CN1278494C - 收发滤波器和通信设备 - Google Patents

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Abstract

在连接天线的第一端口和连接收发电路的第二端口之间提供第一和第二传输路径。在第一传输路径上提供第一到第四接收滤波器、一放大器电路和第一到第四混合电路。来自天线的接收信号按照下面的顺序经过第一混合电路、第一和第二接收滤波器、第二混合电路、放大器电路、第三混合电路、第三和第四接收滤波器以及第四混合电路从第一端口传输至第二端口。这个接收信号不回送到放大器电路，由此防止接收信号因正反馈而振荡。

Description

收发滤波器和通信设备
技术领域
本发明涉及用于选择发送信号和/或接收信号并允许这些信号通过的收发滤波器。本发明还涉及包括这种收发滤波器的通信设备。
背景技术
过去，移动通信系统的基站具有包括一放大器电路的收发滤波器(transceiving filter)，该放大器电路放大在塔顶天线和收发电路之间的接收信号。
例如，根据专利合作条约公布的国际申请WO 02/031997(下文中称为专利文献1)公开了一种收发滤波器，它包括在一可连接天线的第一端口和一可连接收发电路的第二端口之间的第一和第二传输路径。
图6示出了上述收发滤波器的结构。如图中所示，天线ANT、收发电路10、允许接收信号通过的第一传输路径P1以及允许发送信号通过的第二传输路径P2。在第一传输路径P1上具有提供允许接收信号通过的带通特性的接收滤波器Rx1和Rx2以及放大器电路LNA。在第二传输路径P2上提供具有只衰减接收信号的带内衰减(band attenuation)的发送滤波器Tx1。
按照上述结构，在第一传输路径P1中放大从天线ATN输入的接收信号，并将它发送到收发电路10。从收发电路10发送的发送信号经过第二传输路径P2被传输到天线ANT。
此外，根据国际专利条约下公布的国际申请WO01/35684(下文中称为专利文献2)中公开一种收发滤波器，它在第一传输路径和第二传输路径的第一连接点处具有一定向电路(directional circuit)。该第一定向电路是为经过第一传输路径将接收信号从第一端口发送到第二端口而提供的。该收发滤波器在第一传输路径和第二传输路径的第二连接点处还具有一个第二定向电路。该第二定向电路是为将发送信号经过第二传输路径从第二端口发送到第一端口而提供的。
第一定向电路包括至少一个第一循环器(circulator)，用于将从第一端口输入的接收信号发送到放大器电路和将来自第二传输路径的发送信号发送到天线，而第二定向电路包括至少一个第二循环器，用于将由放大器电路放大的接收信号发送到第二端口和将从第二端口输入的发送信号发送到第二传输路径。
图5示出专利文献2的一个实例结构。在这个实例中，在第一传输路径P1上提供两个接收滤波器Rx1和Rx2以及一个放大器电路LNA。在第一传输路径P1和第二传输路径P2的第一连接点处提供具有第一端口(1)、(2)和(3)的循环器15。此外，在第一传输路径P1和第二传输路径P2的第二连接点处提供具有第二端口(1)、(2)和(3)的循环器16。确定从第一端口(1)到第一端口(2)的方向和从第一端口(2)到第一端口(3)的方向为循环器15的正向。确定从第二端口(1)到第二端口(2)的方向和从第二端口(2)到第二端口(3)的方向为循环器16的正向。随后，从端口#1输入的接收信号被输入到循环器15的第一端口(2)，并且从第一端口(3)发送到第一传输路径P1。由LNA放大的接收信号，被输入到循环器16的第二端口(3)，并且从第二端口(1)输出到端口#2。
将从收发电路10输入的发送信号由第二端口(1)发送到第二端口(2)，并进一步经过第二传输路径P2将它发送到循环器15的第一端口(1)。然后，将这个发送信号从第一端口(1)发送到第一端口(2)，并且经过端口#1输出到天线ANT。
不过，在图6的情况下，提供第一和第二传输路径P1和P2，并在第一传输路径P1上提供LNA。这两个传输路径常常形成反馈回路。为允许发送频带(transmit frequency band)中的信号通过和衰减接收频带(receptionfrequency band)中的信号，提供接收滤波器Tx1。如果接近这个接收频带的衰减是不充分的，则将一个来自LNA的输出信号经过接收滤波器Rx2按下面的顺序正反馈回接收滤波器Rx2、发送滤波器Tx1和接收滤波器Rx1，由此这个输出信号振荡。因此，应该实现接近发送滤波器Tx1的接收频带的大衰减，使得反馈回路的增益变成1dB或更低，由此减少信号振荡。在这种情况下，必须增加发送滤波器Tx1的接收频带的衰减频带宽度，和/或减少接收滤波器Rx1和Rx2的每一个的发送频带宽度。接着，发送频带的插入损耗(IL)和/或接收频带的插入损耗以及这个收发滤波器的噪声系数(noise figure)(NF)增加。而且，这个收发滤波器的群延迟(group-delay)(GD)特性恶化。
