FI92964C

FI92964C - Reinforcing filters

Info

Publication number: FI92964C
Application number: FI930945A
Authority: FI
Inventors: Aimo Turunen; Heli Jantunen
Original assignee: Lk Products Oy
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1993-03-03
Publication date: 1995-01-25
Also published as: FI92964B; JPH06350392A; FI930945A0; CA2116367A1; EP0614243A1; AU5633994A

Description

9296492964

Vahvistava suodatin - Förstärkande filterConfirming filter - Förstärkande filter

Esillä oleva keksintö koskee ainakin kahdesta toisiinsa yh-5 teydessä olevasta resonaattorista muodostuvaa radiotaajuus-suodatinta, joka suodattaa pois resonaattoreiden resonans-sitaajuuksien ympäristössä olevat taajuudet ja päästää läpi muut taajuudet.The present invention relates to a radio frequency filter consisting of at least two interconnected resonators, which filters out frequencies in the vicinity of the resonant frequencies of the resonators and passes other frequencies.

10 Tyypillinen radiopuhelimen yksinkertaistettu lohkokaavio on esitetty kuvassa 1. Lähettimen lähtötaajuus muodostetaan esimerkiksi moninkertaistamalla oskillaattorin taajuudesta. Riittävän taajuusvakavuuden saavuttamiseksi käytetään tavallisesti syntetisaattoria tai esim. kideoskillaattoria, jonka 15 värähtelytaajuus on 6 - 25 MHz. Oskillaattorin antama värähtely moduloidaan ja viedään kertoja- ja vahvistinasteiden kautta pääteasteelle, jossa tapahtuu varsinainen tehon vahvistus lopullisella lähtötaajuudella. Pääteasteelta lähete viedään kaistanpäästösuodattimen ja sovituselinten kautta 20 antennille. Pääteasteen tehovahvistin 1 on tavallisesti useampiasteinen.10 A typical simplified block diagram of a radiotelephone is shown in Figure 1. The output frequency of a transmitter is formed, for example, by multiplying the frequency of the oscillator. In order to achieve sufficient frequency stability, a synthesizer or e.g. a crystal oscillator with an oscillation frequency of 6 to 25 MHz is usually used. The oscillation provided by the oscillator is modulated and applied via multiplier and amplifier stages to the output stage, where the actual power amplification takes place at the final output frequency. From the output stage, the transmission is passed through a bandpass filter and matching means to 20 antennas. The power amplifier 1 of the power stage is usually multi-stage.

Radiopuhelimen vastaanotin on viritetty selektiivinen vastaanotin, jonka avulla valitaan ja vahvistetaan antennista 25 tuleva signaali sekä ilmaistaan signaalissa oleva informaa-: tio. Riittävän valintakyvyn ja vahvistuksen aikaansaamiseksi rakennetaan VHF- jha UHF-aluen vastaanottimet yleensä ns. kaksoissuper-periaatteella, jossa taajuus muutetaan sekoittamalla kahdesti ennen ilmaisua. Vastaanottimen suurtaajuus-30 vahvistimen 2 vahvistus on yleensä pieni ja kaistaleveys suuri.The radiotelephone receiver is a tuned selective receiver that selects and amplifies the signal from the antenna 25 and detects the information in the signal. In order to provide sufficient selection and gain, VHF and UHF range receivers are generally built in so-called with the double super principle, where the frequency is changed by mixing twice before expression. The gain of the high frequency 30 amplifier 2 of the receiver is generally small and the bandwidth large.

Samanaikaisen lähetyksen ja vastaanoton suorittamiseksi yhdellä antennilla 4 tarvitaan dupleksisuodatin 3 estämään 35 lähetystaajuuksien pääsy vastaanottimeen ja vastaanottotaa-juuksien pääsy lähettimeen.In order to perform simultaneous transmission and reception with one antenna 4, a duplex filter 3 is needed to prevent 35 transmission frequencies from entering the receiver and reception frequencies from entering the transmitter.

