专利名称：射频信号降频接收方法与电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星接收电路的降频器，特别是一种用以接收双极化卫星射频信号的具有高度信号隔离度的射频信号降频接收方法与电路。
一般而言，在有限的频宽下，为提供最大的频道使用率，一般从卫星下载的微波信号都采用双极化信号传输，其中有的使用线性偏极化(垂直、水平波)，有的则使用圆型偏极化(左旋、右旋波)。另一方面，对于地面接收而言，相对于双极化信号下载，一般使用一个能够选择性接收该双极化信号并输出其中一种极化信号的双极化信号降频接收器进行接收，因而，必须对该双极化信号作相当程度的隔离，以避免在同一输出端产生干扰现象；为此，曾有多种不同设计被提出。
如
图1所示，其为一种现有的用以在同时间内只让一种极化信号被传输的降频接收电路，其中该极化信号是指在例如线性极化情形下的水平或垂直信号，或是圆形极化下的左旋或右旋信号，以下为简明起见，仅以线性极化的情形作说明。在该电路中，输入端11接收垂直射频信号，输入端21接收水平射频信号。当欲接收垂直信号时，控制线路31受到来自外界(例如卫星接收机)的控制，而使放大器22关闭，并使放大器12接通。其中，就一般常使用的高频砷化镓场效应晶体管而言，在接通时约有11dB的增益，在关闭时，则有约10dB的损失，因此，经两放大器的选择之后，垂直、水平信号间的隔离度将相差约21dB。另外，利用分别介于放大器12和22的输出端与放大器32之间的四分之一波长传输线13和23，将可使垂直信号经放大器12放大后，完全流向放大器32，而不会逆向回流至放大器22，造成信号的能量损失，以得到较佳的杂信指数。此种电路设计由于省钱，而被广泛使用，且通常被应用在C频段至KU频段之间。
然而，由于利用该特殊长度的传输线来阻挡信号，将受限制于窄频宽的设计，而无法通用于宽频带的场合。此外，由于两个极化信号的隔离度取决于场效应晶体管放大器，将受限于场效应晶体管的特性以及传输电路的制造精确度，当使用频段升高至KA频带或更高时(20GHz以上)，上述电气特性规格将大打折扣；亦即，随着使用频率的升高，各放大器的增益与损失会下降，进而各放大器的信号增益及损失之间的差距会因频率的升高而变小，例如，在KU频段(12GHz)时，增益约为11dB，损失约为10dB，信号隔离度为21dB；但到达20GHz时，增益为6dB，损失为9dB，合计信号隔离度仅剩15dB。
在上述例子中，使用基本混频器进行降频，由于基本混频器的设计在使用的频率范围为15GHZ以下时，难度还不高，但当频率提高到例如20至25GHz以上时，不只该混频器，连本地振荡器的设计及生产合格率的提高都将产生相当大的难度。此外，由于直接在放大器上进行切换，二个输入端的阻抗将随着频道的选择而改变，此输入阻抗的不稳定除了会影响到输入反射损失外，亦会使一端干扰到另一端，而降低了双极化信号的隔离度，此点在接收器是以圆形波导管、双探针的方式接收微波信号时，影响尤其大。
如图2所示，其为现有的一种目前亦广为使用的降频接收电路。其中各放大器42和52在动作时维持接通，且利用两个基本混频器44和54来分别将由输入端41和51输入的射频信号与一个共用的本地振荡器61所输出的本地振荡信号进行混频，两混频器的本地振荡信号输入端之间并串接有两个带通滤波器45和55。此外，再以一个切换电路62来选择哪一个极化信号被输出，利用此二输出端都可以做垂直和水平信号的输出。但，亦可将切换电路62去掉，则各输出端即各输出垂直或水平信号中的一种信号。
在此一现有电路中，虽可使放大器42和52维持接通状态，而可获得需要的稳定输入阻抗，但因用以进行降频的混频器是一个基本混频器44和54，在其输出频率FIF为射频频率FRF减去本地振荡信号的频率FLO之下，应用于目前所使用的Ku频段还不致于有问题。但是，若欲将该电路应用于例如21GHz的射频信号接收时，一则必须将本地振荡信号的频率提高到20GHz，才能获得1GHz的中频；二则用以隔离两极化信号的滤波器45和55，亦必须设计成能使20GHz的信号通过的滤波器；这样一来，除了振荡器以及滤波器的设计将更为复杂外，对于不被选择的另一个21GHz射频极化信号而言，亦将因其频率与滤波器的过滤频率靠得太近，而无法被有效地隔离衰减。于是，沿着如图2所示的路径P2的水平射频漏信号将会干扰到沿图2所示的P1路径所选垂直射频信号的接收，且此现象在射频的频率愈高时愈明显。因此，这种电路不适合用在Ka频段以上的射频频带。
本发明的目的在于提供一种具有高度信号隔离度的射频信号降频接收方法与电路，其更适合用于Ka频段以上的射频频带。
