NO310270B1 - Anordning og fremgangsmåte for avstemming av et båndpassfilter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å justere frekvensen av et RF-båndpassfilter, spesielt et kombineringsfilter, og omfatter utledning av et RF-prøvesignal som er proporsjonalt med effekten i et modulert RF-signal som passerer fremover til båndpassfilteret, reflekteres fra inngangen til båndpassfilteret eller passerer gjennom båndpassfilteret; ned konvertering av prøvesignalet med et annet RF-signal; detektering av signalstyrken til det blandede resultat; og justering av senterfrekvensen til båndpassfilterets passbånd på basis av den detekterte signalstyrke.

En kjent måte å kople flere radiosendere til samme antenne eller antennelinje er å kople hver radiosender gjennom et separat båndpassfilter som har en senterfrekvens avstemt til senderens senderfrekvens. Slike båndpassfiltere kalles kombineringsfiltere. Funksjonen til kombineringsfilteret er å mate sendersignalet for den respektive radiosender til antennen med minst mulig tap, og å hindre lekk-asje av sendersignaler av forskjellige frekvenser fra andre radiosendere, fra ret-ningen av antennen, til denne spesielle radiosender, så effektivt som mulig. Kon-vensjonelt blir kombinerings-båndpassfilteret avstemt fast til sendefrekvensen for radiosenderen. Der har derfor ikke vært mulig å endre sendefrekvensen for radiosenderen uten samtidig å endre kombineringsfilteret eller dets avstemming.

I noen tilfeller er det imidlertid ønskelig at frekvensen til radiosendere kan endres enkelt og raskt. Et slikt tilfelle er en basestasjon for et mobilradio cellesys-tem til hvilket forut bestemte sende- og mottakerkanaler er tildelt. I tilfeller hvor kanaltildelingen for systemet kan endres om ønskelig, ved å variere sende- og mottaker-frekvensene for basestasjonene, kan kanalkapasiteten for systemet ut-nyttes på en fleksibel og effektiv måte under varierende forhold. Det er derfor ut-viklet kombineringsfiltere i hvilke senterfrekvensen endrer seg automatisk med sendefrekvensen.

Justeringen av kjente automatisk avstembare kombineringsfiltere er basert på måling av RF-effekten som reflekteres fra inngangen til filteret eller RF-effekten som passerer gjennom kombineringsfilteret, og låsing til en minimum/maksimum verdi av den målte effekt. Et problem med denne justeringsmetoden er imidlertid den lave nøyaktighet og det smale dynamiske området. Siden frekvens-selektivi-teten til hele justeringssystemet avhenger av kombineringsfilteret, kan effektkom-ponenter fra andre radiosendere som lekker gjennom kombineringsfilteret til inngangen forårsake at minimum-refleksjons-undertrykkelsen for refleksjons-under-trykkelses-målingene ved filterets inngang er omkring 7 dB, hvilket resulterer i et smalt dynamisk område for målingen. I den justeringsmetoden som er basert på måling av effekt som passerer gjennom kombineringsfilteret, vil måledynamikken for den maksimale effektverdi også forbli lav av samme grunner som ovenfor. I til-legg, det automatisk avstembare kombineringsfilter basert på denne justeringsme-tode ifølge tidligere teknikk tillater ikke variasjon i de relative effektnivåer mellom radiosendere, d.v.s. den "gjensidige dynamikk" er tilnærmet 0 dB, siden en end-ring i effektnivået for en sender øyeblikkelig påvirker effektmålingene i justerings-kretsene for kombineringsfilterene for de øvrige radiosendere, og forårsaker således justeringsfeil.