2 929642,92964

Tavallisesti vahvistimet, esim. kuvassa 1 esitetyt vahvistimet 1 ja 2, kytketään suodattimen, esim. kuvassa 1 esitetyn suodattimen 3, eteen tai jälkeen, jolloin suodattimet ja vahvistimet ovat erillisiä komponentteja. Täten radiopuheli-5 men kokoonpanon ja piirikortin komponenttien sijoittelun suunnittelu on rajoitettua ja tilan säästäminen on vaikeata tästä johtuen.Usually, amplifiers, e.g., amplifiers 1 and 2 shown in Figure 1, are connected in front of or after a filter, e.g., filter 3 shown in Figure 1, with the filters and amplifiers being separate components. Thus, the design of the configuration of the radiotelephone and the placement of the components of the circuit board is limited and space saving is difficult due to this.

Tämän keksinnön tarkoituksena on vähentää mainittuja haitto-10 ja kytkemällä vahvistin kokonaisuudessaan tai osittain suodattimen kytkentäketjuun. Keksinnölle on tunnusomaista se, että suodattimen kytkentätielle on ainakin kahden resonaattorin väliin sijoitettu vahvistin, jolloin RF-teho kulkee vahvistimen läpi suodattimen päästötaajuuksilla.The object of the present invention is to reduce said disadvantages and to connect the amplifier in whole or in part to the filter circuit. The invention is characterized in that an amplifier is placed in the switching path of the filter between at least two resonators, whereby the RF power passes through the amplifier at the pass frequencies of the filter.

15 Lähetyshaarassa voidaan tällöin useampiasteisen tehovahvis-timen yksi tai useampi osa siirtää suodattimen, esim. dup-leksisuodattimen, lähetysosan kytkentäketjuun siten, että RF-teho kulkee vahvistimen läpi. Vastaavasti voidaan vas-20 taanotinhaarassa siirtää suurtaajuusvahvistin suodattimen, esim. dupleksisuodattimen, vastaanotinosan kytkentäketjuun siten, että RF-teho kulkee vahvistimen läpi.In the transmission branch, one or more parts of the multistage power amplifier can then be transferred to the transmission circuit of the transmission part of the filter, e.g. a duplex filter, so that the RF power passes through the amplifier. Correspondingly, in the receiver branch, a high-frequency amplifier can be transferred to the receiver circuit of the filter part of the filter, e.g. a duplex filter, so that the RF power passes through the amplifier.

Keksinnön mukainen vahvistimen sijoittaminen suodattimen 25 kytkentäketjuun helpottaa lähetinpääteasteen integrointia, kun osa lähettimen useampiasteisesta tehovahvistimesta tai tehovahvistin kokonaisuudessaan siirretään suodattimeen. Tällöin saadaan myös radiopuhelimen komponentteja käsittävän piirikortin piirikuvion suunnittelu joustavammaksi ja voi-30 daan siten säästää tilaa, mikä on eduksi, kun pyritään valmistamaan pienikokoisia radiopuhelimia.The placement of the amplifier in the circuit of the filter 25 according to the invention facilitates the integration of the transmitter power stage when a part of the multi-stage power amplifier of the transmitter or the whole power amplifier is transferred to the filter. This also makes the design of the circuit pattern of the circuit board comprising the components of the radiotelephone more flexible and can thus save space, which is an advantage when aiming to manufacture compact radiotelephones.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin kuviin, joista 35 kuva 1 esittää radiopuhelimen yksinkertaistettua lohkokaaviota, kuva 2 esittää resonaattoreista muodostuvan alipäästösuodat-timen kytkentäkaaviota, 3 92964 kuva 3 esittää keksinnön mukaista vahvistavaa suodatinta, jossa vahvistin on sijoitettu suodattimen kytkentäketjuun, ja kuva 4 esittää toista keksinnön mukaista suoritusmuotoa.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a simplified block diagram of a radiotelephone, Figure 2 shows a circuit diagram of a low-pass filter consisting of resonators, Figure 3 shows a gain filter according to the invention, embodiment.

55

Kuva 1 selostettiin jo aikaisemmin, joten keksintöä selitetään seuraavassa viittaamalla lähinnä kuviin 2-4.Figure 1 has already been described previously, so the invention will be explained in the following with reference mainly to Figures 2-4.