为达到上述目的，本发明采取如下技术措施本发明的射频信号降频接收方法，用以接收一种线性偏极化的第一与第二偏极化信号的微波高频信号；利用二个谐波混频器与一个为该二谐波混频器所共用的本地振荡器的谐振波输出，分别使各馈入该二谐波混频器的第一与第二偏极化信号降频，并在本地振荡器与至少一个谐波混频器之间，串接至少一个滤波器，以隔离两偏极化信号的漏信号。
其中，所述第一与第二谐波混频器由主动元件构成，且受一个频道选择控制装置的控制而可被选择性地动作，使第一与第二偏极化信号中的一个被选择性地降频与通过并输出。
其中，在第一与第二偏极化信号输入各第一与第二谐波混频器的步骤之前，先经过一个低杂信放大器，以使输入阻抗稳定。
本发明的射频信号降频接收电路，用以接收一个线性偏极化的第一与第二偏极化信号的微波高频信号，包括两个混频器及一个本地振荡器；混频器为第一与第二谐波混频器，第一谐波混频器的二输入端分别连接第一偏极化信号及本地振荡器的谐振波输出端；第二谐波混频器的二输入端分别连接第二偏极化信号及本地振荡器的谐振波输出端；即第一与第二谐波混频器分别导入第一与第二偏极化信号，以及本地振荡器的谐振波输出信号；至少一个用以隔离两偏极化信号的漏信号的滤波器，设于本地振荡器与谐波混频器中之一之间。
与现有技术相比，本发明具有如下效果由于本发明利用谐波混频器的原理并共用一个本地振荡器的谐波输出，来对两偏极化射频信号进行混频而使之降频，就一所欲得到的相同的中频信号而言，与利用基本混频器原理的现有技术相较之下，将可用一个具有较低振荡频率输出信号的本地振荡器即可实现，因而，可以简化本地振荡器的设计。另外，连接于混频器之间的滤波器亦因本地振荡信号频率的降低，而可在简单的电路下即可在使本地振荡信号通过之余，同时能衰减另一个不想要的极化漏信号。再者，利用由主动元件构成该等谐波混频器时，将可直接用该等谐波混频器作为切换元件，而进一步简化电路。此外，由于各谐波混频器的射频输入端前串接一个放大器，起缓冲作用，将能够使输入阻抗稳定，而获得良好的输入反射损失，并防止干扰到另一端的输入。
结合附图及实施例对本发明的结构特征详细说明如下附图简单说明图1现有一种射频信号降频接收电路的电路图；图2现有另一种射频信号降频接收电路的电路图；图3本发明射频信号降频接收电路的一实施例的电路图。
本发明实施例以第一极化信号和第二极化信号代表该线性偏极化或圆形偏极化的双极化信号作说明，虽然卫星直播的微波信号频率为KU或KA频段，且在下文中亦以此举例，但本发明的应用范围可往下或往上延伸至S.C.或比KA频段更高的频率，且为了解释方便，以下统称输入频率为射频；另外，在输出方面，卫星直播系统的输出频率一般在1～2GHz左右，本文并以此为例作说明，且统称中频，但应了解的是该频带可根据射频及本地振荡器频率的选择而定。
如图3所示，其为本发明的射频信号降频接收电路的一实施例，该电路包括供接收第一极化射频信号的一个输入端111、一个低杂信放大器112、一个带通滤波器113、一个谐波混频器114及一个低通滤波器115；供接收第二极化射频信号的一个输入端121、一个低杂信放大器122、一个带通滤波器123、一个谐波混频器124及一个低通滤波器125；一个共用的本地振荡器135；一个介于共用的本地振荡器135与谐波混频器114之间的带通滤波器116和一个介于本地振荡器135与谐波混频器124之间的带通滤波器126；一个控制电路131；一个中频放大器132；以及一个输出中频信号的输出端133。
其中，谐波混频器114与124为二个以主动元件(一般采用场效应晶体管)构成的二次谐波混频器，其可受控制电路131的控制，而被选择性地接通或关闭。控制电路131受一个由卫星接收器(未图示)所输出的频道选择信号所控制，该选择信号经由电缆线(未图示)连接到端点133，进而被输入至控制电路131。
上述电路中，当所欲接收的频道位于例如第一极化射频信号频带时，利用控制电路131使谐波混频器114变到接通状态，使谐波混器114变到关闭状态；反之，若为位于第二极化信号频带时，则使混频器114变到关闭状态，使混频器124变到接通状态；这样一来，即可选择性地输出一个信号隔离度良好的中频信号输出。
以下进一步以前者的第一极化射频信号频带为例，说明其中的运作情形及可以获得良好隔离度的原因。
