专利名称：控制降频变频器的变频增益的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通讯接收机的降频变频器，特别是动态控制降频变频器变频增益的装置。
在数字电视信号的微波分配系统中，电视信号以在L段微波频率区域(例如，2150-2686MHz)的射频(RF)载波信号传送。接收系统的强直达波盘状天线接收电视信号发射器发射的微波信号。低噪声波段(LNB)变频器转变由发射器发射的相对高频微波信号全部区域(“区段”)成为更利于控制的较低的频率(128-408MHz)的区域。该过程通常叫“降频变频”。一般，LNB变频器是包括盘状接收天线和LNB变频器的户外单元的一部分。接收系统还包括户内单元。来自户外单元的RF信号通过同轴电缆耦合到户内单元。户内单元包括调谐器以从LNB变频器接收的RF信号中选择匹配所要求频道的RF信号，并且改变所选RF信号成为更低的中频(IF)信号。户内单元还包括解调及解码IF信号的信号处理部分。由LNB变频器产生的RF信号有时被称为“第一IF”信号，因此由调谐器产生的IF信号有时称为“第二IF”信号。
一般，有一个由户外单元接收的全微波信号的信号发射站。这样，发射站到接收天线的距离一般由户外单元接收全RF信号的强度决定。在某些情况下，接收器比较靠近发射站，接收的RF信号可能使LNB变频器过载，由此引起的失真可能降低户内单元的性能。在数字电视发射系统中，其中电视信息以数字形式编码，这样的过载可能在户内单元的信号处理部分中产生解码错误。该解码错误经常是灾难性的以致引起电视图象和音频信息的全部丢失。
为了减少这个问题的出现，接收器安装的技术人员被指教，在安装系统时，当接收地点靠近发射站时使用比较低增益(如20dB增益)的天线，反之当接收地点远离发射站(如30英里以上)时使用较高增益的天线。然而，即使低增益的天线也可能出现LNB变频器的过载。这样，技术专家还被指教，使用具有较低变频增益的LNB变频器来安装在靠近发射站。一般，一个安装技术人员可能选择具有20dB或30dB变频增益的LNB变频器之一。
这样的设备选择过程已经发现是有错误倾向的。例如，如果技术人员已经针对特定的发射站错误地选择了一种天线和LNB变频器的组合，那么避免了太弱信号和过载信号，但最适合的信号强度还是不能被提供。结果，户内单元可能产生解码错误导致视频和音频信息遗失。
因此，本申请人已经认识到，在本技术领域中需要LNB变频器包括自动增益控制(AGC)电路，它调节LNB变频器的变频增益来补偿接收信号强度的变量。因此，本发明涉及动态控制降频变频器如包括在户外单元中的LNB变频器的变频增益调节的装置。
特别是，结合本发明的一种低噪波段(LNB)变频器包括增益可调RF放大器，包含混频器和本机振荡器的变频级，输出放大器，增益控制信号发生器以响应输出放大器的输出信号产生增益控制信号。增益控制信号施加到增益可调RF放大器，以致放大器的增益对输入信号强度在预定的临界值以上是恒定的。
在一个实施例中，全自动增益控制装置全部包含在户内单元中。在本发明的另一个实施例中，增益控制装置的一部分包含在户外单元，一部分包含在户内单元。更具体地说，增益控制信号发生器包含在接收系统的户内单元。由增益控制信号发生器产生的增益控制信号通过一种传输线路耦合到接受系统的户外单元。例如，传输线路可以由连接户外单元到户内单元的同轴电缆的中心导体构成。为了便于在单个导体如同轴电缆的中心导体上传输控制信号，一个编码装置包括在户内单元中用增益控制信息来调制由单个导体传输的信号。例如，增益控制信号可以被转变为调频的低频音调，并耦合到传输线的中心导体。该中心导体被耦合到在户外单元内的音频解码器，它还原增益控制信号以控制RF放大器的增益。可选择，通过同轴电缆一般被传送到LNB变频器的电源电压值可以由增益控制信号调制。
本发明的教导可以结合附图的详细描述很容易地理解。
图1描述了包含本发明实施例中的低噪波段(LNB)变频器的框图。
图2A和图2B描述的是包含可选实施例中的通讯系统的框图。
在各附图中，相同的附图标号用于附图中相同或相似的元件。
