CN106575955A - 多频带接收机的滤波器‑端接器组合 - Google Patents

多频带接收机的滤波器‑端接器组合 Download PDF

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Abstract

端接/衰减网络向机顶盒的输入端施加MOCA信道信号，MOCA信道信号具有窄频带并且包括在经由电缆从卫星天线接收的具有宽频带的RF信号中。网络包括一对串联电阻和以T形结构耦合到这对串联电阻之间的接合端子的并联电阻。串联带通滤波器(L1，C2)对这对串联电阻进行旁路，并且并联带阻滤波器(L2，C1)在MOCA信道信号的频带处使并联电阻解耦合，以用于选择性地减少MOCA信道信号的频带处的衰减。

Description

多频带接收机的滤波器-端接器组合
技术领域
本发明涉及形成端接器的射频(RF)滤波器。
背景技术
许多家庭娱乐设备不仅包括与家庭网络中的其他设备通信的能力，而且还包括从包括多个提供商的多个源接收和/或处理可用媒体内容的能力。源和提供商可以包括但不限于卫星服务、有线服务、以及通过空中地面服务到家中的免费服务。服务可以在相同或不同的射频(RF)范围中操作，并且可以使用相同或不同的传输格式或协议。用于接收服务的设备通常包括但不限于机顶盒、网关、电视、家庭计算机等。
设备中包括家庭联网功能，使得家庭娱乐设备的操作进一步复杂化。这些设备中的许多设备使用与来自服务提供商的输入传输系统共享传输介质(例如电缆)的家庭网络。一个这样的示例是电缆多媒体联盟(MOCA)家庭网络系统，其根据电缆提供的RF信号在950MHz-1050MHz频谱内的操作。频谱950MHz-1050MHz未被其他信号传输系统使用。其它信号传输系统的示例将是从1250到2150MHz的卫星下行链路频率、从174到805MHz的广播电视以及从2.3到2.4MHz的某些控制频率，以上与MOCA RF信号一起全部包含在相同电缆中。
回波损耗是包括例如由包含在电缆中的信号驱动的滤波器在内的负载的阻抗与电缆的特性阻抗匹配程度的测量。回波损耗是与相应接口相关联的数字，其根据对应接口处因阻抗失配导致的反射来计算。回波损耗通常表示为以分贝(dB)为单位的比率。
上述滤波器可以是带通滤波器，其通过MOCA频带信号，并阻止与MOCA频带信号一起包含相同电缆中的在MOCA频带之外的频率的信号通过。可能期望，针对包含MOCA频带信号的相同电缆中所包含的每个信号，避免显著的输入回波损耗。理想地，可能希望为电缆提供端接器，所述端接器针对包括MOCA频带信号的相同电缆中所包括的频谱内的每个信号与电缆的特性阻抗相匹配，例如75欧姆。
典型的做法是设计双工、三工或更高阶L-C滤波器来划分频带。相应端接器(例如75欧姆的电阻)将耦合到每个滤波器的输出端。然而，这些滤波器是复杂的，具有相对大量的部件，并且针对相应的RF信号的每个频带需要相应的滤波器，而不仅仅是针对诸如MOCA的频带处的RF信号需要。
使用通常称为“垫盘(pad)”的电阻网络以在宽频带上提供端接电阻也是公知的。例如，甚至在垫盘的输出端处于开路或短路的极端情况下，6dB垫盘将提供-12dB或更好的回波损耗S11。然而，在接收器的输入端下游使用这样的电阻性垫盘会不希望地使噪声系数降低6dB。
在实现有利特征时，6dB垫盘补充有相对简单的带通滤波器，使得例如MOCA家庭网络系统的期望频带可以有利地经受较低的衰减，而在不含MOCA频带的频率范围处的RF信号被更多地衰减并以提供改进的阻抗匹配的电阻性垫盘终止。
发明内容
操作耦合到带通滤波器的输入端的有利的端接网络包括第一电阻，第一电阻耦合到第二电阻以形成用于对第一射频(RF)输入信号进行分压的分压器，第一射频(RF)输入信号被施加到滤波器输入端。它还包括第一谐振电路，第一谐振电路响应于第一RF输入信号用于控制在滤波器输入端处产生的第二RF输入信号的幅度。控制第二RF输入信号的幅度，以当第一RF输入信号处于第一谐振电路的谐振频率时，相对于当第一RF输入信号在包括谐振频率的频率范围之外时，增大第二RF输入信号。
附图说明
图1示出了体现了有利方面的包括带通滤波器/端接器的家庭网络；
图2示出了图1的带通滤波器/端接器的第一实施例的详细示意图；
图3示出了示出包括在图2的带通滤波器/端接器中的独立带通滤波器的选择度或S参数S21的曲线图；
图4示出了示出包括在图2的带通滤波器/端接器中的独立带通滤波器的回波损耗或S参数S11的曲线图；
