适于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器和卫星接收系统

摘要

本发明公开了一种适于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器和卫星接收系统，低噪声下变频器预设有N个用户频带，并先将10.7～12.75GHz卫星信号降频为300～2350MHz中频信号，然后由300～2350MHz中频信号中选出对应于指定电视节目信息的指定电视节目中频信号，再将指定电视节目中频信号与可控本振信号混频为频率范围在N个用户频带中的其中一个空闲用户频带频率范围内的二次变频信号，N个用户频带由卫星接收机的总接收频带平均划分而成，可控本振信号的频率由指定电视节目的中心频率和前述空闲用户频带的中心频率计算得到，最后再由同轴电缆接口输出二次变频信号。本发明能至多同时输出N路独立的电视节目信号、并节约电缆铺设成本和用户安装成本、降低系统室外部分的安装复杂程度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器，以及，应用该低噪声下变频器的卫星接收系统。

背景技术

在传统Ku波段的低噪声下变频器电路设计中，一般采用9.75/10.60GHz两个本振频率，内置0/22KHz切换电路、通过卫星电视接收机输出的0/22KHz脉冲信号来分别选择其低、高本振频率，同时用卫星电视接收机的13/18V电压切换水平或垂直极化的卫星信号，通过同轴电缆传输到卫星电视接收机，实现Ku波段节目全频带接收。但是在传统的低噪声下变频器设计中，采用了9.75/10.60GHz两个本振频率，导致电路设计变得复杂，以及增加了在生产过程中的测试时间。而且由于传统低噪声下变频器的每个输出口都需要通过单根独立的同轴电缆从户外连接到室内的一台卫星电视接收机上使用，那么使得在面对装有多个卫星电视接收机用户，就需要多根独立下行电缆，甚至需要多个低噪声下变频器。增加了安装的复杂程度，且需要付出很高的电缆铺设成本，同时对于那些已经铺设了电缆的商业用户和家庭用户，需要重新改装线路，费用浩大，工程量也很大。所以在传统的低噪声下变频器电路设计方案中，无论是在工厂设计生产过程，还是在需要满足多用户使用的情况下，都存在着诸多不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器，以及，应用该低噪声下变频器的卫星接收系统。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种适于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器，设有天线探针、低噪声放大器、能够产生10.40GHz本振信号的Ku波段下变频射频芯片和用于与卫星接收机通信的同轴电缆接口，所述天线探针通过两级所述低噪声放大器连接Ku波段下变频射频芯片的输入端；所述Ku波段下变频射频芯片将输入的10.7～12.75GHz卫星信号与所述10.40GHz本振信号混频成300～2350MHz中频信号后输出，其特征在于：所述的低噪声下变频器还设有二次变频控制电路、带通滤波器、信号放大电路以及用于为所述Ku波段下变频射频芯片和二次变频控制电路供电的电源电路；所述二次变频控制电路设有自动增益放大器、模数转换器、数字信道堆叠开关、混频器、数模转换器、能够产生可控本振信号的倍频器和具有卫星电视接收机通信协议编解码功能的微处理器，所述Ku波段下变频射频芯片的输出端依次通过一个所述自动增益放大器和一个所述模数转换器连接所述数字信道堆叠开关的输入端，所述混频器的一个输入端连接所述数字信道堆叠开关的输出端、另一个输入端连接所述倍频器的输出端、输出端依次通过所述数模转换器和带通滤波器连接所述同轴电缆接口，所述微处理器的读端口连接所述同轴电缆接口、写端口通过所述信号放大电路连接所述同轴电缆接口、电视节目选择输出端连接所述数字信道堆叠开关的控制端、频率控制输出端连接所述倍频器的控制端；