本发明的描述将根据地面微波数字电视发射系统，其中电视信息被编码并压缩形式发射，压缩形式根据预置数字压缩标准如运动图象专家组织(Moving Pictures Experts Group)标准(一般称为MPEG标准)。本领域的技术人员可以理解，本发明的其他实施例可以用在其他的通讯系统中。例如，本发明的一个实施例可以用在数字卫星电视系统如由加利福尼亚的Hughes公司运作的直接(DirecTV)卫星电视系统。另外，本发明用在数字通讯系统中对噪声特性是特别有效的，该系统中处理由于平衡信号小的衰变产生的误差可能灾变，同时本发明在改善信号的模拟通讯系统中对噪声特性也是有效的。
图1结合本发明的可以用于地面微波数字电视接收系统的实施例描述低噪声段(LNB)变频器100的框图。LNB变频器100与盘状接收天线(未示出)一起包含在接收系统的户外单元。LNB变频器100包括耦合到天线的输入端102，第一RF输入带通滤波器104，增益可调RF放大器106，第二RF输入带通滤波器108，变频级109包括混合器110，本机振荡器(LO)包含在电路内相位锁定回路(PLL)112中，RF输出滤波器114，RF输出放大器116，增益控制信号发生器144。
典型的微波数字电视发射系统运作在包括两个不同波段2150MHz至2162MHz和2500MHz至2686MHz的2100MHz到2700MHz频率范围内。因此，第一RF滤波器104包括一对并联连接在输入端102和RF放大器106之间的RF带通滤波器118和120。第一RF滤波器118通过2150MHz到2162MHz频带的RF信号，第二RF滤波器120通过2500MHz到2686MHz频带的RF信号。
RF放大器106用在本发明的这个实施例中作为增益控制设备的说明。如以下所述，其他增益控制设备也可以使用。RF放大器106一般是两级放大器提供约15dB的混合增益。RF放大器的一级或两级利用双栅极场效应晶体管GaAsFET或MOSFET制作，对于每个场效应管，第一栅极形成放大器106的RF输入端，第二栅极为接受增益控制电压的增益控制端。当施加到第二栅极的增益控制电压为最大值时，放大器106具有最大的增益。由于施加到第二栅极的增益控制电压被减小，放大器106的增益降低。场效应管之一或两个可以用于增益控制。这样的利用双栅极MOSFET场效应管的RFAGC电路在Trout的“Small-Signal RF Design With Dual-Gate MOSFETs”，MotorolaSemiconductor product Application Note，AN-478中描述。其他的放大器电路象双极晶体管放大器也可以。用作增益控制放大器。
第二RF带通滤波器108的输出信号被耦合到变频级109，它包括混合器110和包含PLL(相位锁定回路)112中的本机振荡器。混合器110可以由损失大约6dB的常规二极管混合器构成。在本实施例中，本机振荡器频率为2278MHz。因而，混合器110产生低侧分量具有在116MHz(即2278～2162MHz)到128MHz(2278～2150MHz)频率范围内的RF信号，高侧分量具有在222MHz(即2500～2278MHz)到408MHz(即2686～2278Hz)频率范围间的RF信号。滤波器114具有通过116MHz到402MHz频率范围内的RF信号的通频带。滤波器114的输出信号虽然在RF频率范围可以被称为IF(中频)信号，这样滤波器114在图1中被标为“IF滤波器”。
IF滤波器114的输出信号被耦合到输出放大器116。输出放大器116可以由两级放大器构成，提供大约20dB的总增益。输出放大器116的输出通过电容器124耦合到RF输出端126，被依次耦合到同轴电缆(图1中未示出)中心导体的一端。同轴电缆中心导体的另一端连接到接收系统户内单元的RF输入端(如图2B中所示)。
一般，LNB变频器100的直流电源从户内单元经同轴电缆的中心导体提供。为此，如图1所示，电感器128经由输出端126连接在同轴电缆的中心导体和直流稳压器部分130之间，直流稳压器产生多种电源电压给LNB变频器100的有源电路。
