CN101459438A

CN101459438A - 具有耦接至混合耦合器的含微调机构的匹配电路的降频器

Info

Publication number: CN101459438A
Application number: CN 200710301204
Authority: CN
Inventors: 陈宗志; 康闵杰
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: CN101459438B

Abstract

本发明提供具有耦接至混合耦合器的含微调机构的匹配电路的降频器，该降频器包含两低噪声放大器、九十度混合耦合器、两第一匹配电路及降频电路。两低噪声放大器分别放大第一、第二无线信号以产生第一、第二放大信号。九十度混合耦合器具有两输入端口及两输出端口，将第一、第二放大信号转换成第一、第二耦合器输出信号。两第一匹配电路分别耦接九十度混合耦合器的两输入端口或者两输出端口且各具有一第一微调机构，设置于第一匹配电路的一侧且不接触第一匹配电路。降频电路对第一、第二耦合器输出信号进行降频。

Description

具有耦接至混合耦合器的含微调机构的匹配电路的降频器

技术领域

本发明涉及无线通信接收装置，尤其涉及一种将具有微调机构的匹配电路应用于九十度混合耦合器的输入端口和/或输出端口中来调整交叉极化隔离度的降频器(例如卫星降频器)。

背景技术

由于卫星通信服务具有宽带、广播以及无国界等特色，近年来对于卫星接收系统的需求逐年增加，然而卫星频宽资源有限，为了使卫星的频宽能够充分利用，发展出线性极化以及圆形极化等传送方式。线性极化，又包含垂直线性极化(vertical linear polarization，VLP)以及水平线性极化(horizontal linear polarization，HLP)，其电场的大小随时间变化，但方向保持在同一方向，而圆形极化包含右旋圆形极化(right-hand circular polarization，RHCP)以及左旋圆形极化(left-hand circular polarization，LHCP)，其电场的大小不随时间改变，但方向却随时间变化。一般而言，会依据卫星发射信号的极化形态以相同极化的天线接收，但也有可能因为接收天线设计限制而使用不同极化种类的天线接收，例如以线性极化天线接收圆形极化波。在这种应用情况下，由于线性极化天线只能撷取卫星所发射的右旋圆形极化信号(RHCP signal)以及左旋圆形极化信号(LHCP signal)的相对应的线性极化分量，所以线性极化天线所接收的垂直线性极化信号(VLP signal)以及水平线性极化信号(HLP signal)经低噪声放大器放大后，必须要经由一个九十度混合耦合器(90degree hybrid coupler)再组合成右旋圆形极化信号与左旋圆形极化信号。

请参考图1，图1为公知的九十度混合耦合器100的架构示意图。九十度混合耦合器100包含一耦合器本体180，而耦合器本体180包含一第一输入端口110、一第二输入端口120、一第一输出端口130以及一第二输出端口140，其中第一输入端口110与第二输入端口120分别用来接收一垂直线性极化信号S_VLP以及一水平线性极化信号S_HLP，而第一输出端口130与第二输出端口140分别用来输出一右旋圆形极化信号S_RHCP以及一左旋圆形极化信号S_LHCP。在这种公知架构中，位于九十度混合耦合器100前端的垂直线性极化信号S_VLP以及水平线性极化信号S_HLP的振幅与相位必须保持平衡性，否则在第一输出端口130内不仅有右旋圆形极化信号，还会有若干左旋圆形极化信号，二者比值称为交叉极化隔离度(Cross Polarization Isolation，CPI)；同理，在第二输入端口120内也有另一交叉极化隔离度。也就是说，九十度混合耦合器的两个输入线性极化信号的振幅与相位差异愈小，则通过九十度混合耦合器100组合后的右旋圆形极化信号S_RHCP与左旋圆形极化信号S_LHCP的交叉极化隔离度愈佳。此外，位于九十度混合耦合器100后端的组件匹配程度也会对交叉极化隔离度造成影响。

传统的九十度混合耦合器100具有容易设计以及制造简单等优点，因此普遍应用在卫星降频器中，然而因为组件在先天制造与打件时会有个别差异，且印刷电路板制程蚀刻的精准度不一致，都有可能造成极化路径的平衡性与匹配性不佳，因而影响到卫星降频器的整体交叉极化隔离度，甚至造成生产合格率的问题。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种可调整交叉极化隔离度的降频器(例如卫星降频器)，以解决上述的问题。

