CN106412467B - 一种低通滤波器及lnb模块及信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于LNB模块中的低通滤波器及LNB模块及其处理方法，该LNB模块包括LNB电路和卫星定位电路，所述低通滤波器的通带频率范围为950MHz到1450MHz，所述低通滤波器的滤除频率范围为1560MHz到1616MHz，所述低通滤波器输入端连接LNB电路，所述低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经所述卫星定位电路处理后的卫星定位信号合路输出。在本发明实施例中，能有效保证GNSS卫星导航信号不会受到直播卫星电视信号干扰。

Description

一种低通滤波器及LNB模块及信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种直播卫星电视高频头，具体涉及一种低通滤波器及LNB模块及信号处理方法。
背景技术
随着信息技术的发展，直播电视卫星高频头在农村区域得到极大的推广，但由于市场山寨机、黑盒子越来越多，甚至更有国家招标的盒子被拿到城市使用，冲击当地有线数字机顶盒的市场，给市场和管理造成混乱。因而广电总局推出了具有接受GNSS信号的直播电视卫星高频头的产品，其最终目的是向广电户户通用户提供满足其技术需求的、稳定的、高质量、低成本的产品，给客户提供满意产品和服务。
带定位功能的LNB模块的作用是：不仅能够接收Ku波段的直播卫星电视信号，通过对其进行放大、合路、滤波、下变频以及中频放大等信号处理，然后输出直播卫星电视信号的中频信号950MHz～1450MHz；而且能够同时接收GNSS信号，并将接收到的GNSS信号进行滤波、放大；最后，将直播电视卫星中频信号和GNSS信号合路后送到卫星接收机或机顶盒解调。
为了防止直播电视卫星信号受到带内信号干扰，可选择的GNSS信号可以为北斗卫星导航信号中心频率为1561.098MHz的B1频段信号，或者GPS卫星信号中心频率为1575.42MHz的L1频段信号或者GLONASS信号频段范围为1602MHz+0.5625MHz*K的L1频段信号等，其中K＝1～24。
带定位功能的LNB模块是通过一根同轴电缆线将直播电视卫星中频信号和GNSS信号合路后送到卫星接收机或机顶盒解调。此时将需要在直播电视卫星高频头上进行异频合路器的设计。异频合路器性能的优劣主要看两通路的带外抑制比、插入损耗、驻波比和带内波动。在通常的设计中采用分立元器件进行滤波器选频设计和合路，此设计方法复杂，且元件插入损耗比较大，造成通带损耗大。
使用微带线设计的异频合路器，由于直播电视卫星中频信号和GNSS信号的波长较长，在印刷电路板上四分之一波长将超过20毫米，此时将增加了印刷电路板的尺寸，造成成本增加。又或者是使用异频合路器集成芯片的异频合路器，集成芯片一般价格比较贵，将导致成本将增加。
由于电视中频信号和北斗卫星信号的频率间隔很近，因此实现“带外高抑制比”是整个射频通路设计的关键。在LNB电路尺寸较小的前提下，采用分立LC元器件的滤波器很难实现这种“带外高抑制比”滤波器(滤波器的矩形系数较差)；这是因为要实现滤波器的“带外高抑制比”性能，必须增加LC滤波器的阶数，这样会增加电容、电感等元器件数量；同时由于元器件精度影响，在大批量生产过程中滤波器的通带和阻带的频率将产生偏移，从而影响直播卫星电视信号和北斗卫星信号。总而言之，在有限电路空间尺寸下，基于LC分离元器件的滤波器将使直播卫星电视中频信号干扰GNSS卫星导航信号，从而导致卫星接收机不能正常收视及定位。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述存在的问题，提供一种用高阻带抑制、频率精确稳定的滤波器，使得GNSS卫星导航信号不会受到直播卫星电视信号干扰，从而让卫星接收机正常收视和定位，并提供相应的LNB高频头以及信号处理方法。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种用于LNB模块中的低通滤波器，所述LNB模块包括LNB电路和卫星定位电路，所述低通滤波器的通带频率范围为950MHz到1450MHz，所述低通滤波器的滤除频率范围为1560MHz到1616MHz，所述低通滤波器输入端连接LNB电路，所述低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经所述卫星定位电路处理后的卫星定位信号合路输出。
所述低通滤波器由两颗LTCC滤波器串联组成；或者所述低通滤波器由一颗分立LC元器件低通滤波器和一颗LTCC滤波器串联组成。
所述低通滤波器通带插入信号小于5dB，输入驻波比和输出驻波比小于1.8，在1560MHz～1580MHz处的抑制范围在38dB到60dB。
所述卫星定位电路所接收的卫星定位信号为北斗卫星定位信号。
相应的，本发明还提供了一种包括低通滤波器的LNB模块。
相应的，本发明还提供了一种应用于LNB的信号处理方法，所述LNB具有接收卫星定位信号和直播卫星电视信号的功能，所述步骤包括：