卫星信号的双极化射频信号由卫星天线同时传送下来，且射频信号在电路上将会有图示的P1、P2、P3、P4等四种路径。其中，P1为想要接收的信号的主要路径，亦即第一极化射频信号会经由放大器112、滤波器113、混频器114、低通滤波器115，至中频放大器132后输出；而路径P2、P3、P4则皆为不想要的第二极化射频信号的干扰路径。亦即，路径P2、P3是由于混频器124在关闭状态下，因关闭不理想所造成的第二极化射频信号漏信号，且P2漏向混频器114，而P3漏向中频放大器132；P4是自混频器114向混频器124的漏信号，其包含第一极化射频信号与中频信号。假设所接收的射频信号频率(FRF)为21GHz，若设定降频后的中频频率(FIF)为1GHz，由于上述三个信号频率遵从以下关系FIF＝FRF-2FLO则本地振荡信号频率FLO＝(FRF-FIF)/2＝(21-1)/2＝10即本地振荡信号频率FLO只要10GHz即可，此频率相较于射频信号(21GHz)相差很远，因而滤波器116和126将很容易可衰减掉第二极化射频信号。一般而言，30dB是很容易达到的。这样一来，沿着路径P2的第二射频漏信号将会受到二个滤波器126、116的衰减，再加上混频器124本身在关闭时所提供约10dB的衰减，将可使第一与第二极化信号间得到约70dB的隔离度。至于路径P3、P4的射频与中频漏信号亦皆可为滤波器116、126以及低通滤波器125所衰减，终而获得一信号隔离度良好的中频输出。
因此，本发明具有高度信号隔离度的接收效果，且适用于高频段。比现有如图1所示采用放大器作为切换装置，或如图2所示以基本混频器进行混频的情况，有很大的改进。
由于在谐波混频器114与124与输入端111和121之间，各设置有低杂信放大器112和122，且放大器112和122不担任切换功能，而可以在运作时保持接通状态，这将使混频器114和124前面有放大器当作缓冲装置，而使输入端的输入阻抗维持稳定，进而可以提供一稳定且良好的输入反射损失，这对于圆形偏极化信号尤其有效。
上述技术手段亦可应用于图2所示的现有电路中，亦即将以往的基本混频器改以两个谐波混频器取代，并利用本地振荡器的谐振频率进行混频，且以对应的滤波器进行滤波，但在输出控制方面则仍保留切换电路62，而以该电路来控制输出，这样仍能在二个极化信号的隔离度上获得非常大的改善。此外，亦可在各谐波混频器与各中频放大器之间加设一个低通滤波器，以进一步衰减可能的射频信号，以进一步确保信号隔离度。
另外，在上述例子中，虽例举二次谐波混频器为例作说明，但可以了解的，其并不限于此，三次或四次谐波混频器亦可被使用，其同样可使本地振荡器与滤波器的设计频率降低，而使设计更容易，并兼有良好隔离效果。
上述内容是利用实施例说明本发明的技术特征，并非用于限制本发明的保护范围，即使有人在本发明构思的基础上稍作变动，仍应属于本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种射频信号降频接收方法，用以接收线性偏极化的第一与第二偏极化信号的微波高频信号，其特征在于利用二个谐波混频器与一个为该二谐波混频器所共用的本地振荡器的谐振波输出，分别使各馈入该二谐波混频器的第一与第二偏极化信号降频，并在本地振荡器与至少一个谐波混频器之间，串接至少一个滤波器，以隔离两偏极化信号的漏信号。
2.根据权利要求1所述的降频接收方法，其特征在于，所述第一与第二谐波混频器由主动元件构成，且受一个频道选择控制装置的控制而可被选择性地动作，使第一与第二偏极化信号中的一个被选择性地降频与通过并输出。
3.根据权利要求1所述的降频接收方法，其特征在于，在第一与第二偏极化信号输入各第一与第二谐波混频器的步骤之前，先经过一个低杂信放大器，以使输入阻抗稳定。
4.一种射频信号降频接收电路，用以接收一个具不同极化的第一与第二偏极化信号的微波高频信号，包括两个混频器及一个本地振荡器；其特征在于混频器为第一与第二谐波混频器，第一谐波混频器的二输入端分别连接第一偏极化信号及本地振荡器的谐振波输出端；第二谐波混频器的二输入端分别连接第二偏极化信号及本地振荡器的谐振波输出端；即第一与第二谐波混频器分别导入第一与第二偏极化信号，以及本地振荡器的谐振波输出信号；还包括至少一个用以隔离两偏极化信号的漏信号的滤波器，设于本地振荡器与谐波混频器中之一之间。
全文摘要
一种射频信号降频接收方法与电路，本方法是利用二个谐波混频器与一共用的本地振荡器的谐振波输出，分别使各馈入二谐波混频器的二偏极化信号降频，并在本地振荡器与谐波混频器之间，串接滤波器，以隔离两偏极化信号的漏信号。本电路包括一本地振荡器；二谐波混频器，各混频器的二输入端分别连接一偏极化信号及本地振荡器的谐振波输出端；至少一个滤波器，设于本地振荡器与谐波混频器之间。本发明可提高卫星接收电路中二个极化信号之间的隔离度。
文档编号H04B1/16GK1391361SQ01118780
公开日2003年1月15日 申请日期2001年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者魏士桂 申请人:台扬科技股份有限公司