本发明公开一种降频器，其包含两低噪声放大器、一九十度混合耦合器、两第一匹配电路以及一降频电路。两低噪声放大器分别用来放大一第一无线信号以及一第二无线信号以产生一第一放大信号以及一第二放大信号。该九十度混合耦合器用来将该第一放大信号及该第二放大信号转换成一第一耦合器输出信号及一第二耦合器输出信号。该九十度混合耦合器包含两输入端口分别用来接收该第一放大信号以及该第二放大信号，以及两输出端口分别用来输出一第一耦合器输出信号以及一第二耦合器输出信号。两第一匹配电路分别耦接至该九十度混合耦合器，每一第一匹配电路具有一第一微调机构，设置于该第一匹配电路的一侧且不接触该第一匹配电路，该第一微调机构用来调整该第一匹配电路的特性。该降频电路用来对该第一耦合器输出信号以及该第二耦合器输出信号进行降频。

在一实施例中，该两第一匹配电路分别耦接至该九十度混合耦合器的该两输入端口。

在一实施例中，该两第一匹配电路分别耦接至该九十度混合耦合器的该两输出端口。

在一实施例中，该降频器还包含两第二匹配电路分别耦接至该九十度混合耦合器的该两输出端口，每一第二匹配电路具有一第二微调机构，设置于该第二匹配电路的一侧且不接触该第二匹配电路。其中该两第一匹配电路分别耦接至该九十度混合耦合器的该两输入端口。

在一实施例中，该第一微调机构与该第二微调机构各为一螺丝(screw)。

附图说明

图1为公知的九十度混合耦合器的架构示意图。

图2为本发明降频器的一实施例的方框图。

图3为图2所示的具有微调机构的第一匹配电路与第二匹配电路的一实施例的侧视图。

图4为图3所示的微调机构的变化实施例的示意图。

图5为图2所示的九十度混合耦合器、第一匹配电路、第二匹配电路以及低噪声放大器在印刷电路板上的配置图。

主要组件符号说明：

100 九十度混合耦合器

180 耦合器本体

S_VLP 垂直线性极化信号

S_HLP 水平线性极化信号

S_RHCP 右旋圆形极化信号

S_LHCP 左旋圆形极化信号

200 降频器

210、220 天线

LNA₁₁、LNA₂₁、LNA₁₂、LNA₂₂ 低噪声放大器

230 九十度混合耦合器

110、232 第一输入端口

120、234 第二输入端口

130、236 第一输出端口

140、238 第二输出端口

240、250 第一匹配电路

260、270 第二匹配电路

242、252 第一微调机构

262、272 第二微调机构

280 降频电路

292、294 输入端

SWL₁ 第一无线信号

SWL₂ 第二无线信号

SA₁ 第一放大信号

SA₂ 第二放大信号

SCO₁ 第一耦合器输出信号

SCO₂ 第二耦合器输出信号

SDO₁ 第一降频输出信号

SDO₂ 第二降频输出信号

BPF₁、BPF₂ 第一带通滤波器

281、282 混波器

LPF₁、LPF₂ 低通滤波器

283、284 放大器

285 本地振荡器

286 第二带通滤波器

320、410、420、430、440、445 微调机构

310 匹配电路

360 印刷电路板

330 壳体

340 第一面

350 第二面

370 箭头

A1、A2 面积

D₁ 距离

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明降频器200的一实施例的方框图。在本实施例中，降频器200为一卫星降频器(low noise block down-converter，LNB)，但并非本发明的限制条件，亦可为其他无线通信系统的降频器。降频器200具有两天线210、220、两低噪声放大器LNA₁₁、LNA₂₁、一九十度混合耦合器230、两第一匹配电路240、250、两第二匹配电路260、270以及一降频电路280。天线210与天线220分别用来接收一第一无线信号SWL₁以及一第二无线信号SWL₂，低噪声放大器LNA₁₁、LNA₂₁分别耦接于天线210与天线220，并分别用来放大第一无线信号SWL₁以及第二无线信号SWL₂以产生一第一放大信号SA₁以及一第二放大信号SA₂，而九十度混合耦合器230用来将第一放大信号SA₁及第二放大信号SA₂转换成一第一耦合器输出信号SCO₁及一第二耦合器输出信号SCO₂。九十度混合耦合器230包含一第一输入端口232、一第二输入端口234、一第一输出端口236以及一第二输出端口238，其中第一输入端口232与第二输入端口234分别耦接于两第一匹配电路240、250，分别用来接收第一放大信号SA₁及第二放大信号SA₂，而第一输出端口236与第二输出端口238分别耦接于两第二匹配电路260、270，分别用来输出第一耦合器输出信号SCO₁以及第二耦合器输出信号SCO₂。降频电路280具有两输入端292、294，分别耦接于两第二匹配电路260、270，用来对第一耦合器输出信号SCO₁以及第二耦合器输出信号SCO₂进行降频以产生一第一降频输出信号SDO₁以及一第二降频输出信号SDO₂。