将由LNB电路接收的直播卫星电视信号，由低通滤波器滤除1560MHz到1616MHz范围的信号；再将经过低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经过处理后的卫星定位信号进行合路输出。
所述方法还包括：
接收直播卫星电视信号，将所述直播卫星电视信号经过LNB电路中的两级LNA电路进行放大处理；
通过镜像抑制滤波器进行滤波；
由下变频和中频放大电路进行下变频和中频放大处理，在将处理后的直播卫星电视信号输入至低通滤波器。
所述方法还包括：
接收信号频率范围在1560MHz到1616MHz的卫星定位信号；
通过卫星定位电路中的两级LNA电路进行放大处理。
所述方法还包括：
基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波；
所述基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波步骤在卫星定位信号经过两级LNA电路放大后进行，或者在卫星定位信号经过第一级LNA电路后进行。
所述卫星定位信号和直播卫星电视信号经过处理后合路输入至异频合路器，再由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机。
所述由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机包括：
基于异频合路器中的分离元器件匹配电路将F头合路输出匹配到75欧姆系统。
采用上面的方案后，本发明的有益效果包括：
1、本发明涉及的直播卫星信号处理链路后端的LTCC滤波器矩形系数好，阻带抑制好，能有效保证GNSS卫星导航信号不会受到直播卫星电视信号干扰。
2、本发明涉及的直播卫星信号处理链路后端的LTCC滤波器通带插入损耗小，端口驻波比好，使得信号传输性能好。
3、本发明涉及的直播卫星信号处理链路后端的LTCC滤波器频率精确稳定，体积小，生产贴片工艺简单，保证了产品的品质，同时简化了电路设计，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中带导航/定位功能的直播卫星高频头(LNB)的信号处理流程示意图；
图2是本发明实施例中异频合路器模块电路原理图；
图3是本发明实施例中低通滤波器第一实施例的电路原理图；
图4是本发明实施例中低通滤波器第二实施例的电路原理图；
图5是本发明实施例中异频合路器模块电路中低通滤波器的插入损耗S21测试结果图；
图6是本发明中异频合路器模块电路中低通滤波器的输入驻波比测试结果图；
图7是本发明中异频合路器模块电路中低通滤波器的输出驻波比测试结果图；
图8是本发明中异频合路器模块电路中声表滤波器的插入损耗S21测试结果图；
图9是本发明中异频合路器模块电路中声表滤波器的输入驻波比和输出驻波比测试结果图；
图10是本发明中声表滤波器放置第二级低噪声放大器电路(LNA)后位置示意图；
图11是本发明中声表滤波器放置第一级低噪声放大器电路(LNA)后位置示意图；
图12是本发明中异频合路器模块两通路合路输出采用垂直方式示意图；
图13是本发明中异频合路器模块两通路合路输出采用相对方式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所涉及的用于LNB模块中的低通滤波器，该LNB模块包括LNB电路和卫星定位电路，该低通滤波器的通带频率范围为950MHz到1450MHz，低通滤波器的滤除频率范围为1560MHz到1616MHz，低通滤波器输入端连接LNB电路，低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经卫星定位电路处理后的卫星定位信号合路输出。低通滤波器由两颗LTCC滤波器串联组成；或者所述低通滤波器由一颗分立LC元器件低通滤波器和一颗LTCC滤波器串联组成。
本发明实施例所涉及的应用于LNB的信号处理方法，该LNB具有接收卫星定位信号和直播卫星电视信号的功能，该LNB具有接收卫星定位信号和直播卫星电视信号的功能，在此过程中，将LNB电路接收的直播卫星电视信号，由低通滤波器滤除1560MHz到1616MHz范围的信号；再将经过低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经过处理后的卫星定位信号进行合路输出。
具体实施实施过程中，LNB中直播卫星电视处理过程包括：接收直播卫星电视信号，将所述直播卫星电视信号经过LNB电路中的两级LNA电路进行放大处理；通过镜像抑制滤波器进行滤波；由下变频和中频放大电路进行下变频和中频放大处理，在将处理后的直播卫星电视信号输入至低通滤波器；将LNB电路接收的直播卫星电视信号，由低通滤波器滤除1560MHz到1616MHz范围的信号；再将经过低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经过处理后的卫星定位信号进行合路输出。