所述微处理器预设有N个用户频带，所述微处理器将频率范围中包含有所述同轴电缆接口输出信号频率的用户频带标记为已占用用户频带并将除已占用用户频带外的用户频带标记为空闲用户频带，其中，所述N个用户频带由卫星接收机的总接收频带平均划分而成，N为大于1的正整数，每一个所述用户频带的带宽均为BW0为所述卫星接收机的总带宽，ΔBW为相邻两个所述用户频带之间的间距，第k个所述用户频带的中心频率CF_k＝(k-0.5)×BW1+ΔBW+950MHz，k为正整数且1≤k≤N；所述微处理器能通过读端口读取所述同轴电缆接口接收到的空闲用户频带查询命令并能通过写端口发出包含当前空闲用户频带查询结果的应答命令，使得所述应答命令通过所述信号放大电路放大后经由所述同轴电缆接口输出，并且，所述微处理器能通过读端口读取所述同轴电缆接口接收到的二次变频控制命令，其中，所述二次变频控制命令包含指定用户频带和指定电视节目信息，所述指定用户频带为所述N个用户频带中的第k个并且属于所述当前空闲用户频带查询结果之一，所述指定电视节目信息包括指定电视节目的中心频率FREQ和带宽BW2；所述微处理器能控制所述数字信道堆叠开关从接收到的300～2350MHz中频信号中选出中心频率为IF＝FREQ-10.04GHz、带宽为BW2的指定电视节目中频信号输出，并且所述微处理器能控制所述倍频器产生频率为LO＝CF_k+IF的可控本振信号，使得所述混频器将所述指定电视节目中频信号与可控本振信号混频成频率在LO-(IF-0.5×BW2)至LO-(IF+0.5×BW2)之间的二次变频信号，并将该二次变频信号依次通过所述数模转换器和带通滤波器后经由所述同轴电缆接口输出。

作为本发明的一种实施方式，所述的天线探针包括垂直极化天线探针和水平极化天线探针，所述Ku波段下变频射频芯片为双极性Ku波段下变频射频芯片，该双极性Ku波段下变频射频芯片的输入端包括垂直极化输入端和水平极化输入端、输出端包括垂直极化输出端和水平极化输出端，所述数字信道堆叠开关的输入端包括垂直极化输入端和水平极化输入端；所述垂直极化天线探针通过两级所述低噪声放大器连接所述双极性Ku波段下变频射频芯片的垂直极化输入端，所述水平极化天线探针通过两级所述低噪声放大器连接所述双极性Ku波段下变频射频芯片的水平极化输入端，所述双极性Ku波段下变频射频芯片的垂直极化输出端依次通过一个所述自动增益放大器和一个所述模数转换器连接所述数字信道堆叠开关的垂直极化输入端、水平极化输出端依次通过一个所述自动增益放大器和一个所述模数转换器连接所述数字信道堆叠开关的水平极化输入端；所述双极性Ku波段下变频射频芯片将输入的10.7～12.75GHz垂直极化卫星信号与所述10.40GHz本振信号混频成垂直极化的300～2350MHz中频信号后输出、将输入的10.7～12.75GHz水平极化卫星信号与所述10.40GHz本振信号混频成水平极化的300～2350MHz中频信号后输出；所述指定电视节目信息还包括指定电视节目的极化方向，所述微处理器能控制所述数字信道堆叠开关从接收到的与所述指定电视节目相同极化方向的300～2350MHz中频信号中选出中心频率为IF＝FREQ-10.04GHz、带宽为BW2的指定电视节目中频信号输出。

为了避免低噪声下变频器输出的卫星电视节目信号丢失数据，确保卫星接收机接收电视节目信号的稳定性，作为本发明的优选实施方式，每一个所述用户频带的带宽BW1均大于任意一个所述指定电视节目的带宽BW2。

考虑到现有卫星接收机的性能，并确保BW1>BW2，作为本发明的优选实施方式，所述微处理器预设有N＝24个用户频带，所述卫星接收机的总接收频带为950MHz～2150MHz、相邻两个所述用户频带之间的间距ΔBW＝4MHz、总带宽BW0＝2150MHz-950MHz＝1200MHz，每一个所述用户频带的带宽$>BW1=\frac{BW0}{N}-\Delta BW=46MHz.$>