请继续参考图2，第一匹配电路240、250各具有一第一微调机构242、252，分别用来调整第一匹配电路240、250的特性(亦即调整第一放大信号SA₁及第二放大信号SA₂的振幅与相位平衡度)，此外，第二匹配电路260、270也各具有一第二微调机构262、272，分别用来调整第二匹配电路260、270的特性(亦即调整第一耦合器输出端口236及第二耦合器输出端口238与降频电路的二输入端口292与294的匹配性)。关于第一匹配电路240、250、第一微调机构242、252、第二匹配电路260、270以及第二微调机构262、272的配置与运作将于下列的附图与相关实施例中再详加说明。

请注意，上述的实施例仅用来说明本发明具有微调机构的降频器200的可行的设计变化，并非本发明的限制条件。由上可知，可在九十度混合耦合器230的四个端口上分别加上第一微调机构242、252以及第二微调机构262、272。请再注意，若是仅在第一输入端口232与第二输入端口234加上第一微调机构242、252，此时也能够调整第一匹配电路240、250的特性，进而改善九十度混合耦合器230前端的交叉极化隔离度；同理，若是仅在第一输出端口236与第二输出端口238加上第二微调机构262、272，此时也能够调整第二匹配电路260、270的特性，进而改善混合耦合器230后端的交叉极化隔离度，也属于本发明的范畴，在不违背本发明的精神下，本领域技术人员应当可以具以适当变化。

在本实施例中，降频电路280包含两低噪声放大器LNA₁₂、LNA₂₂、两第一带通滤波器(band-pass filter)BPF₁、BPF₂、两混波器281、282、两低通滤波器LPF₁、LPF₂、两放大器283、284、一本地振荡器(local oscillator，LO)285以及一第二带通滤波器286，各组件的耦接方式如图2所示。关于降频电路280内部各组件的运作方式，由于并非本发明的重点，故在此不另赘述。此外，上述的降频电路280仅为本发明的一实践范例，本领域技术人员应当可以了解，这并非本发明的限制条件，例如两低噪声放大器LNA₁₂、LNA₂₂可视设计架构而增加级数或是全部移除。

请注意，上述的九十度混合耦合器100为九十度混合耦合器一实施方式，但并不局限于此，还可为其他种类的九十度混合耦合器。第一无线信号SWL₁与第二无线信号SWL₂均为卫星信号，举例而言，在一实施例中，降频器200用来接收一左旋圆形极化信号以及一右旋圆形极化信号，其中，天线210(例如一水平线性极化天线)用来接收该左旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号及该右旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号，而天线220(例如一垂直线性极化天线)用来接收该左旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号及该右旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号，在经过九十度混合耦合器230之后，再将该左旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号与相对应的垂直线性极化分量信号组合成该左旋圆形极化信号以产生第一耦合器输出信号SCO₁，并将该右旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号与相对应的垂直线性极化分量信号组合成该右旋圆形极化信号以产生第二耦合器输出信号SCO₂。换言之，第一无线信号SWL₁包含该左旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号及该右旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号，第二无线信号SWL₂包含该左旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号及该右旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号，第一耦合器输出信号SCO₁包含该左旋圆形极化信号，而第二耦合器输出信号SCO₂包含该右旋圆形极化信号。在另一实施例中，降频器200用来接收一水平线性极化信号以及一垂直线性极化信号，其中，天线210(例如一左旋圆形极化天线)用来接收该水平线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及该垂直线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号，而天线220(例如一右旋圆形极化天线)用来接收该水平线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号及该垂直线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号，在经过九十度混合耦合器230之后，再将该水平线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及相对应的右旋圆形极化分量信号组合成该水平线性极化极化信号以产生第一耦合器输出信号SCO1，并将该垂直线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及相对应的右旋圆形极化分量信号组合成该垂直线性极化信号以产生第二耦合器输出信号SCO₂。换言之，第一无线信号SWL₁包含该水平线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及该垂直线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号，第二无线信号SWL₂包含水平线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号及该垂直线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号，第一耦合器输出信号SCO₁包含该水平线性极化信号，而第二耦合器输出信号SCO₂包含该垂直线性极化信号。

