专利名称：高选择性滤波设备与相应滤波方法
技术领域：
本发明涉及一种特别用于发送系统的高选择性滤波设备，也涉及所使用的滤波方法。
背景技术：
发送系统使用许多种类型的滤波器。作为示例，图1显示连接在天线2与内部单元(未显示)之间的外部单元1的例子，例如具有返回通道的卫星解码器，或者高速多点发送系统的解码器。外部单元1为下述类型该类型要求其本机振荡器9具有高精确度，如(例如)美国专利5844939所述。两个带通滤波器3与4用来分离发送与接收波段。另两个带通滤波器5与6用来分离中间发送与接收波段。两个混频器7与8以及振荡器9执行发送、接收波段与中间发送、接收波段之间的频率变换。为了在本机振荡器9中提供高精确度的频率，借助锁相环路，将后者锁定于具有高稳定频率的参考载波，该锁相环路还包含滤波器10，用来选择中间波段参考载波；相位比较器11以及精确参考振荡器12。本领域技术人员能够在美国专利5844939中找到该外部单元的进一步细节。
该系统的优点在于振荡器9与基站振荡器同步，从而可能获得发送和接收频率之间的高相对精确度。然而，使用这种类型的锁定，振荡器9的相位噪声依赖于滤波器10的通过频带。如果希望得到非常低的相位噪声，则必须具有高选择性滤波器。
已知得到使用的高选择性滤波器包含石英滤波器，由具有高品质系数(例如大约10000至50000)的耦合谐振器构成。在图2中显示石英滤波器频率响应的例子。石英滤波器对于大约100MHz的中心频率Fc具有大约10kHz的窄带B，同时具有非常好的耐温性。
然而，石英滤波器具有非对称频率响应。低频抑制性非常好。然而对于高频，抑制性因为寄生谐振15而下降。这些寄生谐振倚赖于振荡器中使用的石英的几何形状与横截面，并且难于在滤波器制造过程中控制。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有对称频率响应、同时保持诸如石英滤波器等非对称带通滤波器的优点的滤波设备。
因此，本发明为一种滤波设备，包含具有给定中心频率与给定带宽的第一带通滤波器；与第一带通滤波器相同的第二带通滤波器；以及频率变换部件，连接在第一与第二滤波器之间，用来将第一滤波器的中心频率变换为相同的中心频率，同时围绕该中心频率翻转频谱。
优选地，变换部件包含混频器，具有两个输入端与一个输出端，其中一个输入端连接到第一带通滤波器的输出端，所述一个输出端连接到第二带通滤波器的输出端；以及振荡器，具有连接到混频器另一个输入端的输出端，该振荡器提供频率等于第一与第二带通滤波器中心频率两倍的信号。
为了提供具有非常窄频带的滤波设备，第一与第二滤波器为石英滤波器。
本发明还是一种信号发送与接收设备的外部单元，包含锁定于所收到的载波频率的可调振荡器；以及如特上述滤波设备，该滤波设备连接在可调振荡器的锁相环路中。
在另一方面，本发明是一种对信号进行选择性滤波的方法，其中通过第一非对称滤波器，在给定频带中执行第一选择性滤波，以提供第一经滤信波号，所述频带具有中心频率；变换第一经滤波信号，以放置对应于相同频带的给定频带、但是具有相对于中心频率翻转了的频谱的影像；以及通过第二非对称滤波器，在给定频带中执行第二选择性滤波，以提供第二经滤波信号，该第二滤波器与第一滤波器相同。
优选地，变换由混频器执行，该混频器接收其频率等于滤波器中心频率两倍的变换信号。
通过参照附图阅读以下描述，可以更清楚地理解本发明，并且可以明显看出其他特点和优点，其中图1显示使用锁定于所接收的载波频率的振荡器的发送与接收设备的外部单元；图2显示石英滤波器的响应曲线；
图3显示根据本发明的滤波设备；图4显示图3的滤波设备的操作。
因为已经描述了图1与2，所以将不详细描述它们。
具体实施例方式
为了改进图1的外部单元，提出了使用图3所示的滤波设备10。该滤波设备10包含通过频率变换部件互连的第一滤波器21与第二滤波器22。第一与第二滤波器为频率响应非对称的带通滤波器。为了获得高选择性滤波设备，第一与第二滤波器为频率响应相应于图2所示频率响应的石英滤波器，每个滤波器都具有以中心频率Fc为中心的通带B。第一滤波器21的输入端对应于滤波设备10的输入端，第二滤波器22的输出端对应于滤波设备10的输出端。
变换部件包含混频器23与振荡器24。混频器23的第一输入端连接到第一滤波器21的输出端。混频器23的第二输入端连接到振荡器24的输出端。混频器23的输出端连接到第二滤波器22的输入端。振荡器24在其输出端提供频率等于两倍于中心频率Fc的信号。