在使用图5中所示的具有循环器16和15的收发滤波器，并且将频率彼此不同的两个信号如发送信号从收发电路10输入到循环器16和15的时候，在循环器16和15中发生互调(IM)畸变，由此从循环器16的第二端口(2)和(3)输出IM畸变信号。例如，在使用高功率循环器并且将发送功率45dBm输入到收发滤波器的时候，在接收频带中的第三级IM畸变电平(tertiaryIM-distortion level)变高，以致到大约为-80dBm的程度。这严重的IM畸变是由于为使收发滤波器非互易而使用铁氧体的特性而发生的。
如果在接收频带中的第三级IM畸变信号从循环器15的第一端口(2)输出，则将这个信号作为干扰波从天线发送到附近的基站。随后，基站的接收灵敏度恶化。如果从循环器15的第一端口(3)输出第三级IM畸变信号，则LNA放大这个信号，由此这个收发滤波器的基站的接收灵敏度恶化。
在目前使用的系统中传输路径所产生的第三级IM畸变信号允许值大约是-100至-200dBm。不过，对于具有上述包括循环器结构的收发滤波器而言，保持这个允许的水平是困难的。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供减少在发送频带和/或接收频带中的插入损耗、噪声系数、群延迟特性恶化和振荡运行的收发滤波器。此外，本发明的一个目标是提供一收发滤波器，它减少互调(IM)畸变，因此减少这个收发滤波器的接收灵敏度的恶化。本发明的另一个目标是提供使用这个收发滤波器的通信设备。
按照本发明的一个方面的收发滤波器包括一可连接天线的第一端口；一可连接收发电路的第二端口；一第一传输路径，具有放大接收信号的放大器电路和至少一接收滤波器，所述接收滤波器用于允许接收频带中的信号通过，一允许发送信号通过的第二传输路径。这个收发滤波器还包括一位于第一传输路径和第二传输路径的第一连接点处的第一定向电路。该第一定向电路是为从第一端口向第二端口经过第一传输路径发送接收信号而提供的。这个收发滤波器还包括一位于第一传输路径和第二传输路径的第二连接点处的第二定向电路。这个第二定向电路是为从第二端口向第一端口经过第二传输路径传送发送信号而提供的。
第一定向电路包括至少一第一90°混合电路，用于将从第一端口输入的接收信号发送到放大器电路并且将发送信号从第二传输路径发送到天线。第二定向电路包括至少一第二90°混合电路，用于将由放大器电路放大的接收信号发送到第二端口并且将从第二端口输入的发送信号发送到第二传输路径。
上述的每一个混合电路包括互相连接的两条同轴线。
按照本发明，接收信号的正反馈减少。这就是说，接收信号不经过第二传输路径回送到第一传输路径的输入侧。随后，接收信号的振荡运行减少了。
因此，不必增加相应于在第二传输路径上的发送滤波器的接收频带的衰减频带。随后，发送信号的IL和接收信号的NF减少。此外，收发滤波器的GD特性增加。
当如第一和第二90°混合电路这样构成第一和第二定向电路时，简化了这个收发滤波器的电路结构。而且，在基站中使用这个收发滤波器时，IM畸变显著减少，并且阻止减少基站的接收灵敏度，这与在收发滤波器中使用循环器的情况不同。
最好在第一和第二90°混合电路中提供至少一个接收滤波器。
因此，可以只将接收信号发送到放大器电路并且只反射发送信号，使得发射发送信号到第二传输路径。
按照本发明的另一方面的通信设备，包括一收发天线，一收发电路，以及在它们之间的上述的收发滤波器。
随后，发送信号和接收信号的IL以及NF减少。此外，收发滤波器的GD特性增加。因此，通信设备具有一良好的通信能力，使得以高速度和低数据错误率传送信号。
附图说明
图1是一方框图，示出一通信设备的结构，包括依照本发明第一实施例的收发滤波器。
图2是一电路图，示出用于收发滤波器的混合电路的操作；
图3是一电路图，用于分析依照本发明的第二实施例的收发滤波器的特性；
图4是一曲线图，示出依照本发明第二实施例的收发滤波器的特性；
图5是一方框图，示出包括一已知收发滤波器的通信设备的结构；以及
图6是一方框图，示出包括另一已知收发滤波器的通信设备的结构。
具体实施方式
下面参考图1至4描述包括依照本发明第一实施例的收发滤波器100的通信设备。如图1中所示，通信设备包括用于基站的天线ANT和在基站中发送和接收通信信号的收发电路10。这个通信设备还包括在端口#1和天线ANT之间的第一浪涌吸收滤波器F(surge-absorbing filter)和在端口#2和收发电路10之间的第二浪涌吸收滤波器F。在图1中，除了天线ANT之外的通信设备部分以外，收发电路10以及第一和第二浪涌吸收滤波器F作为收发滤波器100运行。