请参考图3，图3为图2所示的具有微调机构的第一匹配电路240、250与第二匹配电路260、270的一实施例的侧视图。如图3所示，一微调机构320设置于一匹配电路310的一侧且不接触匹配电路310，其中，匹配电路310以布局方式(layout)设置于一印刷电路板(printed circuit board，PCB)360上，而印刷电路板360位于一壳体330的一第一面340，微调机构320则设置于壳体330的一第二面350，且第一面340大致上平行于第二面350。微调机构320具有一面积A1，而微调机构320与匹配电路310之间具有一距离D₁，其中，面积A1与距离D₁与匹配电路310的特性有关。换言之，微调机构320与匹配电路310之间会产生一耦合电容效应，故可藉由改变面积A1与距离D₁的大小来调整匹配电路310的特性，其中，距离D₁可由箭头370所指示的方向来进行调整。

请注意，微调机构320可由金属材质(亦即导电材质)所构成，例如一螺丝(screw)，此并非本发明的限制条件，还可由其他种类的组件来实施。此外，面积A1与距离D₁并非为固定数值，可视实际需求而设计。

请再注意，图3所示的微调机构320仅为本发明的一实施例，而本领域普通技术人员应当可以据以作适当的变化。接下来，举几个实施例来说明微调机构320的各种设计变化。

请参考图4，图4为图3所示的微调机构320的变化实施例的示意图。在4A中，微调机构410与图3所示的微调机构320类似，两者不同之处在于微调机构410与匹配电路310的相对位置与图3不同。在4B中，微调机构420与图3所示的微调机构320的不同之处在于微调机构420具有一面积A2，且面积A2大于微调机构320的面积A1。在4C中，微调机构430与图3所示的微调机构320的不同之处在于两者的形状不同。在4D中，与图3所示的具有微调机构的匹配电路的不同之处在于微调机构的个数不同，在本实施例中，采用两个微调机构440、445。

毫无疑问地，本领域技术人员应当可以了解，在不违背本发明的精神下，微调机构的各种各样的变化皆是可行的，而上述的实施例仅用来说明本发明的可行的设计变化，并非本发明的限制条件，此外，微调机构的摆放位置、面积大小、形状与个数并未加以限定，而可依据设计需求来适当调整。

请一并参考图5与图2，图5为图2所示的九十度混合耦合器230、第一匹配电路240、250、第二匹配电路260、270以及低噪声放大器LNA₁₁、LNA₁₂、LNA₂₁、LNA₂₂于印刷电路板上的配置图。为了方便说明，与上述实施例相同组件使用相同符号标示。第一匹配电路240、250以及第二匹配电路260、270可由图3所示的匹配电路310来实施(亦即以布局方式设置于印刷电路板上)，此外，第一微调机构242、252以及第二微调机构262、272可由图3所示的微调机构320来实施，关于匹配电路310与微调机构320的配置与运作已详述如前(请参考图3)，为了简洁起见，在此便不再赘述。当然，第一微调机构242、252以及第二微调机构262、272也可由微调机构320的变形来实施，例如图4所示的微调机构或者各个微调机构的任意排列组合。

由上可知，本发明提供一种调整交叉极化隔离度的卫星降频器200。通过在九十度混合耦合器的两输入端口或者两输出端口或者四者的匹配电路中增加微调机构，可以调整匹配电路的特性，进而降低交叉极化干扰。尤其对于组件差异与印刷电路板制程所造成的极化路径的平衡性与匹配性不佳等问题，都可以加以改善，以解决先前生产合格率的问题。如此一来，只要采用本发明所公开的降频器及九十度混合耦合器，线性极化天线就可以用来接收右旋圆形极化信号与左旋圆形极化信号，且因为微调机构可以解决九十度混合耦合器的交叉极化干扰的问题，因此可以提升卫星降频器的接收性能。此外，本发明所公开的微调机构的构造十分简单且制造成本低廉，并不会增加九十度混合耦合器的设计困难度与额外的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所作的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种降频器，包括：

两低噪声放大器，分别用来放大一第一无线信号以及一第二无线信号以产生一第一放大信号以及一第二放大信号；

一九十度混合耦合器，用来将所述第一放大信号及所述第二放大信号转换成一第一耦合器输出信号及一第二耦合器输出信号，所述九十度混合耦合器包括：

两输入端口，分别用来接收所述第一放大信号以及所述第二放大信号；以及

两输出端口，分别用来输出一第一耦合器输出信号以及一第二耦合器输出信号；

两第一匹配电路，分别耦接至所述九十度混合耦合器，每一第一匹配电路具有一第一微调机构，设置于所述第一匹配电路的一侧且不接触所述第一匹配电路，所述第一微调机构用来调整所述第一匹配电路的特性；以及

