CN1481594A - 调谐无线电滤波器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调谐无线电滤波器的方法和系统。无线电滤波器包括至少一个振荡器模块、一个滤波器输入连接、一个滤波器输出连接，其中所述至少一个振荡器模块中每一个都有一个调谐装置。所述至少一个振荡器模块中每一个的高频宽带输入和输出信号都被检测和处理，以对无线电滤波器进行调谐。检测到的输入和输出信号的处理包括在低频段的处理。

Description

调谐无线电滤波器的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种调谐无线电滤波器的方法，这种无线电滤波器包含至少一个振荡器模块。本发明也涉及到一种用来调谐无线电滤波器的系统。
背景技术
目前自调谐组合器中的控制系统为每一个振荡器模块(通道)独立工作。相位在每一个振荡器模块中被检测出来并且调谐装置的配置据此进行相应的调节。在Larsson等人的美国专利6041083中，处理工作是在一个控制单元中进行的，这个控制单元在不同的通道之间切换，但是在某一时刻测得的数据和响应是针对一个通道而言的，如图1。这里，美国专利6041083也被包含进来作为参考。
上面所述的控制系统的问题是它需要输入信号时隙有足够长来保证在振荡器中完成相位测量，因为参考信号和每一个振荡器的信号的测量都使用了同一个调节电路。
发明内容
本发明试图提供一种调谐无线电滤波器的方法，这种滤波器包含至少一个振荡器模块和控制单元，该控制单元能够自动地根据输入到滤波器的信号对滤波器进行调谐，从而克服了先前的不足。
本发明的一个方面提供了一种调谐无线电滤波器的方法，如权利要求1、2所述。
本发明被进一步应用于一个对无线电滤波器进行调谐的系统，如权利要求7、9所述。
本发明的一个优点是可以由宽带信号生成具有幅度和相位信息的离散信号，这些信息可以被用来控制具有一个或者多个级联耦合的振荡器模块的滤波器的调谐频率。
附图说明
图1展示了传统技术的具有控制电路的滤波器。
图2展示了对有控制电路的滤波器的改进。
图3展示了根据本发明的具有控制电路的滤波器的一个实施例。
图4展示了根据本发明的具有控制电路的滤波器的另一个实施例。
具体实施方式
图1展示了一个滤波器，或者说是一个合成器单元。它有四个可调振荡器模块，这些振荡器模块通过四个独立的隔离器与四个发送器相连，同时也和一个共同的天线相连。对合成器单元的调谐是通过一个控制单元进行的。
调谐第一个振荡器模块1的传统系统包含一个可调振荡器2、一个输入连接4和一个输出连接5，振荡器2具有调谐装置3。除此之外，系统还包括一个隔离器6，通过该隔离器输入信号S1由一个发送器传输到振荡器模块1的输入连接4。在隔离器6中产生一个参考信号Sref，它实质上信号S1的一小部分。
参考信号Sref通过第一复用器7被提供给控制单元CU中的一个能量分配器8，该分配器8将参考信号分成S2和S3。信号S2被通过一个限幅放大器9和一个带通滤波器10输出，它产生了一个被输入到正交调制器11(单边带产生器)信号S4，本质上知道，信号S4仍然是输入信号S1的一个度量。在积分调制器11中，信号S4与一个低频(中间频率)信号分别以直接相位I(0°)和正交相位Q(90°)两种方式混频。正交调制器的输出信号S5是两个信号的混和积的单边带，两个信号中一个是源于信号S1的信号S4，另一个是低频信号本身。结果，信号S5的频率与输入信号S1的频率偏移量为低频信号的频率，并且这个频率偏移量是个常数。信号S5由正交调制器提供给混频器12。
信号S3从能量分配器8通过一个衰减器13和第二复用器14提供给混频器12。因此混频器12由信号S3和S5的混和积产生信号S6，这个信号通过一个低通滤波器15和第二限幅放大器16提供给一个微处理器17。在微处理器17中，混和积信号S6的相位被检测出来并保存到存储器18中。
系统进一步包含了第二传感器，或者说探测器，位于振荡器2中用来检测输出信号S7从而生成一个测量信号S8。将S8与参考信号想比较可以确定一个相对的相位差。