Suurtaajuustekniikassa on tunnettua käyttää erityyppisiä 10 resonaattoreita käyttötarkoituksen ja haluttujen ominaisuuksien mukaan. Siten dielektrisillä, helix-, liuskajohto- ja ilmaeristeisillä sauvaresonaattoreilla on oma tarkoituksenmukainen käyttöalueensa. Niinpä esimerkiksi dielektrinen resonaattori ja niistä rakennettu suodatin on suurtaajuus-15 tekniikassa tunnettu ja käyttökelpoinen useissa sovelluksissa pienen kokonsa, stabiiliutensa ja tehonkestonsa vuoksi. Resonaattorit muodostavat siirtojohtoresonaattorin, joka vastaa induktanssin ja kapasitanssin rinnankytkentää, ja kytkemällä useita resonaattoreita peräkkäin ja järjestämällä 20 niiden välinen kytkentä sopivaksi saadaan aikaan suodatin, jolla on halutut ominaisuudet. Esimerkiksi dielektrinen suodatin voidaan konstruoida erillisistä keraamisista lohkoista tai voidaan käyttää yhtä lohkoa, jossa on useita resonaattoreita, jolloin kytkentä niiden välillä tapahtuu sähkömag-25 neettisesti keraamimateriaalin sisällä. Dielektrinen esto-• suodatin tehdään tavallisesti erillisistä lohkoista, jolloin voidaan täysin estää dielektrisen materiaalin kautta tapahtuva resonaattoreiden välinen kytkentä. Tässä kuvatun dielektrisen suodattimen sijaan voidaan edellä kuvattu duplek-30 sisuodattimen alkupäässä käytettävä suodatin yhtä hvyin toteuttaa helix-, liuskajohto- tai koaksiaaliresonaattoreista muodostettuna suodattimena. Nämä ovat kaikki alan ammattimiehelle ennestään hyvin tunnettuja suodatinrakenteita eikä niitä siten selosteta tässä tarkemmin.It is known in high frequency technology to use different types of resonators depending on the application and the desired properties. Thus, dielectric, helix, stripline and air-insulated rod resonators have their own appropriate range of applications. Thus, for example, a dielectric resonator and a filter constructed therefrom are known in the high-frequency art and are useful in many applications due to their small size, stability, and power endurance. The resonators form a transmission line resonator corresponding to the parallel connection of inductance and capacitance, and by connecting several resonators in series and arranging the connection between them to suit, a filter having the desired properties is obtained. For example, a dielectric filter may be constructed of separate ceramic blocks, or a single block with a plurality of resonators may be used, with the coupling between them occurring electromagnetically within the ceramic material. The dielectric blocking • filter is usually made of separate blocks, so that the coupling between the resonators via the dielectric material can be completely blocked. Instead of the dielectric filter described here, the filter used at the beginning of the duplex-30 inner filter described above can equally well be implemented as a filter formed of helix, stripline or coaxial resonators. These are all filter structures well known to those skilled in the art and will therefore not be described in more detail here.