Finsk patentsøknad 912 255 beskriver en justeringsanordning for et kombinerings-båndpassfilter hvor justerings-nøyaktigheten og det dynamiske området er forbedret ved frekvens-selektiv effektmåling. Med henvisning til figur 7, er måling-ene ifølge tidligere teknikk basert på blanding av en transmisjon Pf som passerer forover til kombineringsfilteret (figur 7a) og en lignende modulert transmisjon Pf (figur 7b) som er reflektert fra kombineringsfilteret eller passerer gjennom det. Det likestrømsignal man således oppnår som et blandingsresultat (figur 7c) er lav-passfilteret, og det oppnådde signal brukes til å beregne avstemmingstilstanden til kombineringsfilteret. Dette måleprinsipp ifølge tidligere teknikk har de følgende egenskaper: - signaler som påtrykkes blanderen er identiske i modulasjon, slik at det målte signal fra blanderen er et likestrømsignal hvis transmisjonen er et signal med konstant amplitude; - faseforskjellen mellom signalene ved blanderens innganger påvirker i hovedsak utgangseffekten for blanderen, slik at fasene for inngangssignalene må være passende justert for å oppnå den ønskede operasjon; - for å eliminere likestrøm-forskyvningsfeilene for blanderen, må justerbare forsterkere anordnes i inngangsgrenene til blanderen for å optimalisere signalni-vået i blanderen.

På grunn av disse egenskapene trenger måleanordningene ifølge tidligere teknikk en innretning hvis produksjon omfatter avstemming- og måletrinn for å eliminere unøyaktigheter på grunn av for eksempel faseforskjeller, fra det endelige produkt.

Målet for den foreliggende oppfinnelse er å forenkle konstruksjonen av den innretning som brukes i frekvens-selektive målinger, og å eliminere de ovennevnte trinn fra produksjonsprosessen for innretningen.

Dette målet er nådd ved en fremgangsmåte av den typen som er beskrevet i innledningsavsnittet, som ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at nedkonverteringen av prøvesignalet omfatter blanding av prøvesignalet med et RF-signal som har en vesentlig forskjellig frekvens og som er umodulert eller har en annen modulasjon på en slik måte at signalet som oppnås som et blandingsresultat er et vekselstrøm-signal med en lavere frekvens; og ved at likestrømskomponenten fjernes gjennom filtrering fra vekselstrømsignalet før detektering.

Oppfinnelsen angår også en anordning for å justere et RF-båndpassfilter,

spesielt et kombineringsfilter, omfattende anordninger for å utlede et RF-prøvesig-nal som er proporsjonalt med RF-effekten i et modulert signal som passerer fram-over til båndpassfilteret, reflekteres fra inngangen til båndpassfilteret, eller passerer gjennom båndpassfilteret; en blanderanordning for å nedkonvertere prøvesig-nalet; en detektoranordning for å detektere styrken av det nedkonverterte prøve-signal; en styringsanordning for å justere senterfrekvensen til båndpassfilteret i respons på det nevnte deteksjonsresultat. Anordningen ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at blanderanordningen blander prøvesignalet med et RF-signal

som har en vesentlig forskjellig frekvens og som er umodulert eller har en forskjellig modulasjon, på en slik måte at det signal man oppnår som et blandingsresultat er et vekselstrømsignal med en lavere frekvens, og ved at anordningen videre omfatter en filteranordning for å fjerne likestrømskomponenten fra vekselstrømsigna-let før deteksjonsanordningen.

I den foreliggende oppfinnelse er det en betydelig frekvens- eller modula-sjonsforskjell mellom signalene som skal blandes, slik at blandingsresultatene vil være et vekselstrømsignal med en lavere frekvens. Ingen nøyaktig justering av faseforholdene mellom signalene som skal blandes er nødvendig. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er frekvens- eller fase-forskjellen mellom signalene som skal blandes oppnådd ved å benytte fasemodulasjonen som er til stede i transmisjonen når ett av signalene er umodulert. Likestrømskomponenten filtreres ut fra vekselstrømsignalet, hvilket eliminerer måleproblemer forårsaket av like-strøms-forskyvninger av blanderen. De justerbare forsterkere som brukes i anordninger ifølge tidligere teknikk kan utelates.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives gjennom illustrerende utførelser, under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et blokkdiagram som illustrerer en typisk senderanordning implementert med kombineringsfilteret; Fig. 2 er et blokkdiagram av en svitsjeanordning ifølge oppfinnelsen for å justere et båndpassfilter, hvor effekt som reflekteres fra inngangen til filteret blir målt; Fig. 3 er et blokkdiagram av en svitsjeanordning ifølge oppfinnelsen for å justere et båndpassfilter, hvor sendt effekt og reflektert effekt blir målt; Fig. 4 er et blokkdiagram av en svitsjeanordning ifølge oppfinnelsen for å justere et båndpassfilter, hvor sendt effekt og gjennomgående effekt blir målt; Fig. 5 er et blokkdiagram av en svitsjeanordning ifølge oppfinnelsen for å justere et båndpassfilter, hvor sendt effekt, reflektert effekt og gjennomgående effekt blir målt; Fig. 6a - e illustrerer den selektive måling ifølge oppfinnelsen, i frekvensdomenet;