这个相位差是输入信号和振荡器模块目前将要调谐到的频率之间的差值的度量。信号S8实质上是输出信号S7的一小部分。
测量信号S8从传感器通过第三复用器19、一个衰减器20和第二复用器14提供给控制单元CU。复用器14轮流切换信号S3或S8与混频器12之间的连接。当复用器14与测量信号S8连接时，混频器就利用信号S5与S8生成一个混和积信号S9，该信号通过低通滤波器15和第二限幅放大器16提供给微处理器17，在微处理器17中，混和积信号S9的相位被检测出来并保存到存储器18中。存储了的相位测量于是相比较就能够确定信号S6和S9之间的相位差。
微处理器17快速准确地对输入信号S1的相位进行测量和相应地调节输出信号S7的相位关系。例如一个由微处理器17的信号S10控制的电气步进发动机通过机械连接移动振荡器模块1中的振荡器2中的调谐从而实现对第一振荡器模块的调谐。
第一和第三复用器7和19由微处理器17控制，这样可以在4个实质上完全相同的振荡器模块间共享同一个调节电路并形成一个具有4个独立的发送器和一个共同的天线的合成器单元。每一个振荡器模块轮流通过与上文所述的实质上相同方法来进行调谐，具体方法可以参照对振荡器模块1的调谐说明。
传统的控制单元(CU)的一个缺点是其无法在所给的时间间隔内进行足够稳定的测量和计算来建立输入输出相位差。
CU的另一个缺点是它无法处理高速时变信号，因为对参考信号的测量和对振荡器内实际信号的测量是在不同时刻进行的。
通过引入如图2所示的第二调节电路可以解决这些问题。
图2展示了控制单元的一个可供选择的实施例CU2。图中与图1中完全相同的部分用相同的参考数字表示。对其他图亦是如此。
图1和图2中控制单元的主要不同是复用器14被另一个调节电路(12’，15’，16’)所取代。如前所述，从参考信号Sref中产生的信号S3在混频器12中与信号S5混和，但是测量信号S8被提供给第二混频器12’。这个混频器从信号S8和S5中产生一个混和积信号S9通过第二低通滤波器15’和第三限幅放大器16’提供给微处理器17。
通过引入第二个调节电路，对信号Sref和S8的测量可以同时进行，但同一时刻只能有一个振荡器模块这样进行。
一个获得具有更好的滤波器特性、如高滚降(例如，比较尖的边缘)滤波器的方法是将至少两个振荡器模块如图3所示级联放置。
图3展示了控制单元30的第一个实施例，该控制单元与滤波器连接，包含四个级联的振荡器模块1、一个隔离器6、一个发送器31、一个传感器32和一个天线33。每个振荡器模块1包含一个振荡器2、一个调谐装置3、一个探测器、一个振荡器输入连接34和一个振荡器输出连接35。
在这一控制单元的实施例中，能量分配器8被传感器32所取代，传感器32负责测量与信号S3(参考信号)相对应的信号的测量。进一步，复用器7被舍弃了，因为只有一个输入信号S1从发送器31输入到滤波器。输入信号S1可能有一个任意的带宽和形状。对应于从隔离器输出的信号S2的一个信号被直接送到限幅放大器9上。
振荡器模块1提供的每一个探测器按照上文所述的方法连接到复用器19上，不同的地方在于振荡器模块现在是级联耦合，意思就是第一个振荡器的的输出连接与第二个振荡器的输入连接是相同的并且依此类推。
微处理器17控制复用器19使得从每个振荡器模块来的测量信号S8送到第二个混频器12’的时间与参考信号S3被送到第一混频器12的时间相同。由于输入信号S1时间上的变化和进行测量所使用的间隙大小的变化，参考信号S3和振荡器中的信号在同一时间被确定下来是非常重要的。
从测量信号S8检测到的相位差作为第一组相关相位差存储在存储器中。从参考信号S3检测到的相位也作为一组相位参考存储在存储器中。
第二组相关相位差是通过比较第一组相关相位差与所述相位参考组来确定的。因此每一个振荡器模块1的调谐装置3被调节到预先设定的一组值。瑞典专利申请SE 0004658-1，提交于2000年12月5日，(Allgon AB)，对级联耦合振荡器模块的调谐过程做了详细的叙述。