所述带通滤波器的范围为950-2150MHz。

作为本发明的一种实施方式，所述的低噪声下变频器还设有用于存储所述微处理器的执行软件程序的存储芯片；所述存储芯片与所述微处理器的相应引脚连接。

作为本发明的一种实施方式，所述卫星电视接收机通信协议为DiSEqC1.x协议、DiSEqC2.x协议、EN50494协议和EN50607协议中的任意一种。

作为本发明的一种实施方式，所述的同轴电缆接口为F头接口。

一种卫星接收系统，其特征在于：所述的卫星接收系统包括一个权利要求1至8任意一项所述的低噪声下变频器、一个功率分配器和至多N台卫星接收机，其中，所述功率分配器具有一个主路端口和至少与所述卫星接收机数量相等的支路端口，N为所述低噪声下变频器中的微处理器预设的用户频带数量；所述低噪声下变频器安装在室外，所述功率分配器和各台卫星接收机均安装在室内，所述低噪声下变频器的同轴电缆接口通过一根下行电缆连接所述功率分配器的主路端口，每一台所述卫星接收机均通过一根室内电缆连接所述功率分配器的支路端口；每一台所述卫星接收机接收到用户对所述指定电视节目的点播指令时，均先向所述低噪声下变频器发送所述空闲用户频带查询命令，再从所述低噪声下变频器反馈的应答命令中选出其中一个空闲用户频带作为指定用户频带，并将该指定用户频带和由所述点播指令中获得的指定电视节目信息作为所述二次变频控制命令发送给所述低噪声下变频器，最后由所述低噪声下变频器输出的二次变频信号中选出与所述点播指令相对应频段的信号进行解码，以播放所述指定电视节目。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的低噪声下变频器预设有N个用户频带，并先将10.7～12.75GHz卫星信号降频为300～2350MHz中频信号，然后由300～2350MHz中频信号中选出对应于指定电视节目信息的指定电视节目中频信号，再将指定电视节目中频信号与可控本振信号混频为频率范围在N个用户频带中的其中一个空闲用户频带频率范围内的二次变频信号，其中，N个用户频带由卫星接收机的总接收频带平均划分而成，可控本振信号的频率由指定电视节目的中心频率FREQ和前述空闲用户频带的中心频率计算得到，最后再由同轴电缆接口输出二次变频信号，因此，本发明的低噪声下变频器能够至多同时输出N路独立的电视节目信号，每一路电视节目信号加载在一个用户频带上，各路电视节目信号相互之间互不干扰。

第二，按照现有卫星接收机的性能，并在确保卫星接收机接收电视节目信号稳定即BW1>BW2的前提下，本发明的低噪声下变频器至多能够同时输出24路独立的电视节目信号。

第三，本发明的卫星接收系统采用上述低噪声下变频器，能够至多同时向N台卫星接收机输出独立的电视节目信号，并且，本发明的卫星接收系统进行安装时，仅需将一个上述低噪声下变频器安装在室外，一个功率分配器和N台卫星接收机安装在室内，再用一根连接室外低噪声下变频器和室内功率分配器的长度较长的下行电缆和N根连接室内功率分配器和室内卫星接收机的长度较短的室内电缆即可完成连接，相较于现有的卫星接收系统节省了N-1根长度较长的下行电缆，因此，本发明的卫星接收系统能够同时供N个用户独立使用、并能大大的节约电缆铺设成本和用户安装成本、降低系统室外部分的安装复杂程度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的低噪声下变频器的电路原理框图；

图2为本发明的低噪声下变频器的信号流程图，图中：n表示10.7～12.75GHz卫星信号中共包含有n个卫星电视节目Ch1～Chn，Chx表示用户从n个卫星电视节目指定接收的指定电视节目，梯形线框表示对应信号的频带；

图3为本发明的卫星接收系统的电路原理框图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明适用于多路卫星接收机使用的低噪声下变频器，设有垂直极化天线探针、水平极化天线探针、低噪声放大器LNA、能够产生10.40GHz本振信号的Ku波段下变频射频芯片IC1、二次变频控制电路IC2、带通滤波器、信号放大电路、用于存储微处理器的执行软件程序的存储芯片Flash、用于与卫星接收机通信的同轴电缆接口以及用于为Ku波段下变频射频芯片IC1和二次变频控制电路IC2供电的电源电路。其中，二次变频控制电路IC2设有自动增益放大器、模数转换器ADC、数字信道堆叠开关、混频器Mix、数模转换器DAC、能够产生可控本振信号的倍频器PLL和具有卫星电视接收机通信协议编解码功能的微处理器；Ku波段下变频射频芯片IC1为双极性Ku波段下变频射频芯片，该双极性Ku波段下变频射频芯片具有垂直极化输入端、水平极化输入端、垂直极化输出端和水平极化输出端，数字信道堆叠开关具有垂直极化输入端和水平极化输入端。