图5示出了示出图2的带通滤波器/端接器的选择度或S参数S21的曲线图；
图6示出了示出图2的带通滤波器/端接器的回波损耗或S参数S11的曲线图；
图7示出了图1的带通滤波器/端接器的第二实施例的详细示意图；
图8示出了示出图7的带通滤波器/端接器的选择度或S参数S21的曲线图；以及
图9示出了示出图7的带通滤波器/端接器的回波损耗或S参数S11的曲线图。
具体实施方式
图1示出了用于在家庭网络或终端用户网络中提供家庭娱乐媒体内容的系统100的实施例的框图。通过外部网络接收设备130并且还通过外部网络接收设备120将源自内容提供商的媒体内容提供给混合耦合器或组合器110。可以使用标准传输协议和用于内容传递的标准(例如，高级电视系统委员会(ATSC)A/53、数字视频广播(DVB)-有线(DVB-C)、DVB-卫星(DVB-S)或DVB-地面(DVB-T))中的任意一个来提供媒体内容。例如，外部网络接收设备120经由卫星天线盘201接收媒体内容。组合器110还经由具有例如75欧姆的特性阻抗的射频(RF)传输线110a并经由带通滤波器和端接网络的组合(这里称为带通滤波器/端接器115)连接到电缆多媒体联盟(MOCA)网络设备140，这体现了有利的特征。组合器110可以经由例如RF传输线110b连接到其他设备(未示出)。
具体地，组合器110为外部网络接收设备120的输出信号120a提供路由布置，所述输出信号结合在MOCA网络中操作的信号被施加到家庭或用户网络中的设备，例如MOCA设备140。组合器110是常规的，并且可以包括有源或无源电路元件，以将来自各种源的输入信号组合成在传输线110a和110b中的每一条中的对应的组合输出信号，例如，组合成传输线110a中的组合输出信号Vout。MOCA设备140可以被用户控制，以未详细示出的方式，将来自设备130或120的一个或多个节目内容转换为在950MHz-1050MHz的MOCA频谱处的MOCA输出，以由网络上的其他MOCA设备使用。将经转换的MOCA信号(未示出)施加回组合器110，以形成在950MHz-1050MHz的MOCA频谱处的RF信号Vouta。因此，传输线110a中的组合输出信号Vout还包含在950MHz-1050MHz的MOCA频谱处的RF信号Vouta。因此，RF信号Vout以及组合器110的其它输出(例如，在线路110b上形成的那些未示出的信号)也将包含所有原始信号，例如，从1250到2150MHz的卫星下行链路频率、从174到805MHz的广播电视频率、以及从2.3到2.4MHz的某些控制频率，统称为信号Voutb。此外，信号Vout还包含内部产生的MOCA RF信号Vouta。为了使组合器110正常工作，可能希望提供其值接近组合器和同轴电缆的特性阻抗(例如，如上所述的75欧姆)的端接阻抗。
图2示出了体现了有利的特征的图1的带通滤波器/端接器115的更详细的电路图。图1和图2中的类似符号和数字表示类似的项目或功能。在图2中，包括在带通滤波器/端接器115中的有利的端接部116包括电阻R1的第一终端端子304(在本文中被称为带通滤波器/端接器115的输入端口1)，其耦接到图1的传输线110a的信号承载导体(未示出)。在传输线110a中，产生包括信号Vouta和Voutb的信号Vout。图2的电阻R1具有第二终端端子，第二终端端子与电阻R3形成接合端子302。电阻R3的第二终端端子与并联谐振电路303串联耦合，并联谐振电路303具有耦合到图1的传输线110a的公共导体G的第二端子。并联谐振电路303包括与电容器C1并联耦合的电感器L2。因此，电阻R3和并联谐振电路303被调谐以在信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带内的频率(例如1000MHz)处谐振。因此，并联谐振电路303在信号Vouta的MOCA频带内的频率处形成高阻抗或带阻滤波器。由此，在信号Vouta的MOCA频带内的频率处，电阻R3对端接器带通滤波器/端接器115的衰减仅有最小的影响。电阻R2具有与接合端子302公共的第一端子。