Kuvassa 2 on esitetty kahdesta resonaattorista muodostetun estosuodattimen kytkentäkaavio. Kumpaankin resonaattoriin RESl ja RES2 voidaan kytkeä siirtojohto TL1, TL2 tai ka- 35 4 92964 pasitanssi (siirtojohdon TL1, TL2 sijaan, ei esitetty) gal-vaanisesti sopivaan pisteeseen A, B. Tällä kytkentäkohdalla A, B voidaan määrätä resonaattorin impedanssitaso, ja valitsemalla tämä kohta A, B sopivasti voidaan resonaattori so-5 vittaa muuhun piiriin. Tätä sovitustapaa, jossa kytkentäkoh-ta resonaattoriin muodostaa väliulosoton resonaattorista, nimitetään tapitukseksi ja kytkentäkohtaa A, B tapituskoh-daksi. Käytettäessä helix-resonaattoreita ne sovitetaan vastaavasti tapittamalla, jolloin esim. liitäntäjohdin juote-10 taan tiettyyn kohtaan helix-resonaattorin kelaa, tavallisesti kelan ensimmäiselle kierrokselle. Resonaattoreista RES1, RES2 muodostetaan suodatin kytkemällä resonaattorit toisiinsa. Yhteenkytkentä voidaan suorittaa joko kapasitiivisesti tai induktiivisesti sen mukaan, minkälainen suodatin halu-15 taan. Kytkemällä resonaattorit toisiinsa induktiivisesti L, kuten kuvassa 2 on esitetty, saadaan muodostettua estosuo-datin, joka tässä tapauksessa on alipäästösuodatin. Korvaamalla siirtojohdot TL1, TL2 kapasitansseilla saadaan yli-päästösuodatin tai kytkemällä resonaattorit RES1, RES2 toi-20 siinsa kapasitiivisesti niiden yläpäästä saadaan kaistan-päästösuodatin. Suodattimen tulo IN ja lähtö OUT saadaan resonaattoreiden yhteenkytkennän kummastakin päästä. Suodatin voi luonnollisesti käsittää useampia resonaattoreita kuin kaksi kytkettynä toisiinsa vastaavalla tavalla.Figure 2 shows a circuit diagram of a blocking filter formed of two resonators. Both resonators RES1 and RES2 can be connected to the transmission line TL1, TL2 or the capacitance of the cable (instead of the transmission line TL1, TL2, not shown) to a galvanically suitable point A, B. At this connection point A, B the impedance level of the resonator can be determined, and by selecting this point A, B suitably, the resonator so-5 can be extended to another circuit. This method of fitting, in which the connection point to the resonator forms an intermediate outlet from the resonator, is called tapping and the connection point A, B as the tapping point. When using helix resonators, they are correspondingly adapted by tapping, whereby e.g. the connecting conductor is soldered to a certain point in the coil of the helix resonator, usually for the first turn of the coil. The resonators RES1, RES2 form a filter by connecting the resonators to each other. The coupling can be performed either capacitively or inductively, depending on the type of filter desired. By inductively connecting the resonators L, as shown in Fig. 2, a blocking filter, in this case a low-pass filter, can be formed. By replacing the transmission lines TL1, TL2 with capacitances, an over-pass filter is obtained or by connecting the resonators RES1, RES2 capacitively to their upper end, a band-pass filter is obtained. The filter input IN and output OUT are obtained from both ends of the resonator connection. The filter can, of course, comprise more than two resonators connected to each other in a corresponding manner.

25 : Kuvassa 3 on esitetty keksinnön mukaisen periaatteen sovel taminen estosuodattimessa, joka toimii alipäästösuodattime-na. Suodatin on muuten identtinen kuvassa 2 esitetyn suodattimen kanssa, mutta kytkentätielle on kytketty vahvistin, 30 jolloin resonaattoreiden yhteenkytkentä tapahtuu vahvistimella AMP induktanssin L sijaan. Tällöin säästyy komponentteja, kun vahvistin korvaa induktanssin sen sijaan, että vahvistin sijaitsisi erikseen tehovahvistimessa ja induktanssi suodattimessa. Suodatin toimii resonaattoreiden RES1, 35 RES2 resonanssitaajuudella estosuodattimena ja päästää pienemmät taajuudet läpi. Tällöin tätä suodatinratkaisua voidaan käyttää esim. dupleksisuodattimen lähetyshaarassa ra-diopuhelinjärjestelmässä, jossa vastaanottotaajuuskaista on lähetystaajuuskaistan yläpuolella. Tällöin resonaattorit 5 92964 RES1, RES2 näkyvät suurina impedansseina pisteissä E ja F vastaanottotaajuuksilla, ja lähetystaajuuksilla signaali eli RF-teho kulkee tulosta IN vahvistimen läpi lähtöön OUT. Kuvassa 3 esitetty vahvistin AMP voi siten olla useampiastei-5 sen tehovahvistimen yksi aste, jolloin muut asteet voidaan erikseen kytkeä kuvassa 3 esitetyn vahvistavan suodattimen tuloon.25: Figure 3 shows the application of the principle according to the invention in a blocking filter which acts as a low-pass filter. The filter is otherwise identical to the filter shown in Fig. 2, but an amplifier is connected to the switching path, whereby the resonators are connected by an amplifier AMP instead of an inductance L. This saves components when the amplifier replaces the inductance instead of the amplifier being located separately in the power amplifier and the inductance in the filter. The filter acts as a blocking filter at the resonant frequency of the resonators RES1, 35 RES2 and passes lower frequencies. In this case, this filter solution can be used e.g. in the transmission branch of a duplex filter in a radiotelephone system in which the reception frequency band is above the transmission frequency band. In this case, the resonators 5 92964 RES1, RES2 appear as high impedances at points E and F at the receiving frequencies, and at the transmission frequencies the signal or RF power passes from the input IN through the amplifier to the output OUT. The amplifier AMP shown in Fig. 3 can thus be one stage of a multi-stage power amplifier, whereby the other stages can be separately connected to the input of the amplifying filter shown in Fig. 3.

