大器)输出最终所需要的中频信号。
图3所示为本发明专利的控制模块原理框图，控制模块通过串口控制器通信，进行频率控制和状态反馈，下位机将上位机的指令进行译码，然后控制逻辑控制器输出相应的时序，来实现产品的频率控制并提供反馈信息。
上述的一种Ku频段下变频器设计方法，变频模块射频输入端和中频输出端测试时使用可拆卸SMA-K接头。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种Ku频段下变频器，其特征在于，该Ku频段下变频器包括：本振模块、变频模块和控制模块；其中，所述本振模块接收参考信号，并将输出的本振信号输出至所述变频模块，所述变频模块将输入的Ku频段射频输入信号转换为中频输出信号；所述控制模块连接于所述本振模块和变频模块，以进行频率的控制和状态的反馈；
所述本振模块包括：第一本振模块和第二本振模块，所述参考信号经过第一功分器分别输出至所述第一本振模块和第二本振模块，所述第一本振模块采用抗震锁相同轴介质震荡电路得到一本振信号；所述第二本振模块通过固定点频得到二本振信号；
所述第一本振模块包括依次连接的以下部件：鉴相器、环路滤波器、一本振CRO组、第二功分器、第一放大器、第三功分器、倍频器和微带发夹滤波器；其中，所述第三功分器的一个输出端连接于所述倍频器，另一个输出端连接于所述鉴相器；
所述第二本振模块包括依次连接的以下部件：第二放大器、谐波发射器、第一滤波器、第二滤波器、第三放大器和第三滤波器；
所述变频模块包括：第一次下变频模块，所述第一次下变频模块连接于所述第一本振模块的输出端，以将Ku频段射频输入信号与所述一本振信号混频输出第一次下变频信号；
第二次下变频模块，所述第二次下变频模块连接于所述第一下变频模块的输出端，以将所述第一次下变频信号与所述二本振信号混频输出中频信号；
所述第一次下变频模块包括依次连接的以下部件：第四放大器、第四滤波器、第一混频器、第五滤波器、第五放大器和衰减器；其中，所述第一混频器的输入端还连接有所述一本振信号；
所述第二次下变频模块包括依次连接的以下部件：第二混频器、第六滤波器、第二衰减器、第六放大器、第三衰减器、第七放大器、高通滤波器、第四功分器和低通滤波器；所述功分器输出中频输出信号。
2.根据权利要求1所述的Ku频段下变频器，其特征在于，所述鉴相器为鉴相频率为50MHz的鉴相器，且所述鉴相器在最大频点输出时的相位噪声为-86dBc/Hz@100Hz、-95dBc/Hz@1kHz、-103dBc/Hz@10kHz、-102dBc/Hz@100kHz和-115dBc/Hz@1MHz。
3.根据权利要求1所述的Ku频段下变频器，其特征在于，所述控制模块通过串口连接于所述本振模块和变频模块。
4.根据权利要求1所述的Ku频段下变频器，其特征在于，所述第四滤波器和第五滤波器为MEMS滤波器；所述环路滤波器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第六滤波器、高通滤波器和低通滤波器为微带滤波器。
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