图4是根据本发明所设计的第二个控制单元的实施例。在该实施例中第三复用器19被一个软件控制的切换开关40所取代。图1和2中的能量分配器8在这里被实现并且与传感器32连接，而原来该传感器是为参考信号S3使用的。所有的四个探测器被连接到软件控制的切换开关40上，这个开关又被连接到两个衰减器13和20上。切换开关40由微处理器17控制。
软件控制的切换开关40可以通过许多方法进行配置。一个方法就是将其设置成如图3中叙述的实施例运作。另一种将在下面叙述。
通过设置软件可以仅使用单独的振荡器模块上的相关相位差，而不必将每一个相关相位差与相对应的相位参考进行比较。举例如下：
第一个比较是在相位参考和第一振荡器模块的测量信号S8的相关相位之间进行的。S8与输入连接相连，而输入连接则进一步与发送器(或接收器)相连来将输入信号S1提供给滤波器。第一个振荡器模块的相关相位差可以很容易地计算出来。
第二个比较是在第一个振荡器体中的测量信号的相关相位和第二个振荡器模块的测量信号的相关相位之间进行的。由于这时第一个振荡器模块的相位差已经从前一次测量中获得了，所以第二个振荡器模块的相关相位差和前两个振荡器模块的相关相位差就都很容易计算出来。
第三和第四比较以相同的方法进行，并且可以获得一个描述了每一个振荡器模块的相关相位差的结果，这一结果与图3中的结果完全相同。通过使用这个结果来调节振荡器模块的调谐装置，可以使得相关相位差朝着一组预先确定的数值移动。
已经叙述了的本发明的实施例仅仅涉及了那些具有两个调节电路的控制单元，以同时测量相对于一个相位参考的未知相位差，但是显然很可能会进一步增加调节电路，最终使得每一个可调谐的振荡器模块都有一个调节电路。
在SE 0004658-1中，涉及了很多种包括了至少两个级联耦合可调滤波器模块的滤波器，这些滤波器可以与所述的控制单元结合使用。
尽管所有叙述的实施例仅仅涉及了振荡器模块中，一个探针测量每一个振荡器输出信号的情况，但是也可以包含一个源自振荡器输出连接上的振荡器输出信号的信号。
在所有的实施例里，每个测量之间都有某种类型的切换。微处理器在开始新的测量前都会等待一个短的时间周期，这是由于信号切换中的延时导致的。
传统的文档都是在试图提供一个组成部分最少的控制单元，这一方面是从生产花费的角度考虑的，但是主要还是为了避免拥有两个独立的调节电路的缺点。混频器、滤波器和/或放大器可能有不同的特性或者以不同的速度老化。而由于本发明中的调节电路在低频段工作，所以这些缺点在本发明中是可以接受的。低频意味着由于温度波动导致的变化会更少。最初由于不同的特性导致的差异可以通过校准消除掉。

Claims (9)

1.一种调谐无线电滤波器的方法，所述滤波器操作在一个频段内，包括一个滤波器输入连接、一个滤波器输出连接和至少两个振荡器模块，每个所述振荡器模块都有一个调谐装置，所述滤波器能够接收在所述频段内的至少一个滤波器输入信号，其特性在于所述方法是在一个具有至少两个级联耦合的振荡器模块的滤波器上进行的，第一振荡器模块与滤波器的输入连接相连，最后振荡器模块与滤波器的输出连接相连，该方法步骤如下：
(a)将所述滤波器输入信号与一个低频信号混频从而产生一个单边带信号，
(b)将每一个振荡器输出信号与该单边带信号混频，其中所述振荡器输出信号相对于每个所述滤波器输入信号的相位偏移是第一组相关相位差，该组相关相位差取决于每个振荡器模块的当前调谐，每个振荡器输出信号是下述信号中的一个：从振荡器输出连接上的一个振荡器输出信号上产生的一个信号，和一个在振荡器模块内部探测到的信号，
(c)将所述单边带信号与从输入连接上的输入信号产生的参考信号混频，
(c1)对每一个振荡器模块而言，步骤(b)和步骤(c)中的混频是同时进行的，以获得一组相位参考，
(d)对所述至少两个振荡器模块的每一个，将由步骤(b)和步骤(c)分别产生的混频积在一个低频信号附近的频段进行比较，从而确定滤波器输入和振荡器输出信号之间的第二组相关相位差，并且
(e)根据所述第二组相位差，操作所述调谐装置以调谐每一个振荡器模块，从而将所述的第二组相位差调谐到一组预先确定的数值。