Kuvassa 4 on esitetty keksinnön toinen suoritusmuoto, jossa 10 kaksi vahvistinta AMP1, AMP2 on kytketty suodattimen kytken-täketjuun suodattimessa, joka käsittää useampia resonaatto-reita REWS1, RES2, RES3. Tällaisessa suodattimessa voi olla myös vain yksi vahvistin, jolloin toisen vahvistimen AMP1 tai AMP2 sijaan voidaan sijoittaa induktanssi L (ei esitet-15 ty). Vastaavasti, jos suodatin käsittää tarpeeksi monta resonaattoria, voidaan lähettimen tehovahvistimen kaikki asteet sijoittaa suodattimen kytkentäketjuun.Figure 4 shows another embodiment of the invention, in which two amplifiers AMP1, AMP2 are connected to a filter circuit in a filter comprising a plurality of resonator pairs REWS1, RES2, RES3. Such a filter can also have only one amplifier, in which case the inductance L (not shown) can be placed instead of the second amplifier AMP1 or AMP2. Similarly, if the filter comprises enough resonators, all stages of the transmitter power amplifier can be placed in the filter circuit.

Keksinnön avulla saadaan lisää joustavuutta radiopuhelimen 20 tilan käyttöön ja säästetään komponentteja, jolloin säästetään sekä valmistuskustannuksia että tilaa. Keksintö ei rajoitu tässä esitettyihin esimerkkeihin, vaan on sovellettavissa oheisten patenttivaatimusten rajoissa.The invention provides additional flexibility in the use of the space of the radiotelephone 20 and saves components, thereby saving both manufacturing costs and space. The invention is not limited to the examples presented herein, but is applicable within the scope of the appended claims.

Claims

1. Radio frequency filters consisting of at least two resonators (RES1, RES2) connected to each other, which filter frequencies around the resonant frequencies of the resonators (RES1, RES2) and pass other frequencies, characterized in that on the filter's switching path, there are between at least two resonators (RES1, RES2). RES2) is placed an amplifier (AMP), the RF power passing through the amplifier (AMP) at the filter pass frequencies.

Radio frequency filter according to claim 1, characterized in that from an external resonator (RES1, RES2) an output is connected via a tili resonator (RES1, RES2) galvanically connected transmission line (TL) and the amplifier (AMP) has been connected between the to the resonators (RES1, RES2), the transmission lines (TL) are connected from one opposite end (E, F) of the transmission lines (TL) to the end (A, B) connected to the adjacent resonator (RES1, RES2).

Radio frequency filter according to claim 1, characterized in that from an external resonator (RES1, RES2) an output is coupled via a tili resonator (RES1, RES2) galvanically coupled capacitance and the amplifier (AMP) has been coupled between the tili resonators ( The RES1, RES2) coupled capacitances from the one opposite electrode (E,: F) of the capacitance to the adjacent resonator (RES1, RES2) coupled electrode (A, B). 92964

Radio frequency filter according to any of claims 1-3, characterized in that the resonators (RES1, RES2) have the length of a quartz path. 5

Radio frequency filter according to any of claims 1-4, characterized in that it is part of a duplex filter (3).

Radio frequency filter according to claim 5, characterized in that it is a filter in the transmission branch of the duplex filter (3).

Radio frequency filter according to claim 6, characterized in that the amplifier (AMP) is part of a multiphase filter in the transmission branch of the duplex filter (3). 15

Radio frequency filter according to claim 5, characterized in that it is a filter in the receiving branch of the duplex filter (3).

Radio frequency filter according to claim 8, characterized in that the amplifier (AMP) is at least part of the amplifier branch (2) of the receiving branch.