DE3827962A1 - Filter zur unterdrueckung von oberflaechen-interferenzen fuer satellitenkommunikations-empfaenger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen für Satellitenkommunikations- Empfänger, insbesondere für C-Band-Satellitenkommunikations­ signale im Bereich von 3,7 bis 4,2 GHz.

Generell werden konventionelle Filter zur Interferenzunter­ drückung bei zwischen Erdstationen übertragenen Satelliten­ kommunikationssignalen nicht innerhalb des Satellitenkommunikations- Empfängers, sondern außerhalb des Empfängers installiert.

Dabei handelt es sich um einen Kammfiltertyp, welcher einen Frequenzbereich f _N unterdrückt, indem das Interferenzsignal im Zwischenfrequenzband liegt. Typischerweise wird ein solches Filter durch einen abgestimmten Kreis aus einer Induktivität und einer Kapazität gebildet. Wird der Betriebs­ frequenzbereich bis in den Bereich mehrerer GHz erweitert, so werden die Frequenzen nicht benötigter Bereiche durch andere Filter unter Verwendung von Bandleitungen unterdrückt.

Derartige konventionelle Filter zur Unterdrückung der Interferenz mit Kommunikationssignalen zwischen Erdstationen haben jedoch insofern Nachteile, als die Herstellung aufwendig ist und die Filtergröße zunimmt. Im Falle eines Filters zur Verwendung im Zwischenfrequenzband unter Verwendung einer Induktivität und einer Kapazität gemäß Fig. 1 ist es notwendig, die Induktivität und die Kapazität auf den zu unterdrückenden Frequenzbereich einzustellen. Im Falle eines Filters unter Verwendung von Bandleitungen nimmt die Filtergröße zu, wenn ein solches Filter für das Zwischenfrequenzband verwendet wird. Konventionelle Filter können daher nicht im Satellitenkommunikations-Empfänger installiert werden. Sie müssen vielmehr außerhalb des Empfängers installiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenwellen-Filter zur Unterdrückung von Oberflächen- Interferenzen anzugeben, das in einem Satellitenkommunikations- Empfänger installierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Filter der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Das erfindungsgemäße Oberflächenwellenfilter besitzt aufgrund der geometrischen Struktur zweier Interdigitalwandler aus piezoelektrischem Material, welche zusammen ein Oberflächen­ wellenelement bilden, eine stabilisierte Frequenzcharak­ teristik.

Darüber hinaus ist bei diesem Oberflächenwellen-Filter kein Abstimmvorgang erforderlich, so daß seine Herstellung einfacher und seine Größe reduziert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines konventionellen Filters zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Oberflächenwellen-Filters zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Transversalfilters zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips;

Fig. 4 erfindungsgemäße Eingangs-Interdigitalwandler;

Fig. 5 Frequenzcharakteristiken erfindungsgemäßer Filter; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Oberflächenwellen-Filters.

Gemäß Fig. 2 besitzt ein erfindungsgemäßes Oberflächenwellen- Filter zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen zwei Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ sowie einen Ausgangs-Interdigitalwandler IDT₃, welche auf piezoelektrischem Material PZ vorgesehen sind.

Die Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ überführen ein in einen Eingang eingespeistes elektrisches Signal in eine Deformation, welche als akustische Oberflächenwelle bezeichnet wird, die sich längs der Oberfläche des piezo­ elektrischen Materials ausbreitet. Die geometrische Struktur der Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ wird so variiert, daß einer der Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ als Zwischenfrequenz-Bandpaßfilter und der andere als Filter arbeitet, das eine Frequenzcharakteristik zur Unterdrückung des zwischen den Erdstationen im Zwischenfrequenz­ band auftretenden Interferenzsignals besitzt.

Die sich längs der Oberfläche des piezoelektrischen Materials ausbreitende Oberflächenwelle wird im Ausgangs-Inter­ digitalwandler IDT₃ als elektrisches Signal detektiert.

Ein zwischen den Eingang und die Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ geschalteter Umschalter SW dient zur Einkopplung des Eingangssignals in die beiden Eingangs- Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂. Oberflächen-Interferenzen können daher durch den Anwender nach Bedarf unterdrückt werden.

Die Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ sowie der Ausgangs-Interdigitalwandler IDT₃ sind gemäß den Prinzipien eines Transversalfilters ausgelegt und auf dem piezoelektrischen Material PZ angeordnet.

Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Transversalfilters. Ein Ausgangssignal V _aus (f) hängt von einem Eingangs­ signal V _ein (f) gemäß folgender Beziehung ab:

worin A _n Wichtungskoeffizienten und D _n Zeitverzögerungen bedeuten.

Die Transferfunktion H(f) des Transversalfilters kann aus Gleichung (1) gemäß folgender Beziehung abgeleitet werden:

In den dargestellten Ausführungsformen dient die das Oberflächenwellen- Element bildenden Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ auf der Basis von Gleichung (2) und den Prinzipien des Transversalfilters gemäß Fig. 3 ausgelegt und angeordnet. Die Wichtungskoeffizienten A _n sind für die Eingangs-Interdigitalwandler durch die Breiten benachbarter Elektrodenteile und die Zeitverzögerungen D _n durch die Abstände zwischen den Elektroden gemäß Fig. 4 festgelegt.