具体实施过程中，LNB模块中卫星定位信号处理过程包括：接收信号频率范围在1560MHz到1616MHz的卫星定位信号；通过卫星定位电路中的两级LNA电路进行放大处理。在此过程中，还涉及到基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波；基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波步骤在卫星定位信号经过两级LNA电路放大后进行，或者在卫星定位信号经过第一级LNA电路后进行。
具体实施过程中，卫星定位信号和直播卫星电视信号经过处理后合路输入至异频合路器，再由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机。由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机包括：基于异频合路器中的分离元器件匹配电路将F头合路输出匹配到75欧姆系统。
下面将参考附图来进一步说明本发明，参考图1至图13。
如图1所示，带导航/定位功能的直播卫星高频头(LNB)天线接收到GNSS卫星定位信号频率为1560MHz～1580MHz，信号特征为采用伪随机序列调制的扩频信号，信号的积分噪声强度约为-110dBm；然后通过第一级低噪声放大器(LNA)电路和第二级低噪声放大器(LNA)电路进行放大处理，链路总增益约为33dB，最后输出的信号强度约为-77dBm。
如图1所示，直播卫星电视信号到达地面时信号强度约为-123dBm，卫星电视天线的增益约为13dB，馈入到带导航/定位功能的直播卫星高频头(LNB)的信号强度约为-110dBm；直播卫星电视信号通过第一级低噪声放大器(LNA)电路、第二级低噪声放大器(LNA)电路进行放大处理、通过滤波、下变频和中频放大电路进行处理；整个直播卫星信号处理链路总增益为55dB，则最终输出的直播卫星电视中频信号强度为-110+55＝-55dBm。直播卫星电视信号频段RF为11.7GHz～12.2GHz，带导航/定位功能的直播卫星高频头(LNB)本振信号频率LO为10.75GHz，根据下变频公式IF＝RF-LO，得出变频后的直播卫星电视中频信号IF为950MHz～1450MHz。同时，由于直播卫星电视信号放大变频电路的放大作用，导致在1560MHz～1580MHz频段范围的底部宽带噪声信号强度约-55dBm。
此时，得出的直播卫星电视中频信号和GNSS(全球定位卫星系统)信号将进行合路输出，由上所述，为了保证GNSS卫星导航信号不受到底部宽带噪声信号的影响，如图2所示，异频合路器模块电路需要对直播卫星电视中频信号(950MHz～1450MHz)进行滤波，通过低通滤波器将1560MHz～1580MHz处的本底噪声信号强度抑制到-55-(-77)+12＝34dB以上,考虑到地域性差异、空间电磁特性、以及各种天气因素等，异频合路器模块电路中的低通滤波器的带外抑制实际需要做到38dBc以上。
图2示出了本发明实施例中的异频合路器模块结构示意图，本发明的异频合路器模块由声表滤波器、第一分立元器件匹配电路，该声表滤波器输入端与GNSS信号电路连接，该声表滤波器输出端与第一分立元器件匹配电路连接，第一分立元器件匹配电路输出端与所述F头合路输出口连接；以及低通滤波器、第二分立元器件匹配电路，低通滤波器输入端与LNB电路连接，低通滤波器输出端与所述第二分立元器件匹配电路输入端连接，第二分立元器件匹配电路输出端与所述F头合路输出口连接。
总体来说，异频合路器模块通过声表滤波器、低通滤波器、若干个分立LC元器件等构成，该异频合路器模块的带外抑制比、插入损耗、驻波比和带内波动完全满足设计需求，高稳定性且成本低廉。
由上所述，由于直播卫星电视中频信号(950MHz～1450MHz)和GNSS(全球定位卫星系统)信号(1560MHz～1580MHz)频率相间隔比较小，而要在这么小的频率间隔里异频合路器模块电路中的低通滤波器的带外抑制至少需要做到34dBc以上，可靠设计需要做到38dBc以上，目前分立LC元器件构建的这种低通滤波器由于分立LC元器件的插损必将是带内插入损耗大，或者带外抑制达不到要求。而在本发明异频合路器模块中的低通滤波器有两种实施方式，分别为：1、如图3所示，低通滤波器采用了两颗LTCC(Low Temperature Co-firedCeramic，低温陶瓷共烧)滤波器串联构成。2、如图4所示，低通滤波器采用了一颗LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温陶瓷共烧)滤波器和一个由分立LC分立构建的低通滤波器串联组成。本发明两种方式的低通滤波器对比分立LC元器件构建而成的低通滤波器，它具有小型化、高品质因数、高稳定性、高集成度，设计简单等优点，而且对比其他集成滤波器有着价格低廉而不失性能优良的特点。
如图5至图7所示，低通滤波器的通带插入损耗IL小于5dB，输入驻波比和输出驻波比小于1.8，在1560MHz～1580MHz处的抑制远大于38dBc，可至60dBc。这样，使得直播卫星信号处理链路总增益在55dB～70dB动态范围内都能保证在1560MHz～1580MHz处的本底噪声低于-95dBm，使得卫星接收机(机顶盒)能够正常收视和定位。