Fig. 7a, 7b og 7c illustrerer frekvensselektiv måling ifølge tidligere teknikk.

Det henvises nå til figur 1, hvor n radiosendere Tx1 til Txn med sendefrek-venser fj til fp er sammenkoplet gjennom båndpassfilteret 11, I2 til 1 n, avstemt på de respektive frekvenser med et felles summeringspunkt P1, og videre gjennom en antennelinje til en felles senderantenne ANT. Et radiofrekvens (RF) signal påtrykt senderantennen ANT omfatter således frekvensene f1 til fn for alle senderne. Senderfrekvensene ^ til fn er for eksempel i frekvensområdet fra 920

til 960 MHz. Slike båndpassfiltere som kopler sammen flere sendere til en felles

antenne blir generelt kalt kombineringsfiltere. Oppfinnelsen skal beskrives nedenfor i forbindelse med kombineringsfilteret, hvor den kan spesielt fordelaktig anvendes, men oppfinnelsen kan også anvendes i filteret som er ment for andre formål når frekvensselektiv effektmåling er nødvendig i en frekvensjustering.

Det henvises nå til figur 2, som illustrerer et kombineringsfilter som benytter målinger av reflektert effekt Et frekvens- eller fase-modulert senderfrekvens-signal, vist i frekvensdomenet på figur 6b, er påtrykt en radiosender til inngangen IN, og blir matet via en retningskopler-anordning 21 eller lignende til et båndpassfilter 22, og videre til en utgang OUT i båndpassfilteret, hvilken utgang kan være for-bundet med for eksempel et antenne-summeringspunkt P1 av den typen som er vist på figur 1. Båndpassfilteret 22 er et smalbåndsfilter med en senterfrekvens som kan justeres så nær som mulig til radiosenderens bærefrekvens, slik at signalet som skal sendes vil forplante seg til antennen ANT med minst mulig tap. Senterfrekvensen til båndpassfilteret 22 justeres på basis av effekten i radiofrekvenssignal-komponenten som reflekteres fra inngangen til båndpassfilteret 22 slik at den reflekterte effektkomponent vil bli minimalisert. For dette formål utleder retningskopler-anordningen 21, fra signalkomponentene som reflekteres fra båndpassfilteret 22, et prøvesignal PR som er proporsjonalt med effekten i signalkom-ponenten, og prøven blir påtrykt inngangen til en blander 29. I den foretrukne ut-førelse av oppfinnelsen er det en lokaloscillator 24 som genererer et punktfre-kvens umodulert lokal-oscillatorsignal LO, som påtrykkes en lokal oscillatorinn-gang LO i blanderkretsen 29. På grunn av modulasjonen er det en faseforskjell mellom signalene PR og LO ifølge oppfinnelsen, slik at et lavfrekvens (0-mellomfrekvens) vekselstrømsignal 29a oppnås som et blanderesultat i blandeutgangen I F; de spektrale komponenter som forårsakes ved kanalen som kan måles i vek-selstrømsignalet er fortrinnsvis frekvenser under 150 kHz, og nivået av signalene er proporsjonalt med RF-signalet som reflekteres fra kombineringsfilteret 22. I den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er frekvensen til generatoren 24 senterfrekvensen av det modulerte RF-signal fra senderen, som illustrert i frekvensdomenet på figur 6a. Det er således en vesentlig frekvensforskjell som tilsvarer frekvensmodulasjonen av RF-signal mellom inngangssignalene RF og LO i blanderkretsen 29, og utgangs-mellomfrekvensen viser som et blandingsresultat veksel-strømsignalet 29a som tilsvarer modulasjonen i RF-signalet, som vist på figur 6c

(modulasjonen nedenfor senterfrekvensen er foldet inne i et område over like-strømsnivået). Figur 6d viser spekteret for figur 6c i forstørret målestokk.