上述垂直极化天线探针通过两级低噪声放大器LNA连接双极性Ku波段下变频射频芯片的垂直极化输入端IN1，水平极化天线探针通过两级低噪声放大器LNA连接双极性Ku波段下变频射频芯片的水平极化输入端IN2，双极性Ku波段下变频射频芯片的垂直极化输出端OUT1依次通过一个自动增益放大器和一个模数转换器ADC连接数字信道堆叠开关的垂直极化输入端、水平极化输出端OUT2依次通过一个自动增益放大器和一个模数转换器ADC连接数字信道堆叠开关的水平极化输入端；双极性Ku波段下变频射频芯片将输入的10.7～12.75GHz垂直极化卫星信号与10.40GHz本振信号以卫星信号频率减去10.40GHz的方式混频成垂直极化的300～2350MHz中频信号后输出、将输入的10.7～12.75GHz水平极化卫星信号与10.40GHz本振信号以卫星信号频率减去10.40GHz的方式混频成水平极化的300～2350MHz中频信号后输出。

上述混频器Mix的一个输入端连接数字信道堆叠开关的输出端、另一个输入端连接倍频器PLL的输出端、输出端依次通过数模转换器DAC和带通滤波器连接同轴电缆接口，微处理器的读端口连接同轴电缆接口、写端口通过信号放大电路连接同轴电缆接口、电视节目选择输出端连接数字信道堆叠开关的控制端、频率控制输出端连接倍频器PLL的控制端；存储芯片Flash与微处理器的相应引脚连接。

上述微处理器预设有N个用户频带，微处理器将频率范围中包含有同轴电缆接口输出信号频率的用户频带标记为已占用用户频带并将除已占用用户频带外的用户频带标记为空闲用户频带，其中，N个用户频带由卫星接收机的总接收频带平均划分而成，N为大于1的正整数，每一个用户频带的带宽均为BW0为卫星接收机的总带宽，ΔBW为相邻两个所述用户频带之间的间距，第k个用户频带的中心频率CF_k＝(k-0.5)×BW1+ΔBW+950MHz，k为正整数且1≤k≤N；微处理器能通过读端口读取同轴电缆接口接收到的空闲用户频带查询命令并能通过写端口发出包含当前空闲用户频带查询结果的应答命令，使得应答命令通过信号放大电路放大后经由同轴电缆接口输出，并且，微处理器能通过读端口读取同轴电缆接口接收到的二次变频控制命令，其中，二次变频控制命令包含指定用户频带和指定电视节目信息，指定用户频带为N个用户频带中的第k个并且属于当前空闲用户频带查询结果之一，指定电视节目信息包括指定电视节目Chx的极化方向、中心频率FREQ和带宽BW2；微处理器能控制数字信道堆叠开关从接收到的与指定电视节目Chx相同极化方向的300～2350MHz中频信号中选出中心频率为IF＝FREQ-10.04GHz、带宽为BW2的指定电视节目中频信号输出，并且微处理器能控制倍频器PLL产生频率为LO＝CF_k+IF的可控本振信号，使得混频器Mix将指定电视节目中频信号与可控本振信号混频成频率在LO-(IF-0.5×BW2)至LO-(IF+0.5×BW2)之间的二次变频信号，由于该二次变频信号属于第k个用户频带的频率范围之内，因此其占用了第k个用户频带，并将该二次变频信号依次通过数模转换器DAC和带通滤波器后经由同轴电缆接口输出。

其中，上述卫星电视接收机通信协议为DiSEqC1.x协议、DiSEqC2.x协议、EN50494协议和EN50607协议中的任意一种。同轴电缆接口优选为F头接口。

为了避免低噪声下变频器输出的卫星电视节目信号丢失数据，确保卫星接收机接收电视节目信号的稳定性，上述每一个用户频带的带宽BW1均大于任意一个指定电视节目Chx的带宽BW2。