一降频电路，用来对所述第一耦合器输出信号以及所述第二耦合器输出信号进行降频。

2.如权利要求1所述的降频器，其中所述两第一匹配电路分别耦接至所述九十度混合耦合器的所述两输入端口。

3.如权利要求1所述的降频器，其中所述两第一匹配电路分别耦接至所述九十度混合耦合器的所述两输出端口。

4.如权利要求1所述的降频器，还包括：

两第二匹配电路，分别耦接至所述混合耦合器的所述两输出端口，每一第二匹配电路具有一第二微调机构，设置于所述第二匹配电路的一侧且不接触所述第二匹配电路，所述第二微调机构用来调整所述第二匹配电路的特性；

其中所述两第一匹配电路分别耦接至所述九十度混合耦合器的所述两输入端口。

5.如权利要求4所述的降频器，其中所述第一微调机构与所述第二微调机构由金属材质所构成。

6.如权利要求5所述的降频器，其中所述第一微调机构与所述第二微调机构各为一螺丝。

7.如权利要求4所述的降频器，其中所述第一微调机构具有一第一面积，所述第一微调机构与所述第一匹配电路之间具有一第一距离，且所述第一面积与所述第一距离是与所述第一匹配电路的特性相关；以及所述第二微调机构具有一第二面积，所述第二微调机构与所述第二匹配电路之间具有一第二距离，且所述第二面积与所述第二距离是与所述第二匹配电路的特性相关。

8.如权利要求1所述的降频器，其中所述第一微调机构具有一第一面积，所述第一微调机构与所述第一匹配电路之间具有一第一距离，且所述第一面积与所述第一距离是与所述第一匹配电路的特性相关。

9.如权利要求1所述的降频器，其中所述第一微调机构由金属材质所构成。

10.如权利要求9所述的降频器，其中所述第一微调机构为一螺丝。

11.如权利要求1所述的降频器，其中所述降频器用来接收一左旋圆形极化信号以及一右旋圆形极化信号；所述第一无线信号包括所述左旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号及所述右旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号，所述第二无线信号包括所述左旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号及所述右旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号；以及所述第一耦合器输出信号包括所述左旋圆形极化信号，所述第二耦合器输出信号包括所述右旋圆形极化信号。

12.如权利要求1所述的降频器，其中所述降频器用来接收一水平线性极化信号以及一垂直线性极化信号；所述第一无线信号包括所述水平线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及所述垂直线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号，所述第二无线信号包括所述水平线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号及所述垂直线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号；以及所述第一耦合器输出信号包括所述水平线性极化信号，所述第二耦合器输出信号包括所述垂直线性极化信号。

13.如权利要求1所述的降频器，所述降频器为一卫星降频器，且所述第一无线信号以及所述第二无线信号均为卫星信号。

14.一种降频器，包括：

一九十度混合耦合器，具有一第一输入端口、一第二输入端口、一第一输出端口及一第二输出端口；

两第一匹配电路，分别耦接至所述第一、第二输入端口，每一第一匹配电路具有一第一微调机构，所述第一微调机构用来调整所述第一匹配电路的特性；

两第二匹配电路，分别耦接至所述第一、第二输出端口，每一第二匹配电路具有一第二微调机构，所述第二微调机构用来调整所述第二匹配电路的特性；以及

一降频电路，耦接于所述两第二匹配电路。

15.如权利要求14所述的降频器，其中所述第一输入端口用来接收一左旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号及一右旋圆形极化信号相对应的水平线性极化分量信号，所述第二输入端口用来接收所述左旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号及所述右旋圆形极化信号相对应的垂直线性极化分量信号。

16.如权利要求15所述的降频器，其中所述第一输出端口用来输出所述左旋圆形极化信号，所述第二输出端口用来输出所述右旋圆形极化信号。

17.如权利要求14所述的降频器，其中所述第一输入端口用来接收一水平线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号及一垂直线性极化信号相对应的左旋圆形极化分量信号，所述第二输入端口用来接收所述水平线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号及所述垂直线性极化信号相对应的右旋圆形极化分量信号。

18.如权利要求17所述的降频器，其中所述第一输出端口用来输出所述水平线性极化信号，所述第二输出端口用来输出所述垂直线性极化信号。

19.如权利要求14所述的降频器，其中所述第一微调机构与所述第二微调机构由金属材质所构成。

20.如权利要求15所述的降频器，其中所述第一微调机构与所述第二微调机构各为一螺丝。