CN1126275C - 用于减小带通滤波器***中互调的电路装置 - Google Patents

用于减小带通滤波器***中互调的电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种减小选出的相互调制的电路装置。电路装置包含通过电路径耦合到带通滤波器的信号放大器。在通带外面的信号能量反射回放大器中，并引起相互调制。电路径构成得具有减小相互调制的长度，其中长度是通带中的预定频率的波长的四分之一的奇数倍。电路径的长度减小相互调制，因为由带通滤波器反射的某些信号大致上相位相差180度，或是其奇数倍。在通带边缘附近或阻带中的有问题的信号，诸如第三阶相互调制乘积以及产生第三阶相互调制乘积的信号对的能量得以减小。

Description

用于减小带通滤波器***中互调的电路装置
技术领域
本发明一般地涉及无线电波滤波电路装置，尤其涉及减小这种滤波器装置中的相互调制。
背景技术
射频(RF)设备使用各种途径和结构接收发送选出的频带中的无线电波。典型地，使用滤波结构维持指定为专门的频带的频带中适当的通信。所使用的滤波结构的类型取决于打算的用途以及无线电设备的技术指标。例如，介质和同轴空腔谐振器滤波器常常用于对诸如那些用于蜂窝和PCS通信中的某一个频带中的电磁能滤波。
通过当今的无线电信号***，相互调制的性能日益重要。空气中充满来自无数源的无线电波，这些源包含蜂窝电话、广播站、雷达***和卫星。简单地看来，相互调制导致不需要的无线电信号，它干扰想要的无线电信号。有时候想要的无线电信号结合而产生相互调制。一个例子用来说明由相互调制产生的问题。
一个示例的无线电接收机包含带通滤波器和低噪声放大器，以提供无线电信号的所要频率范围为诸如898.2MHz-900.8MHz的输出。由此，在该范围或者“通带”外面的无线电信号从无线电信号中过滤掉。但是，两个频率接近于通带的无线电信号常常被接收机捕获。两个示例信号具有896MHz和897MHz的频率。将知道，频率为896MHz和897MHz的信号在通带外侧。但是，这两个信号结合，产生第三阶相互调制信号，它们的频率为895MHz和898MHz。895MHz信号落在通带的外面，898MHz信号落在通带的边缘上。将知道，其它对信号可以产生落入通带内的第三阶相互调制信号。
在较低的功率电平，相互调制可能不产生干扰问题。但是，当功率增加时，当频率增加时，第三阶相互调制信号以三倍于第一阶信号增加的速度增加。由此，如果增加的功率导致896MHz和897MHz第一阶信号增加1dB，则898MHz第三阶信号增加3dB。
以前的一种减小相互调制的途径增加了放大器的偏流。例如，使用一个能够处理更高的功率电平的晶体管。但是，这种晶体管通常对噪声更为敏感，并且需要高的偏流。这种途径的问题在于，诸如码分多路(CDMA)蜂窝电话***之类的某些应用需要非常低的噪声和低偏流。
第4,691,376(DI)号美国专利中揭示了一种用于4GHz频带中的频率转换器，它包含印刷电路板和屏蔽罩子。印刷电路板设置在屏蔽罩子中，并由连接到天线的输入终端构成。并设置有低噪声放大器、带通滤波器、混频器、本地振荡器和中间频率放大器。
由此，虽然其它设计能够有效解决某些类别的无线电接收机应用的相互调制，但它们缺少一般的应用性。由此，需要一种解决上述问题的电路装置。
发明概述
根据一个实施例，本发明针对于减小相互调制的电路装置。电路装置包含：具有输出端口的信号放大器；具有通带范围从第一频率到第二频率的带通滤波器；构成得将放大器的输出端口耦合到带通滤波器，并且长度是通带中的预定频率的波长的四分之一的奇数倍的电路径。
在另一个实施例中，提供了一种无线电信号接收机电路装置。这种接收机装置包含：天线；耦合到天线，并具有一个输出端口的信号放大器；具有通带范围从第一频率带第二频率的带通滤波器；构成得将放大器的输出端口耦合到带通滤波器，并且长度为通带中的预定频率的波长的四分之一的奇数倍的电路径；压控振荡器；耦合到带通滤波器和压控振荡器，并且设置得提供中间频率的混频器；和耦合到混频器的中间频率放大器。
在第三实施例中，提供了一种无线电信号收发机装置。这种装置包含：天线；耦合到天线的双工器；耦合到天线，并具有一个输出端口的第一信号放大器；通带范围从第一频率到第二频率的带通滤波器；构成得将第一放大器的输出端口耦合到带通滤波器，并且长度为通带中的预定频率的波长的四分之一的电路径；压控振荡器；耦合到带通滤波器和压控振荡器，并设置得提供中间频率的混频器；耦合到混频器的中间频率放大器；和耦合到双工器和压控振荡器，并设置得提供用于发送的放大的信号的发送信号放大器。
本发明的另外一个方面是一种减小滤波器电路装置中的相互调制的方法。这种方法包含步骤：提供信号放大器；提供带通滤波器，带通滤波器的通带范围从第一频率到第二频率；建立从信号放大器到带通滤波器的信号通道，信号通道的长度是通带中的预定频率的波长的四分之一的奇数倍。
本发明的上述概述目的不在于描述每一个本发明所揭示的实施例。下面的附图和详细的描述提供了本发明另外的例子和方面。
附图概述
当阅读了下面详细的描述，并参照附图时，本发明的其它方面和优点将是显然的。
图1是根据本发明的提供双工的接收和发送的电路装置的方框图；
图2是根据本发明的一个实施例的示例的电路装置的说明；
图3是示出根据图2的电路构成的示例***的总体频率响应的曲线图；
图4是说明当不使用180度电路径将放大器耦合到带通滤波器时，示例***的输出的第三阶相互调制电平的曲线图；和
图5是说明当使用180度电路径将放大器耦合到带通滤波器的示例***的输出的第三阶相互调制电平的曲线图。
本发明可以允许各种修改和选择形式，其具体的实施例已经通过附图中的例子示出，并且下面将详细描述。但是应该知道，详细的描述目的不在于将本发明限制于所揭示的具体的形式。相反，本发明覆盖了所有落入由所附权利要求限定的本发明的主旨和范围内的修改、等效物和选择。