串联谐振电路306包括与电容器C2串联耦合的电感器L1。串联谐振电路306耦合在电阻R2的第二端子305和端子304之间，并且与串联耦合的电阻R1和R2并联。串联谐振电路306还被调谐以在信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带内的频率(例如1000MHz)处谐振。因此，串联谐振电路306以对由串联耦合的电阻R1和R2形成的信号路径旁路的方式，在信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带内的频率处形成低阻抗或带通滤波器。结果是，在信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带内的频率处，电阻R1和R2仅具有最小的衰减效应。
有利地，串联谐振电路306在不包括MOCA信号Vouta的信号Voutb的频谱内的频率处形成高阻抗。因此，对于与信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带不重叠的频谱内的频率处的信号Voutb，电阻R1和R2支配在端子304和305之间形成的用于衰减信号Voutb的阻抗。有利地，串联谐振电路306的旁路效应不会显著地减小信号Voutb的期望衰减。
另一方面，并联谐振电路303在信号Voutb的频谱内的频率处形成低阻抗。因此，对于与信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带不重叠或不包括该频带的信号Voutb的频谱内的频率，电阻R1和R3形成实质电阻性衰减分压器。结果是，对于信号Voutb，以T形结构耦合的电阻R1、R2和R3的组合有利地且有效地形成所谓的T形衰减器。因此，有利地，信号Vouta耦合到图2的端子305，而不显著衰减；但是，有利地，需要在端子305处抑制的非MOCA信号Voutb通过电阻R1、R2和R3的组合而衰减。包括谐振电路306和303有利地抵消了电阻R1、R2和R3的组合形成的电阻性垫盘在期望的950至1050MHz中衰减。调整谐振电路306和303中的每一个的电感与电容之比L/C比可以产生从950至1050MHz的期望带通特性。
图2的带通滤波器/端接器115的端接部116的以下组件的值如下：
R1＝24Ohm
R2＝24Ohm
R3＝99Ohm
L1＝36nH
L2＝8.2nH
C1＝3.3pF
C2＝0.68pF
形成端接部116的输出端子的电阻R2的端子305还共同形成输入端子，也被称为带通滤波器SP1的端口1-SP1。带通滤波器SP1具有输出端，在此被称为带通滤波器SP1的端口2-SP1。带通滤波器SP1的端口2共同形成带通滤波器/端接器115的输出端口。
带通滤波器SP1低衰减地通过信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带的频谱处的信号。另一方面，带通滤波器SP1阻止或衰减与信号Vouta的950MHz-1050MHz的MOCA频带不重叠的信号Voutb的频谱内的频率处的信号。该滤波器的示例可以是LTCC器件，例如由MURATA制造的现有滤波器LFB321CG00M8D792。LTCC是低温共烧陶瓷的缩写。工业界使用的高纯度陶瓷也被称为“精细陶瓷”。在精细陶瓷中，LTCC被分类为用作电子材料的电子陶瓷。这种滤波器对信号Vouta的950至1050MHz的MOCA频带提供低衰减和良好的阻抗匹配。然而，带通滤波器SP1的输入端口1-SP1通常形成输入阻抗，不利地，该输入阻抗在信号Voutb的频谱上的不同频率处显著不同。取而代之地，可以采用其他滤波器类型，例如常规L-C类型或SAW器件。
图3示出了示出图2的独立带通滤波器SP1的选择度或S参数S21的曲线图。图3的S参数S21表示图2的带通滤波器SP1的端口2-SP1处接收的功率相对于带通滤波器SP1的端口1-SP1处输入的功率的比率。图3的虚线3a表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S21的规格界限要求，其在800MHz以下频率处优于负50分贝(db)。作为示例，-55db的S参数S21优于-50db的S参数S21。图3的虚线3b表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S21的规格界限要求，其在MOCA频带处优于负5db。作为示例，-3db的S参数S21优于-5db的S参数S21。图3的虚线3c表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S21的规格界限要求，其在1250MHz和2150MHz之间的频率处优于负55db。