Alternativt kan signalet LO også være modulert, imidlertid med en annen modulasjon enn prøvesignalet. Signalene LO og RF kan også ha frekvenser som er helt forskjellige fra hverandre, i hvilket tilfelle blandingsresultatet vil være et annet sted enn i nærheten av null-mellomfrekvens.

En styringsenhet 23 styrer lokaloscillatoren 24 ved hjelp av et styringssignal 30. Styringsenheten 23 oppnår i sin tur informasjon om den aktuelle transmi-sjonskanal i form av et signal CHDATA fra den samme styringskrets som mater kanaldata til selve radiosenderen. Etter å ha mottatt nye kanaldata, styrer styringsenheten 23 lokal-oscillatoren 24 med styringssignalet 30 til en senderfrekvens som tilsvarer den nye kanal.

Et høypassfilter 36 (terskelfrekvens for eksempel 0,5 kHz) anordnet etter blanderkretsen 29 skildrer likestrømskomponenten fra vekselstrømsignalet, hvilket er representert ved området A på figur 6e. Et lavpassfilter 27 (terskelfrekvens for eksempel 130 kHz) filtrerer ut radiofrekvens-komponentene (område B på

figur 6e) og spektralkomponenter som er lekket fra andre sendere ved lave frekvenser over 500 kHz. Et filtrert vekselstrømsignal 27a (med et frekvensspektrum representert ved området C på figur 6e) blir detektert av en likeretter 28, og detek-sjonsresultatet påtrykkes styringsenheten 23, hvor det blir A/D-omformet. Detek-toren 28 er fortrinnsvis en tosidet toppverdi likeretter. Tosidet toppverdi likeretting er nødvendig fordi det foregående lavpassfilter 27 forårsaker variasjoner i signal-amplituden, som ville forårsake måleproblemer etter likeretting. I en TDMA type transmisjon, kan sendereffekten variere raskt fra en tidsluke til en annen (tidslu-ken er for eksempel 577 mikrosekunder), slik at toppverdi likerettingen også tillater at måledynamikken blir bredere. Når for eksempel senderen benytter en enkel tidsluke, vil måledynamikken forbedres med omkring 18 dB, når en langsom A/D-omforming benyttes i målingen som finner sted i styringsblokken 23.

Filterresponsen til lav- og høypassfiltrene 26 og 27 er fortrinnsvis slik at de avveier spekteret for et nedkonvertert prøvesignal på en slik måte at effekten av signalkomponentene ved senterfrekvensen til senderkanalen vil bli fremhevet i målingen. På denne måten blir blande- og måle-metodens tendens til å avstem-me kombineringsfilteret i henhold til den spektrale fordeling av sendersignalet hindret, og en god avstemmingsnøyaktighet er sikret.