天线ANT连接到端口#1，收发电路10连接到端口#2。最好在基站的塔顶装备这个收发滤波器100和天线ANT。收发滤波器100还包括接收滤波器Rxa、Rxb、Rxc和Rxd。这些接收滤波器的每一个具有允许接收频带中的信号通过并且衰减发送频带中的信号的带通特性。收发滤波器100还包括一低噪声放大器电路(LNA)和90°混合电路(hybrid circuit)(下文中称为混合电路)11、12、13和14。这些混合电路11至14的每一个是将功率分成两个相等部分并且在预定的传输方向发送信号的定向电路。来自端口#1的接收信号的功率由混合电路11分成两个相等的部分。然后，接收信号通过接收滤波器Rxa、Rxb和混合电路12。然后，LNA放大接收信号。混合电路13将接收信号的功率分成两个相同的部分。然后，接收信号通过接收滤波器Rxc和Rxd。进一步，经过混合电路14输出接收信号到端口#2并将它发送到收发电路10。
混合电路11至14的每一个包括互相连接的两条同轴线。因此，不需要使用磁性材料包括铁氧体等等，如在专利文献2中描述的循环器的情况。因为使用包括银等等的良导体用金属处理同轴线的内导体和外导体的表面，所以显著地减少了互调(IM)。实际上，在如上所述用金属处理它们的表面时，这些混合电路每一个的IM畸变的电平变成-125dBm。如上所述，对于当前使用的系统，第三级IM畸变信号的允许值大约是-100至-200dBm。因此，上面所述的这个实施例的结构适合于达到第三级IM畸变信号的允许值。
图2示出上面所述的接收信号流。从端口#1输入的接收信号，按下面的顺序经过混合电路11、端口#2、接收滤波器Rxa与Rxb、混合电路12、LNA、混合电路13、接收滤波器Rxc与Rxd和混合电路14，被输出到端口#2。这时，混合电路11和12构成具有一组第一端口(1)、(2)、(3)和(4)的两级混合电路(double-stage hybrid circuit)。在混合电路11和12之间提供接收滤波器Rxa和Rxb。从这组第一端口的端口(1)输入接收信号，并输出到这组第一端口的端口(2)，但不输出到这组第一端口的端口(3)和(4)。
混合电路13和14构成具有一组第二端口(1)、(2)、(3)和(4)的两级混合电路。在混合电路13和14之间提供接收滤波器Rxc和Rxd。LNA放大接收信号，从这个两级混合电路的第二端口组的端口(1)输入，并从第二端口组的端口(2)输出到端口#2。这个接收信号不是从第二端口组的端口(3)和(4)输出的。因此，这个接收信号没有被正反馈回LNA。
现在将描述依照本发明第二实施例的收发滤波器。
在上述示于图1和图2的实施例中，在LNA的输入侧提供上述两级混合电路中的一个，并且在其输出侧提供另一个。不过，可增加这些混合电路的级数。图3示出一个实例，在这个实例中提供两级混合电路11和14以及单级混合电路12和13。两级混合电路11和单级混合电路12构成一个第一三级(triple-stage)混合电路。此外，两级混合电路14和单级混合电路13构成一个第二三级混合电路。第一三级混合电路的预定部分连接到LNA的输入侧，称为端口#4。第二三级混合电路的预定部分连接到LNA的输出侧，称为端口#3。随后，这些三级混合电路获得混合电路11和14以及接收滤波器Rxa和Rxb每一个的特性。图4示出这些特性。在图3中，在端口#1和端口#2之间的第一传输路径是线路L0。构成混合电路11的线路L1至L7每一个的传输频率最好具有1/4波长的电子波长。下面描述线路L1至L7每一个的较佳阻抗。
L1至L4：35.95Ω
L5和L6：105.23Ω
L7：47.26Ω
混合电路14的结构最好与混合电路11的相同。接收滤波器Rxa和Rxb的特性最好彼此相同。
图4是一曲线图，示出在图3中所示的端口#1至#4之间的传输和反射特性。这个曲线图的垂直轴示出以分贝(dB)表示的传输损耗和反射损耗。接收频带的中心频率是1950MHz，而发送频带不包括从1920至1980MHz的频带。这里，用正方形标示的曲线表示端口#1的反射特性(特性S11)。用圆圈标示的曲线表示允许接收信号从端口#2通往端口#1的通过特性(特性S12)。用向下三角标记的曲线表示端口#2的反射特性(特性S22)。用向上三角标记的曲线表示允许接收信号从端口#3通往端口#2的通过特性(特性S23)。用菱形标记的曲线表示允许接收信号从端口#1通往端口#4的通过特性(特性S41)。
如上所述，在包括发送频带的宽频带上，保持大约0dB的特性S12，由此获得低损耗特性。随后，以低损耗从端口#2向端口#1发射发送信号。特性S41和S23在从1920至1980MHz的接收频带上保持在约0dB，由此获得另一个低损耗特性。以低损耗将从端口#1输入的接收信号传输到端口#2。
由于提供两级混合电路11和14，所以增加了传输频率的通带。
在上述实施例中，作为一条线路构成第二传输路径P2。不过，可将发送滤波器插入第二传输路径，以允许发送频带中的信号通过第二传输路径P2并衰减接收频带中的信号。随后，经过第二传输路径P2回送的接收信号反馈进一步减少。
虽然已经相对于本发明的特殊实施例描述了本发明，但是很多其它的改变和修正以及其它用途对于本领域的技术人员是显而易见的。因此，最好本发明不受到这里特定的揭示内容的限制，而是只受所附的权利要求书的限制。