图4示出了示出图2的独立带通滤波器SP1的回波损耗或S参数S11的曲线图。图4的S参数S11表示从图2的带通滤波器SP1的端口1-SP1反射的功率相对于在端口1-SP1处输入的功率的比率。图4的虚线4a表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S11的规格界限要求，其在800MHz以下频率处优于负8db。图4的虚线4b表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S11的规格界限要求，其在MOCA频带处优于负10db。图4的虚线4c表示图2的带通滤波器/端接器115的S参数S11的规格界限要求，其在1250MHz和2150MHz之间的频率处优于负10db。作为示例，-12db的S参数S11优于-10db的S参数S11。
假想地，假设图2的独立带通滤波器SP1耦合到图1的传输线110a，而不将端接部116插入在传输线110a和独立带通滤波器SP1之间。在这种情况下，如图4的曲线图所示，不利地，将不满足线4a和4c的规格界限。
图5示出了示出图2的包括端接部116和带通滤波器SP1在内的带通滤波器/端接器115的选择度或S参数S21的曲线图。图5的S参数S21表示在图2的带通滤波器/端接器115的端口2处接收的功率相对于在端口1、即图2的带通滤波器/端接器115的端子304处输入的功率。图5的虚线5a、虚线5b和虚线5c分别表示图3的虚线3a、3b和3c的相同规格界限要求。如图5所示，图2的带通滤波器/端接器115的S参数S21满足规格界限要求，有利地甚至比图3更好。
图6示出了示出包括端接部116和带通滤波器SP1在内的图2的带通滤波器/端接器115的回波损耗或S参数S11的曲线图。图6的S参数S11表示从图2的带通滤波器/端接器115的端口1反射的功率相对于在带通滤波器/端接器115的端口1处输入的功率。图6的虚线6a、虚线6b和虚线6c分别表示图4的虚线4a、4b和4c的相同规格界限要求。如图6所示，图2的带通滤波器/端接器115的S参数S11满足规格界限要求，有利地，比图4更好。如图6所示，除了在1250MHz和约1400MHz之间的窄频率范围中以外，图2的带通滤波器/端接器115完全满足所需的阻抗匹配。
图7示出了实现另一个有利特征的图1的改进型带通滤波器/端接器115′的电路图。除了在图7中添加一个撇号’以外，图1、图2和图7中的相似符号和数字表示相似的项目或功能。在图7的带通滤波器/端接器115′的端接部116′中，电容器Cfix′与电感器L1′并联耦合，其相对于图2的滤波器/端接器115形成补充。包括电容器Cfix’在950MHz以下提供为零的传递函数或传输。电容器Cfix′和C2′的组合与电感器L1′在1000MHz处谐振。可以调整电容器Cfix′的电容与电容器C2′的电容的比率，以改善800MHz及以下的阻抗匹配。此外，电感器Lfix′与并联谐振电路303′串联耦合，并联谐振电路303′包括用于与电容器C1’在1000MHz以上谐振的电感器L2′。然而，电感器L2′和电容器器C1′在约1000MHz谐振。添加电感器Lfix′提供了在1050MHz以上为零的传递函数或传输。可以调整电感器Lfix′的电感与电感器L2′的电感的比率，以改善在1250MHz及以上的阻抗匹配。
图7的带通滤波器/端接器115′的端接部116′的组件的值如下：
R1’＝24Ohm
R2’＝24Ohm
R3’＝99Ohm
L1’＝18nH
L2’＝5.6nH
Lfix’＝12nH
C1’＝4.3pF
C2’＝0.82pF
Cfix’＝0.56pF
图8示出了示出包括带通滤波器SP1’在内的图7的带通滤波器/端接器115′的选择度或S参数S21的曲线图。图8的S参数S21表示在图7的带通滤波器/端接器115’的端口2处接收的功率相对于在端口1、即图7的带通滤波器/端接器115’的端子304’处输入的功率。图8的虚线8a、虚线8b和虚线8c分别表示图5的虚线5a、5b和5c的相同规格界限要求。如图8所示，图7的带通滤波器/端接器115′的S参数S21完全满足规格界限。