Retningskopleren 21 utleder et prøvesignal PF fra den kjente RF-effekt, og prøvesignalet blir detektert direkte av en diodedetektor 25 og påtrykt styringsenheten 23. Styringsenheten 23 har en tendens til å justere senterfrekvensen til båndpassfilteret 22 slik at refieksjonskoeffisienten som beregnet fra deteksjonsresulta-tet, d.v.s. forholdet mellom reflektert effekt og sendt effekt, vil bli minimalisert. Når imidlertid direkte deteksjon blir anvendt på den sendte effekt TF, er signalet som skal måles et radiofrekvenssignal, som er vanskelig å prosessere sammenlignet med en prøve utledet fra detektorgrenen av reflektert effekt TR. Når den ovennevnte refleksjons-koeffisient brukes som et justeringskriterium, vil det imidlertid være mer fordelaktig å benytte en lignende signalbehandling til begge prøvesig-nalene TR og PF. Figur 3 viser en svitsjeanordning i hvilket de samme henvisningstall og symboler indikerer de samme komponenter eller funksjoner som på figur 2. Som en forskjellig fra figur 2, omfatter imidlertid signalbehandlingen av prøvesignalet PF av sendt effekt, istedenfor diodedetektoren 25, en blanderkrets 31, et høy-passfilter 32, et lavpassfilter 33 og en likeretter detektor 34, som tilsvarer i struktur og operasjon de respektive elementer 29, 26, 27 og 28 i PR-grenen. Signalet LO fra generatoren 24 blir også påtrykt lokaloscillator-inngangen LO til blanderkretsen 31. En fordel med den konstruksjonen som er vist på figur 3 er at målegrenene PR og PF er symmetriske, slik at for eksempel temperaturvirkningen i hver målegren er den samme. Figur 4 viser en konstruksjon hvor Pr-målegrenen er utelatt; isteden benyttes målingen av effekt som passerer gjennom kombineringsfilteret 22. De samme henvisningstall og symboler indikerer de samme komponenter eller funksjoner som på figurene 2 og 3. En annen retningskopler 41 eller lignende er koplet til ut-gangen på båndpassfilteret 22, hvilken retningskopler utleder et prøvesignal Pf fra utgangssignalet fra båndpassfilteret; prøvesignalet Pf påtrykkes en målegren ut-formet av en blandekrets 49, et høypassfilter 46, et lavpassfilter 47 og en likeretter-detektor 48. I konstruksjon og signalbehandling, er målegrenen Pf fullt tilsvar-ende Pr målegrenen som vist på figur 2. Frekvensen til generatoren 24 påtrykkes lokaloscillator-inngangen LO på blandekretsen 49. Deteksjonresultatet fra detek-toren 48 påtrykkes styringsenheten 23, som justerer senterfrekvensen til filteret på en slik måte at forholdet mellom den gjennomgående effekt Pf og den sendte effekt vil bli maksimalisert. Figur 5 viser enda en svitsjeanordning for å justere frekvensen til et båndpassfilter, hvor måling av sendt effekt Pf, reflektert effekt Pr og gjennomgående effekt Pf blir brukt. Svitsjeanordningen på figur 5 er således en kombinasjon av svitsjeanordningene på figurene 3 og 4. Styringsenheten 23 justerer filteret 23 slik at effektforholdene Pr/Pf og Pf/Pf vil ha de ønskede verdier. Figurene og deres beskrivelser er bare ment for å illustrere den foreliggende oppfinnelse. I detaljer kan fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen variere innenfor omfanget av kravene.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for justering av et RF-båndpassfilter, spesielt et kombineringsfilter, omfattende utledning av et RF prøvesignal som er proporsjonalt med effekten i et modulert RF-signal som passerer forover til båndpassfilteret, reflekteres fra inngangen til båndpassfilteret, eller passerer gjennom båndpassfilteret; nedkonvertering av prøvesignalet med et annet RF-signal; detektering av signalstyrken i blandingsresultatet; justering av senterfrekvensen til båndpassfilterets passbånd på basis av den detekterte signalstyrke, karakterisert ved at ned konverteringen av prøvesignalet omfatter blanding av prøvesignalet med et RF-signal som har en vesentlig forskjellig frekvens, og er umodulert eller har en annen modulasjon, på en slik måte at det signal som oppnås som et blandingsresultat er et vekselstrømsignal med lavere frekvens; og ved at likestrømskomponenten fjernes gjennom filtrering fra vekselstrømsignalet før deteksjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nedkonverteringen av prøvesignalet omfatter blanding av prøvesignalet med et RF-signal med en frekvens som er forskjellig fra prøvesignalets frekvens i minst en grad som tilsvarer frekvensmodulasjonen av prøvesignalet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at prøvesignalet er proporsjonalt med den reflekterte RF-effekt, og at båndpassfilteret justeres slik at nivået av det nevnte blanderesultat er ved sin minimumsverdi.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at prøvesignalet er proporsjonalt med RF-sende-effekten som passerer gjennom båndpassfilteret, og ved at båndpassfilteret justeres slik at nivået av blandingsresultatet er ved sin minimumsverdi.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at et første prøvesignal som er proporsjonalt med den reflekterte RF-effekt og et annet prøvesignal som er proporsjonalt med den sendte RF-effekt blir utledet; hvert prøvesignal blir blandet med i hovedsak det samme RF-signal for å danne et første og et annet vekselstrømsignal; likestrøms-komponentene blir adskilt fra vekselstrømsignalene, styrken til vekselstrømsignal-ene blir detektert; og båndpassfilteret justeres på basis av refleksjons-koeffisien-ten som beregnes fra deteksjonsresultatene.