2.一种调谐无线电滤波器的方法，所述滤波器操作在一个频段内，包括一个滤波器输入连接、一个滤波器输出连接和至少一个振荡器模块，每个所述振荡器模块都有一个调谐装置，所述滤波器能够接收在所述频段内的至少一个滤波器输入信号，其特性在于该方法包含如下步骤：
(a)将所述的输入信号与一个低频信号混频从而产生一个单边带信号，
(b)将每一个振荡器输出信号与该单边带信号混频，其中所述振荡器输出信号相对于每个所述滤波器输入信号的相位偏移是第一组相关相位差，该组相关相位差取决于每个振荡器模块的当前调谐，每个振荡器输出信号是下述信号中的一个：从振荡器输出连接上的一个振荡器输出信号上产生的一个信号，和一个在振荡器模块内部探测到的信号，
(c)将所述单边带信号与从输入连接上的输入信号产生的参考信号混频，
(c1)对每一个振荡器模块而言，步骤(b)和步骤(c)中的混频是同时进行的，以获得一组相位参考，
(d)对每一个所述的振荡器模块，将由步骤(b)和步骤(c)分别产生的混频积在一个低频信号附近的频段进行比较，从而确定滤波器输入和每个振荡器输出信号之间的第二组相关相位差，并且
(e)根据所述第二组相位差，操作所述调谐装置以调谐每一个振荡器模块，从而将所述的第二组相位差调谐到一组预先确定的数值。
3.根据权利要求2的方法，其中该方法通过一个具有至少两个级联耦合的振荡器模块的无线电滤波器来操作，其中第一振荡器模块与所述的滤波器输入连接相连，最后一个振荡器模块与所述的滤波器的输出连接相连。
4.在权利要求1-3的任何一款的方法中，所述的步骤(c)所使用的参考信号在所述滤波器的滤波器输入连接处被测量。
5.在权利要求1-3的任何一款的方法中，所述的步骤(c)所使用的参考信号在每一个振荡器输入连接处被测量。
6.在权利要求1-5的任何一款的方法中，步骤(b)中的所有振荡器输出信号和步骤(c)中的所述参考信号同时与所述单边带信号混频。
7.一种用于调谐一个无线电滤波器的系统，该无线电滤波器可操作在一定频率范围内，并包括一个滤波器输入连接、一个滤波器输出连接和至少一个振荡器模块，每个振荡器模块包括一个调谐装置，其特性在于该系统包含
-至少一个用来产生单边带信号的单边带产生器，
-一个第一混频器用来将每一个振荡器输出信号与所述单边带信号混频，将每一个振荡器输出信号与该单边带信号混频，其中所述振荡器输出信号相对于每个所述滤波器输入信号的相位偏移是第一组相关相位差，该组相关相位差取决于每个振荡器模块的当前调谐，每个振荡器输出信号是下述信号中的一个：从振荡器输出连接上的一个振荡器输出信号上产生的一个信号，和一个在振荡器模块内部探测到的信号，
-一个第二混频器用来将所述滤波器输入连接上的一个输入信号产生的一个参考信号进行混频，
-一种将振荡器输出信号和参考信号与所述单边带信号同时混频的装置，
-一种为每一个振荡器模块比较第一和第二混频器的混频积从而确定滤波器的输入和每一个振荡器输出信号之间的第二组相关相位差的装置，以及，
-一种根据所述的第二组相位差对每一个调谐装置进行操作，以调谐每一个振荡器模块使得所述的第二组相位差能够被调节到一组预先确定的数值上的装置。
8.在根据权利要求7的系统中，无线电滤波器至少有两个级联耦合的振荡器模块，其中第一个振荡器模块与所述的滤波器输入连接相连，最后一个振荡器模块与所述滤波器的输出连接相连。
9.一种用于调谐一个无线电滤波器的系统，该无线电滤波器可操作在一定频率范围内，并包括一个滤波器输入连接、一个滤波器输出连接和至少两个振荡器模块，所述至少两个振荡器模块的每一个都包括一个调谐装置，其特性在于，
所述的至少两个振荡器模块是级联耦合，其中第一个振荡器模块与所述滤波器的输入连接相连，最后一个振荡器模块与所述滤波器的输出连接相连，所述系统包含至少一个单边带发生器，用来从所述的滤波器输入连接上的一个宽带输入信号所产生的参考信号和所述至少两个振荡器模块的每一个上产生的输出信号上产生低频测量信号，该测量信号可以用来表示所述的参考信号和输出信号之间的相位差，该系统还包含用来同时从参考信号建立测量信号和从每一个振荡器模块的输出信号建立测量信号的装置。
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