如图2所示，本发明异频合路器模块电路中的通过GNSS卫星定位信号的通路采用声表滤波器进行滤波。声表滤波器具有矩形系数好、抗干扰能力强、体积小等优点。如图8和图9所示，声表滤波器通带插入损耗IL小于2dB，输出驻波比和输出驻波比小于1.6，在950MHz～1450MHz处的抑制大于30dBc。
本发明实施例中的模块包括：GNSS信号电路、LNB电路，以及异频合路器模块，该GNSS信号电路与所述异频合路器模块连接，该LNB电路与异频合路器模块连接，该异频合路器模块输出端与卫星接收机或者机顶盒连接，其中：GNSS信号电路包括第一级低噪声放大器和第二级低噪声放大器，以及LNB电路包括第一级低噪声放大器、第二级低噪声放大器和滤波、下变频和中频放大电路等等。具体如图10和图11所示，声表滤波器的在直播卫星高频头(LNB)电路设计中可放置第二级低噪声放大器电路(LNA)后或者放置第一级低噪声放大器电路(LNA)后，电路设计灵活。
带导航/定位功能的直播卫星高频头(LNB)是通过一根75欧姆同轴电缆线将直播卫星电视中频信号和GNSS信号传输到卫星接收机(机顶盒)解调，如图2所示，在F头合路输出前，在两通路有分立LC元器件匹配电路。通过分立LC元器件匹配电路，将F头合路输出匹配到75欧姆系统，最终F头合路输出的驻波比小于2.0。
为避免直播卫星电视中频信号和GNSS(全球定位卫星系统)信号平行耦合干扰影响信号质量，如图12和图13所示，在两通路汇入直播卫星高频头(LNB)的F头输出口时，采用相互垂直的方式或者是相对汇入的方式进行合路输出，减小了信号之间的干扰。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的低通滤波器及LNB模块及信号处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种LNB模块，其特征在于，所述LNB模块包括低通滤波器、LNB电路和卫星定位电路，所述低通滤波器的通带频率范围为950MHz到1450MHz，所述低通滤波器的滤除频率范围为1560MHz到1616MHz，所述低通滤波器输入端连接LNB电路，所述低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经所述卫星定位电路处理后的卫星定位信号合路输出；所述低通滤波器由两颗LTCC滤波器串联组成；或者所述低通滤波器由一颗分立LC元器件低通滤波器和一颗LTCC滤波器串联组成；所述LNB模块的本振信号频率LO为10.75GHz；在两通路汇入直播卫星高频头的F头输出口时，采用相互垂直的方式或者是相对汇入的方式进行合路输出。
2.如权利要求1所述的LNB模块，其特征在于，所述低通滤波器通带插入信号小于5dB，输入驻波比和输出驻波比小于1.8，在1560MHz～1580MHz处的抑制范围在38dB到60dB。
3.如权利要求1所述的LNB模块，其特征在于，所述卫星定位电路所接收的卫星定位信号为北斗卫星定位信号。
4.一种应用于LNB的信号处理方法，其特征在于，所述LNB具有接收卫星定位信号和直播卫星电视信号的功能，所述方法包括：
将LNB电路接收的直播卫星电视信号，由低通滤波器滤除1560MHz到1616MHz范围的信号；再将经过低通滤波器处理后的直播卫星电视信号与经过处理后的卫星定位信号进行合路输出，LNB模块的本振信号频率LO为10.75GHz；在两通路汇入直播卫星高频头的F头输出口时，采用相互垂直的方式或者是相对汇入的方式进行合路输出；
所述方法还包括：
接收直播卫星电视信号，将所述直播卫星电视信号经过LNB电路中的两级LNA电路进行放大处理；
通过镜像抑制滤波器进行滤波；
由下变频和中频放大电路进行下变频和中频放大处理，在将处理后的直播卫星电视信号输入至低通滤波器。
5.如权利要求4所述的应用于LNB的信号处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收信号频率范围在1560MHz到1616MHz的卫星定位信号；
通过卫星定位电路中的两级LNA电路进行放大处理。
6.如权利要求5所述的应用于LNB的信号处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波；
所述基于声表滤波器对卫星定位信号进行滤波步骤在卫星定位信号经过两级LNA电路放大后进行，或者在卫星定位信号经过第一级LNA电路后进行。
7.如权利要求4至6任一项所述的应用于LNB的信号处理方法，其特征在于，所述卫星定位信号和直播卫星电视信号经过处理后合路输入至异频合路器，再由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机。
8.如权利要求7的应用于LNB的信号处理方法，其特征在于，所述由异频合路器合路输出至机顶盒或者卫星接收机包括：
基于异频合路器中的分离元器件匹配电路将F头合路输出匹配到75欧姆系统。
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