6. Anordning for å justere et RF-båndpassfilter, spesielt et kombineringsfilter, omfattende anordninger (21, 41) for å utlede et RF prøvesignal som er proporsjonalt med RF-effekten i et modulert signal som passerer fremover (Pf) til båndpassfilteret, reflekteres (Pr) fra inngangen til båndpassfilteret, eller passerer gjennom (Pf) båndpassfilteret; en blandeanordning (29, 31, 49) for nedkonvertering av prøvesignalet (Pf, Pr, Pf); en detektoranordning (28, 34, 48) for å detektere styrken av det nedkonverterte prøvesignal; en styringsanordning (23) for å justere senterfrekvensen til båndpassfilteret som respons på det nevnte deteksjonsresultat; karakterisert ved at blandeanordningen (29, 31, 49) blander prøven med et RF-signal som har en vesentlig forskjellig frekvens og er umodulert eller har en annen modulasjon, på en slik måte at signalet som oppnås som et blandingsresultat er et veksel-strømsignal med en lavere frekvens, og ved at anordningen videre omfatter en filteranordning (26, 32, 46) for å fjerne likestrøms-komponenten fra vek-selstrøm-signalet før detektor-anordningen.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at frekvensen til det nevnte RF-signal er forskjellig fra prøvesignalets frekvens i minst en grad som tilsvarer frekvensmodulasjonen av prøvesignalet.

8. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved en justerbar oscillatoranordning (24) for å generere det nevnte signal som har en vesentlig forskjellig frekvens.

9. Anordning ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved en filteranordning (27, 33, 47) for lavpassfiltrering av det ned konverterte prøvesignal før deteksjon, idet filterresponsene for lavpass- og høypass-filteranordningene er slik at de avveier senterfrekvensene til det nedkonverterte prøvesignal.

10. Anordning ifølge krav 6, 7, 8 eller 9, karakterisert ved at den omfatter en anordning (21) for å utlede et første RF-prøvesignal (Pf) som er proporsjonalt med den sendte RF-effekt som passerer til båndpassfilteret og et annet RF prøvesignal som er proporsjonalt med RF-effekt som reflekteres fra inngangen til båndpassfilteret; en første (29) og en annen blandeanordning (31) for å nedkonvertere henholdsvis det første og det andre RF prøvesignal; et første (26) og et andre (32) høypassfilter for å filtrere henholdsvis det første og det andre ned konverterte prøvesignal; en første (28) og en andre (34) detektoranordning for å detektere styrken av det første og andre nedkonverterte prøvesignal; og ved at styringsanordningen (23) reagerer på deteksjonsresultatene fra både den første og den andre detektoranordning for å styre båndpassfilteret.

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at den omfatter en anordning (41) for å utlede et tredje prøvesignal (Pf) som er proporsjonalt med RF-effekten av det frekvensmodulerte signal som passerer gjennom båndpassfilteret; en tredje blanderanordning (49) for å nedkonvertere det tredje RF prøve-signal; et tredje høypassfilter (46) for å filtrere det tredje ned konverterte prøve-signal; en tredje detektoranordning (48) for å detektere styrken av det tredje nedkonverterte prøvesignal, og ved at styrings-enheten (23) reagerer på deteksjonsresultatene av den første, andre og tredje detektoranordning for å justere båndpassfilteret.