图9示出了示出图7的带通滤波器/端接器115’的回波损耗或S参数S11的曲线图。图9的S参数S11表示从图7的带通滤波器/端接器115’的端口1反射的功率相对于在带通滤波器/端接器115’的端口1处输入的功率。图9的虚线9a、虚线9b和虚线9c分别表示图6的虚线6a、6b和6c的规格界限要求。如图9所示，图7的带通滤波器/端接器115′的S参数S11有利地完全满足规格界限。

Claims (23)

1.一种操作耦合到带通滤波器的输入端的端接网络，包括：
第一电阻，耦合到第二电阻以形成用于对第一射频RF输入信号进行分压的分压器，所述第一RF输入信号当被所述分压器衰减时施加到所述滤波器输入端；以及
第一谐振电路，响应于所述第一RF输入信号用于控制在所述滤波器输入端处产生的第二RF输入信号的幅度，以针对所述第一RF输入信号的给定幅度，当所述第一RF输入信号处于所述第一谐振电路的谐振频率时，相对于当所述第一RF输入信号在包括所述谐振频率的频率范围之外时，增大所述第二RF输入信号。
2.根据权利要求1所述的端接网络，其中，所述第一谐振电路包括与所述第二电阻串联耦合的并联谐振电路。
3.根据权利要求2所述的端接网络，还包括：第三电阻，用于将在所述串联耦合的并联谐振电路和所述第二电阻中产生的信号耦合到所述滤波器输入端。
4.根据权利要求3所述的端接网络，其中，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻耦合成T形结构。
5.根据权利要求2所述的端接网络，其中，当所述第一RF输入信号处于所述第一谐振电路的谐振频率时，相对于当所述第一RF输入信号在包括所述谐振频率的频率范围之外时，在所述串联耦合的并联谐振电路和所述第二电阻中产生的经分压的第一RF输入信号具有更大的幅度。
6.根据权利要求2所述的端接网络，其中，所述并联谐振电路包括与第一电感器并联耦合的第一电容器。
7.根据权利要求6所述的端接网络，还包括：第二电感器，与所述并联谐振电路串联耦合。
8.根据权利要求1所述的端接网络，其中，所述第一谐振电路包括以对所述第一电阻进行旁路的方式耦合到所述滤波器输入端的串联谐振电路。
9.根据权利要求8所述的端接网络，还包括：第三电阻，用于将经分压的第一RF输入信号耦合到所述滤波器输入端。
10.根据权利要求8所述的端接网络，其中，所述串联谐振电路包括与第三电感器串联耦合的第二电容器。
11.根据权利要求10所述的端接网络，还包括：第三电容器，与所述第三电感器并联耦合。
12.根据权利要求10所述的端接网络，还包括：并联谐振电路，与所述第二电阻串联耦合。
13.根据权利要求12所述的端接网络，其中，所述并联谐振电路包括与第一电感器并联耦合的第一电容器。
14.根据权利要求13所述的端接网络，还包括：第二电感器，与所述并联谐振电路串联耦合。
15.根据权利要求14所述的端接网络，还包括：第三电阻，具有耦合在所述第一电阻和所述第二电阻之间的第一端子和耦合到所述滤波器输入端的第二端子。
16.根据权利要求15所述的端接网络，其中，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻形成T形结构。
17.根据权利要求1所述的端接网络，其中，当所述RF输入信号处于与所述第一谐振电路的谐振频率相等的频率处时，所述端接网络在所述滤波器输入端处的输出阻抗基本上是无电抗的。
18.根据权利要求1所述的端接网络，其中，所述滤波器包括用于通过电缆多媒体联盟MOCA频率范围的带通滤波器。
19.根据权利要求1所述的端接网络，其中，所述频率范围包括电缆多媒体联盟MOCA频率范围，并且在所述频率范围之外的频率的上限为至少2000MHz。
20.一种操作耦合到带通滤波器的输入端的端接网络，包括：
射频RF输入信号的源；
第一电阻，与第二电阻串联耦合以用于将所述RF输入信号施加到所述滤波器输入端；
第一谐振电路，与所述串联耦合的第一电阻和第二电阻并联耦合；
第二谐振电路；以及
第三电阻，与所述第二谐振电路串联耦合，所述串联耦合的第二谐振电路和所述第三电阻耦合到所述第一电阻和所述第二电阻之间的端子，以形成T形结构。
21.根据权利要求20所述的端接网络，其中，所述第一谐振电路包括串联耦合的第一电容器和第一电感器。
22.根据权利要求21所述的端接网络，还包括：第二电容器，与所述第一电感器并联耦合。
23.根据权利要求20所述的端接网络，其中，所述第二谐振电路包括并联谐振电路。
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