详细描述
相信本发明可以应用于各种希望减小相互调制的射频(RF)应用中。已经发现本发明特别可应用于和有利于蜂窝通信的应用。虽然本发明并不因此被限制，但是通过特定示例应用(这里，结合了蜂窝通信)可以最好地对本发明评定。
图1是根据本发明的一个执行和应用的电路装置例子的方框图，提供了无线电信号的双工的接收和发送。图1的***包含用于诸如蜂窝电话装置之类的各种通信装置中的接收和发送电路。将知道，图1的接收电路适合于示例的蜂窝电话装置的移动部分和基站部分。本发明的其它实施例还适合于用于各种仅具有诸如***之类的接收电路的其它***中。
图1的装置包含耦合到双工器14的天线12。接收电路包含转换器16，它以符合图2的方式实行，耦合得从双工器14接收无线电信号，还有耦合到转换器16的输出端口的中间频率放大器18。中间频率放大器提供作为输出放大信号，该信号具有预定频率。
转换器16包含低噪声放大器20，它接收来自双工器14的输入无线电信号。将放大的信号提供给带通滤波器22，并且将经滤波的信号输入到混频器24。混频器24接收输入的无线电信号和来自压控振荡器26的信号，并将具有中间频率的信号提供给放大器18。压控振荡器26接收来自合成器28的信号，该合成器28包含例如锁相环路，锁住所需频率。
发送电路简单地说包含接收要发送的信号，以及来自压控振荡器26的信号的放大器。将放大器30的输出提供给双工器14。虽然仅仅示出放大器，但是，将认识到典型的发送电路传统地包含另外的混频器、放大器和滤波器，以适合具体的应用。
图2说明根据本发明的一个示例实施例的电路装置。示例的滤波器装置可以用于例如图1中说明的接收电路中。特别地，滤波器装置包含低噪声放大器102和带通滤波器104。放大器102是根据对信号放大的***要求选择的，诸如例如低噪声放大器。滤波器104是通过电路径108耦合到低噪声放大器102的带通滤波器。电路径108是例如电缆、印刷电路板上的金属迹线或其它适当的方式。一个示例的带通滤波器104是GMF91107滤波器，它可以从ADCSOLITRA购得。
在典型的低噪声放大器/带通滤波器***中，一些阻带处和通带边缘处的无线电波能量从带通滤波器上反射，并返回到低噪声放大器，由此，使相互调制性能降级。
为了减小或排除这种相互调制问题，特别地，在带通滤波器的通带边缘附近，电路径108的长度构成得消除或减少从带通滤波器反射的信号能量。特别地，电路径108的长度构成为选择的频率的波长的1/4，或其奇数倍。这些特别的长度导致反射信号与从低噪声放大器102输出的信号具有90度的电压相位差。对于能量(即，电压×电流)，反射的信号具有与从低噪声放大器102输出有180度相位差的能量电平。由此，有时候，电路径被称为“180度通道”。将知道，180度的奇数倍的(或者，不同地陈述地，选择的频率的波长的1/4的奇数倍的)电路径长度也可以根据本发明起作用。
在示例的实施例中，选择的频率大致上是通带的中心频率。例如，如果带通滤波器的通带范围从AMHz到BMHz，则中心频率是(AMHz+BMHz)/2。根据决定所需的电路径长度的选出频率不正好具有通带的中心频率。即，通过通带中其它频率，可以达到同等结果。
如在下面的示例将说明的，将电路径的长度选择为通带中的频率的函数，减小了相互调制。认识到，通带中信号的能量不被带通滤波器反射。由此，如果电路径的长度根据通带中的选出的频率决定，则这种信号的能量将不反射回低噪声放大器。不同地陈述为，落入通带中的第三阶相互调制信号不反射。但是，当根据通带中的选择的频率决定电路径的长度时，对于通带边缘附近的信号的能量减小了。由此，对于一对通带边缘附近的，结合以产生通带中的第三阶相互调制信号的信号，能量减小了。由此，通过减小产生第三阶相互调制信号的一对信号的能量，减小了第三阶相互调制信号的能量。还可以知道，对于通带边缘附近的第三阶相互调制信号，能量减小。
电路径108的实际物理长度是计算的波长和与需要的媒质有关的介电常数的函数。如知道的，λp＝λ/SQRT(ξ)，其中，λp是一特定媒质的物理长度，λ是对于选出频率的信号的计算的波长，而SQRT(ξ)是媒质的介电常数的平方根。
图3是曲线图，它示出根据图2的电路构成的示例***的总体频率响应，其中低噪声放大器102增益为16.0dB。曲线CH1表示的示例滤波器装置的输出回波损耗，曲线CH2表示滤波器装置的频率响应。曲线跨越从880MHz到935MHz的频率范围。由此，水平每一格增加表示5.5Mhz。对于输出的回波损耗曲线CH1，水平每一格竖直的增加为参照0dB的5dB。对于频率响应，每一格竖直的增加是10dB，以一20dB为参照。如曲线图中所示，通带从记号1处的11.743dB处的898.2MHz到记号2的11.76dB的900.8MHz，其增益大约11.5dB。阻带范围从880MHz到896MHz，以及从903MHz到935MH，阻带处的衰减大于大约35.0dB。
如果，例如将在896MHz和897MHz处的-10.0dBm的各个功率电平的两个信号输入***中，则第三阶相互调制的乘积之一在频率898MHz处。898MHz信号落在通带边缘处，增益是11.0dB。
继续这个示例，图4是曲线图，说明当不使用180度电路径将放大器耦合到带通滤波器时，示例***的输出的第三阶相互调制电平。对于898MHz信号(在曲线图中表示为897.998995MHz)第三阶相互调制电平是-81.0dBm。在图5所示的比较中，当使用180度电路径将低噪声放大器102耦合到带通滤波器104时，第三阶相互调制信号的电平减小到-89.0dBm。
相应地，在其它方面中，本发明提供了减小，和有些是消除第三阶相互调制的滤波装置和方法。对于熟悉本领域的技术人员，从考虑这里所揭示的本发明的说明书和应用，本发明的其它方面和实施例是显然的。说明书和说明的实施例仅用做示例性的，而本发明的真正的范围和主旨由下面的权利要求表示。