现在参照图4解释图3的滤波设备10的操作。假定该滤波设备的输入信号Si为不管频率是什么，其频谱都等于常量的白噪声。在第一滤波器21的输出端，结果信号S1对应于第一滤波器21的包络，如图4a所示。图4a以示意性的不太详细的方式显示与图2相同的包络。
图4b显示相应于混频器23输出的信号S2。振荡器24提供频率两倍于频率Fc的信号。存在相应于该振荡器频率的辐射线30，并且对应于来自混频器23的泄露。存在等级(rank)1的第一映像(image)31，具有围绕频率Fc的翻转频谱。围绕频率3*Fc存在等级1的第二映像32。还存在等级2的第三映像33，具有围绕频率3*Fc的翻转频谱。如本领域技术人员所公知的，在频率Fc奇数倍频率处还存在未显示的其他映像，它们根据映像的等级而具有不同的衰减。围绕频率Fc还存在余象34。然而，余象34对应于用来变换的信号输入端与其输出端之间的混频器23的绝缘故障。如本领域技术人员所公知，许多混频器在信号输入与输出之间具有大约40dB的绝缘，从而使余象相对于等级1的第一映像31可以忽略不计。
图4c显示第一映像31叠加到第二滤波器22的包络35上，显示它们相对于彼此的位置。
图4d显示对应于离开第二滤波器22的信号的输出信号So。因为输入信号Si为白噪声，所以信号So也对应于滤波设备10的包络。如图4d所示，通带很窄并且对称。仍然有某些寄生谐振36，但是其被大大衰减，并且不再生成显著的不希望的扰动。
本领域技术人员应该理解这种滤波设备可用于任何类型的、具有非对称频率响应的滤波器，而不限于石英滤波器。
也可使用不同的变换部件。优选实施方式显示一种简单的结构，其要求使用具有低泄露的混频器。但是，可能使用其他变换部件，例如通过组合两个混频器以减少对混频器泄露的限制。
权利要求
1.一种滤波设备(10)，包含具有给定中心频率(Fc)与给定带宽(B)的第一带通滤波器(21)，特征在于该滤波设备(10)包含与第一带通滤波器(21)相同的第二带通滤波器(22)；以及频率变换部件(23，24)，连接在第一滤波器(21)与第二滤波器(22)之间，用来将第一滤波器(21)的中心频率(Fc)变换为相同的中心频率(Fc)，同时围绕该中心频率(Fc)翻转频谱。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于变换部件包含混频器(23)，具有两个输入端与一个输出端，其中一个输入端连接到第一带通滤波器(21)的输出端，所述一个输出端连接到第二带通滤波器(22)的输入端；以及振荡器(24)，具有连接到混频器(23)另一个输入端的输出端，该振荡器(24)提供频率等于第一与第二带通滤波器(21、22)中心频率(Fc)两倍的信号。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于第一与第二滤波器(21、22)为石英滤波器。
4.一种信号发送与接收设备的外部单元(1)，包含锁定于所收到的载波频率的可调振荡器(9)，其特征在于该外部单元(1)包含如权利要求1至3中任一项所述的滤波设备(10)，该滤波设备(10)连接在可调振荡器(9)的锁相环路(8，10，11，12)中。
5.一种对信号(Si)进行选择性滤波的方法，其特征在于通过第一非对称滤波器(21)，在给定频带(B)中执行第一选择性滤波，以获得第一经滤波信号(S1)，其中所述频带具有中心频率(Fc)；变换第一经滤波信号(S1)，以放置对应于相同频带(B)的给定频带(B)、但是具有相对于中心频率(Fc)翻转了的频谱的映像；以及通过第二非对称滤波器(22)，在给定频带(B)中执行第二选择性滤波，以获得第二经滤波信号(So)，该第二滤波器(22)与第一滤波器(21)相同。
6.如权利要求5所述的方法，特征在于变换由混频器(23)执行，该混频器(23)接收其频率等于中心频率(Fc)两倍的变换信号。
全文摘要
本发明提出一种具有对称频率响应的滤波设备10，利用了通过变换部件23与24耦合的非对称滤波器21与22。保持了非对称滤波器21与22的优点，并且消除了与非对称有关的缺点。非对称滤波器21与22为(例如)石英滤波器。本发明还提出一种外部发送与接收单元1，其利用了应用滤波方法的滤波设备10。
文档编号H03H19/00GK1736026SQ200380108353
公开日2006年2月15日 申请日期2003年12月17日 优先权日2003年1月6日
发明者让-伊薇斯·利内奥尔, 让-卢克·罗伯特, 奥利维尔·莫克夸尔德 申请人:汤姆森特许公司