考虑到现有卫星接收机的性能，并确保BW1>BW2，上述微处理器预设有N＝24个用户频带，卫星接收机的总接收频带为950MHz～2150MHz、总带宽BW0＝2150MHz-950MHz＝1200MHz，相邻两个用户频带之间的间距ΔBW＝4MHz，每一个用户频带的带宽相应的，带通滤波器的范围为950-2150MHz。

如图3所示，本发明的卫星接收系统，包括一个上述低噪声下变频器、一个功率分配器和至多N台卫星接收机，其中，功率分配器具有一个主路端口和至少与卫星接收机数量相等的支路端口，N为低噪声下变频器中的微处理器预设的用户频带数量。低噪声下变频器安装在室外，功率分配器和各台卫星接收机均安装在室内，低噪声下变频器的同轴电缆接口通过一根下行电缆连接功率分配器的主路端口，每一台卫星接收机均通过一根室内电缆连接功率分配器的支路端口；每一台卫星接收机接收到用户对指定电视节目Chx的点播指令时，均先向低噪声下变频器发送空闲用户频带查询命令，再从低噪声下变频器反馈的应答命令中选出其中一个空闲用户频带作为指定用户频带，并将该指定用户频带和由点播指令中获得的指定电视节目信息作为二次变频控制命令发送给低噪声下变频器，最后由低噪声下变频器输出的二次变频信号中选出与点播指令相对应频段的信号进行解码，以播放指定电视节目Chx。

以卫星接收机1接收指定电视节目Chx为例，说明本发明应用上述低噪声下变频器的卫星接收系统的工作流程：

卫星接收机1接收到用户对指定电视节目Chx的点播指令时，经过“卫星接收机1—室内电缆1—功率分配器—下行电缆—同轴电缆接口—读端口”的路径先向低噪声下变频器的微处理器发送空闲用户频带查询命令；微处理器根据卫星电视接收机通信协议对该空闲用户频带查询命令进行解码，并将查询得到的当前空闲用户频带查询结果根据卫星电视接收机通信协议编码成应答命令后，经过“写端口—信号放大电路—同轴电缆接口—下行电缆—功率分配器—室内电缆1—卫星接收机1”的路径发送给卫星接收机1，卫星接收机1根据接收到的应答命令，从查询结果中的当前空闲用户频带中选出其中一个空闲用户频带作为指定用户频带，并将该指定用户频带和由点播指令中获得的指定电视节目信息作为二次变频控制命令发送给低噪声下变频器，低噪声下变频器的微处理器对该二次变频控制命令解码后，微处理器控制数字信道堆叠开关从接收到的与指定电视节目Chx相同极化方向的300～2350MHz中频信号中选出中心频率为IF＝FREQ-10.04GHz、带宽为BW2的指定电视节目中频信号输出，并且，微处理器计算频率LO＝CF_k+IF，并控制倍频器PLL产生频率为LO＝CF_k+IF的可控本振信号，使得混频器Mix将指定电视节目中频信号与可控本振信号混频成频率在LO-(IF-0.5×BW2)至LO-(IF+0.5×BW2)之间的二次变频信号，由于该二次变频信号属于第k个用户频带的频率范围之内，因此其占用了第k个用户频带，并将该二次变频信号依次通过数模转换器DAC和带通滤波器后经由同轴电缆接口输出给卫星接收机1；卫星接收机1由低噪声下变频器输出的二次变频信号中选出与点播指令相对应频段的信号进行解码，以播放指定电视节目Chx。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。例如：本发明的Ku波段下变频射频芯片IC1还可选用单极性的Ku波段下变频射频芯片，仅设置一根极性与Ku波段下变频射频芯片相对应的天线探针，数字信道堆叠开关仅设有一个极性与Ku波段下变频射频芯片相对应的输入端，天线探针通过两级低噪声放大器LNA连接Ku波段下变频射频芯片IC1的输入端，Ku波段下变频射频芯片IC1将输入的10.7～12.75GHz卫星信号即Ku波段全频带卫星信号与10.40GHz本振信号以卫星信号频率减去10.40GHz的方式混频成300～2350MHz中频信号后输出，Ku波段下变频射频芯片IC1的输出端依次通过一个自动增益放大器和一个模数转换器ADC连接数字信道堆叠开关的输入端。