Claims (16)

1.一收发滤波器，其特征在于，它包括：
第一端口；
第二端口；
第一传输路径，具有放大接收信号的放大器电路和至少一个接收滤波器，所述接收滤波器用于允许接收频带中的信号通过；
允许发送信号通过的第二传输路径；
位于所述第一传输路径和所述第二传输路径的第一连接点处的第一定向电路，所述第一定向电路通过所述第一传输路径将所述接收信号从所述第一端口发送到所述第二端口；以及
位于所述第一传输路径和所述第二传输路径的第二连接点处的第二定向电路，所述第二定向电路通过所述第二传输路径将所述发送信号从所述第二端口发送到所述第一端口；
其中，所述第一定向电路包括至少一个第一90°混合电路，用于将从所述第一端口输入的接收信号发送到所述放大器电路以及将所述发送信号从所述第二传输路径发送到所述第一端口，
其中，所述第二定向电路包括至少一个第二90°混合电路，用于将由所述放大器电路放大的接收信号发送到所述第二端口以及将从所述第二端口输入的发送信号发送到所述第二传输路径；
所述每一个混合电路包括互相连接的两条同轴线。
2.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，它还包括连接到所述第一端口的第一浪涌吸收滤波器。
3.如权利要求2所述的收发滤波器，其特征在于，它还包括连接到所述第二端口的第二浪涌吸收滤波器。
4.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，在所述第一和第二90°混合电路中的至少一个中提供至少一个接收滤波器。
5.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，所述第一和第二定向电路中的至少一个是一两级混合电路。
6.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，所述第一和第二定向电路两者都是两级混合电路。
7.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，所述第一和第二定向电路中的至少一个是一三级混合电路。
8.如权利要求1所述的收发滤波器，其特征在于，所述第一和第二定向电路两者都是三级混合电路。
9.一种通信设备，其特征在于，它包括：
收发滤波器，它包括：
第一端口；
第二端口；
第一传输路径，它具有放大接收信号的放大器电路和至少一个接收滤波器，所述接收滤波器用于允许接收频带中的信号通过；
允许发送信号通过的第二传输路径；
位于所述第一传输路径和所述第二传输路径的第一连接点处的第一定向电路，所述第一定向电路将所述接收信号从所述第一端口通过所述第一传输路径发送到所述第二端口；
位于所述第一传输路径和所述第二传输路径的第二连接点处的第二定向电路，所述第二定向电路将所述发送信号从所述第二端口通过所述第二传输路径发送到所述第一端口，
其中，所述第一定向电路包括至少一个第一90°混合电路，用于将从所述第一端口输入的接收信号发送到所述放大器电路以及将所述发送信号从所述第二传输路径发送到所述第一端口，
其中，所述第二定向电路包括至少一个第二90°混合电路，用于将由所述放大器电路放大的接收信号发送到所述第二端口，以及将从所述第二端口输入的发送信号发送到所述第二传输路径；
所述每一个混合电路包括互相连接的两条同轴线；以及
连接到所述收发滤波器的第一端口的收发天线；和
连接到所述收发滤波器的第二端口的收发电路。
10.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，它还包括在所述第一端口和所述收发天线之间的第一浪涌吸收滤波器。
11.如权利要求10所述的通信设备，其特征在于，它还包括在所述第二端口和所述收发电路之间的第二浪涌吸收滤波器。
12.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，在所述第一和第二90°混合电路中的至少一个中提供至少一个接收滤波器。
13.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述第一和第二定向电路中的至少一个是一个两级混合电路。
14.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述第一和第二定向电路两者都是两级混合电路。
15.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述第一和第二定向电路中的至少一个是一个三级混合电路。
16.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于，所述第一和第二定向电路两者都是三级混合电路。
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