Claims (9)

1.一种用于减小互调的电路装置，其特征在于包含：
具有输出端口的信号放大器；
通带范围从第一频率到第二频率的带通滤波器；
构成得将所述放大器的输出端口耦合到所述带通滤波器，并且长度为所述通带中的预定频率的波长的四分之一的奇数倍的电路径。
2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于预定频率大致上等于第一频率和第二频率的总和的二分之一。
3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于放大器是低噪声放大器。
4.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于放大器是低噪声放大器。
5.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于电路径是导电电缆。
6.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于电路径是印刷电路板上的金属迹线。
7.一种包括权利要求1中所述的电路装置的无线电信号接收机电路装置，其特征在于还包含：
天线(12)；
耦合到所述天线(12)的信号放大器(20)；
压控振荡器(26)；
耦合到所述带通滤波器(22，104)和所述压控振荡器(26)并设置得提供中频的混频器(24)；以及
耦合到所述混频器(24)的中频放大器(18)。
8.一种包括权利要求1中所述的电路装置的无线电信号收发信机电路装置，其特征在于还包含：
天线(12)；
耦合到所述天线(12)的双工器(14)；
耦合到所述天线(12)信号放大器(20，102)；
压控振荡器(26)；
耦合到所述带通滤波器(22，104)和所述压控振荡器(26)并设置得提供中频的混频器(24)；
耦合到所述混频器(24)的中频放大器(18)；以及
耦合到所述双工器(14)和所述压控振荡器(26)并设置得提供用于发送的放大信号的发送信号放大器(30)。
9.一种减小滤波器电路装置中的互调的方法，其特征在于包含以下步骤：
提供信号放大器；
提供带通滤波器，所述带通滤波器具有从第一频率到第二频率的通带范围；和
建立从所述信号放大器到所述带通滤波器的信号通道，所述信号通道长度为具有通带中预定频率的波长的四分之一的奇数倍。
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