Die gewünschte Frequenzcharakteristik H(f) kann durch Einstellung der Wichtungskoeffizienten A _n und der Zeitverzögerungen D _n gewonnen werden. Ist die gewünschte Frequenz­ charakteristik festgelegt, so werden die Wichtungskoeffizienten A _n und die Zeitverzögerungen D _n gemäß der inversen Furier- Transformation der Frequenzcharakteristik H(f) gewonnen.

Bei der Auslegung der beiden Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ des Oberflächenwellen-Filters zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen wird die geometrische Struktur des Interdigitalwandlers IDT₁ so festgelegt, daß seine Frequenzcharakteristik eine Bandbreite von ± BW in bezug auf die Mittenfrequenz f _c gemäß Fig. 5A besitzt. Der Interdigitalwandler IDT₂ wird so ausgelegt, daß seine Frequenz­ charakteristik eine Bandbreite von ± BW in bezug auf die Mittenfrequenz von f _c besitzt und daß die Verstärkung in einem bestimmten Frequenzbereich f _N , in dem das Interferenzsignal liegt, um etwa 15 dB kleiner als diejenige einer Referenzfrequenz gemäß Fig. 5B ist.

Wenn das in den Eingang eingespeiste elektrische Signal mittels des Umschalters SW in den Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ oder IDT₂ eingekoppelt wird, so breitet sich die von einem dieser Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ oder IDT₂ erzeugte Oberflächenwelle längs der Oberfläche des piezoelektrischen Materials PZ aus und wird wiederum im Ausgangs- Interdigitalwandler IDT₃ als elektrisches Signal detektiert.

Die Gesamtfrequenzcharakteristik H _total (f) des Oberflächen­ wellen-Elementes ist durch folgende Beziehungen gegeben:

H _total (f) = H₁(f) · H _aus (f),
oder
H _total (f) = H₂(f) · H _aus (f),

worin H₁(f), H₂(f) und H _aus (f) die Frequenzcharakteristiken der Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ bzw. des Ausgangs-Interdigitalwandlers IDT₃ bedeuten.

Die Gesamt-Frequenzcharakteristik wird dadurch gleich derjenigen der Eingangs-Interdigitalwandler gemacht, daß diese im Sinne der gewünschten Frequenzcharakteristik und der Ausgangs- Interdigitalwandler im Sinne einer Breitband-Frequenz­ charakteristik ausgelegt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ und IDT₂ auf jeweils einer Seite des Ausgangs-Interdigitalwandlers IDT₃ angeordnet. Das Signal vom Eingang wird durch den Umschalter SW entweder in den Eingangs-Interdigitalwandler IDT₁ oder IDT₂ eingekoppelt. Die Auslegung und die Betriebscharakteristik dieser Ausführungsform entspricht derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform.

Erfindungsgemäß sind kleine und einfach herstellbare Filter mit stabilisierter Frequenzcharakteristik zur Unterdrückung von Interferenzen zwischen Erdstationen realisierbar, da sie zusammen mit dem Zwischenfrequenz-Bandpaßfilter im Empfänger installierbar und umschaltbar sind. Sie sind sowohl an Stellen, an denen Interferenzsignale vorhanden sind, als auch an Stellen, an denen solche Signale nicht vorhanden sind, verwendbar.

Claims (1)

1. Filter zur Unterdrückung von Oberflächen-Interferenzen für Satellitenkommunikations-Empfänger mit folgenden Merkmalen:
   ein Substrat (PZ) aus piezoelektrischem Material zur Führung einer akustischen Oberflächenwelle,
   einen ersten und einen zweiten Eingangs-Interdigitalwandler (IDT₁, IDT₂) zur Durchführung des Zwischenfrequenzbandes und Unterdrückung eines Interferenzsignals, die als Funktion eines Eingangssignals die akustische Oberflächenwelle erzeugen,
   einen Umschalter (SW) zur Einkopplung des Eingangssignals in den ersten und zweiten Eingangs-Interdigitalwandler (IDT₁, IDT₂)
   und einen die akustische Oberflächenwelle aufzunehmenden und eine Breitband-Frequenzcharakteristik aufweisenden Ausgangs- Interdigitalwandler (IDT₃),
   wobei Wichtungskoeffizienten (A _n ) und Zeitverzögerungen (D _n ) entsprechend der Transversalfilter-Gleichung dadurch festgelegt sind, daß die Breiten benachbarter Elektrodenteile und Abstände der Elektroden des ersten und zweiten Eingangs-Interdigitalfilter (IDT₁, IDT₂) so eingestellt sind, daß die Frequenzcharakteristik des ersten Eingangs-Interdigitalfilters (IDT₁) eine vorgegebene Bandbreite und die Frequenzcharakteristik des zweiten Eingangs- Interdigitalfilters (IDT₂) eine vorgegebene Bandbreite und eine verringerte Verstärkung im Frequenzbereich des Interferenzsignals besitzen.