自动增益控制(AGC)信号发生器146包括AGC检波器132与AGC信号处理器134串联连接。在其最简单的形式中，AGC检波器132由常规二极管检波器136构成，例如由肖特基势垒二极管与电阻和电容负载一起构成。更准确地说，该二极管的阳极到输出放大器116输出的输出端。该二极管的阴极连接到电阻和电容负载并且连接到AGC信号处理器134。检波器136检波输出RF信号并将检波信号提供给AGC信号处理器134。如果必要，二极管的调整电极可以反向。
AGC信号处理器134其最简单的形式由直流放大器构成，例如运算放大器138。由AGC检波器132产生的检波信号提供到运算放大器138的第一输入端。由电源140供给的门限电压提供给运算放大器138的第二输入端。运算放大器138提供最大输出信号，除非检波信号RF输出信号超出门限电压。在这方面，运算放大器的输出信号由于检波信号的增加而减小。运算放大器138的输出信号是提供给RF放大器106的增益控制信号。用这样的方式，检波信号超出门限电压以后，由于检波信号数值增高，增益控制信号数值降低。
正如以上所述，在至此描述的实施例中，增益控制信号被提供到双极场效应管GaAsFET或MOSFET的一个栅极，以控制LNB变频器100的全部变频增益。可选择的增益控制设备，PIN二极管衰减器144可以设置在第一RF滤波器104和放大器106之间。RF放大器106在这种情况下具有固定的增益并且PIN二极管衰减器的衰减由增益控制信号控制。这样，增益控制信号数值衰减将增加到RF放大器106的输入信号的数值。因此，增益控制信号值和衰减值之间的关系根据用于本发明的特定电路的结构可按比例变化。例如，运算放大器可以产生一个随输出信号强度增加而增加的控制信号，这样，衰减随增益控制信号的增加而增加。
增益控制也可以以离散增益控制方法提供。例如，衰减器可以是第一RF滤波器104和RF放大器106之间的信号线路响应增益控制信号而“接入”或“断开”。当检波输出信号大于电压门限时，增益控制信号使衰减器“断开”。当输出信号低于电压门限时，衰减器不“接入”。更多的增益控制方法可以外加多个衰减器提供。
在图1所示本发明实施例中，自动增益控制装置全部包括在户外单元中。在图2A和图2B本发明实施例中，增益控制电路一部分包括在户外单元，一部分包括在户内单元。更具体的是，增益可调节级保留在户外单元的降频变频器中，但是增益控制信号发生器包括在户外单元，并反馈连接到户外单元的降频变频器。
图2A和图2B一起描述了本发明的实施例，其中自动增益控制的结构被结合在图2A所示的户外单元200和图2B所示的户内单元202中。在图2A中描述的户外单元类似于图1中的单元，以下描述仅有的区别。
图2B所示户内单元202由包括第一RF滤波器204，RF放大器206，第二RF滤波器208的调谐器、包括混合器210的变频级、包括在相位锁定回路(PLL)212中的本地震荡器209构成。经由同轴电缆在RF输入端223从户外单元接收的RF输出信号，通过电容器201耦合到调谐器203。两个RF滤波器204、208和RF放大器206滤波并且放大接收的RF信号。由混合器210从相位锁定回路212接收的本机振荡器信号具有被微处理器(未示出)控制的的频率，以从户外单元200接收的RF信号的“段”中选择特定的RF信号相应于要求的频道。
户内单元202还包括IF放大器214、第一IF滤波器216和第二IF放大器218。由混合器210产生的IF信号由IF放大器214、IF滤波器216和IF放大器218放大并滤波然后再放大。IF放大器214、IF滤波器216和IF放大器218处理的IF信号可以称为“第二IF信号”，因为户外单元200的RF输出信号可以称为“第一IF信号”。根据实例的方式，第二IF信号可以具有一个按44MHz顺序的频率。
处理过的“第二”IF信号耦合到信号处理部分220，对数字电视信息解调，解码，及解压缩，以产生对应于视频和音频信息的数字信号。信号处理部分220也转换数字信号成相应显示电视图像的模拟信号，产生相应音频频率特性。
供电电源单元232产生供电电压给户内单元202的各部分。另外，供电电源232产生供电电压给户外单元200的LNB变频器。一般，正如图表2B所示，LNB提供电压被耦合到户外单元200的LNB变频器，经由连接在LNB变频器200的RF输出端126和户内单元202的输出端223之间的同轴电缆222的中心导体。电容201预止LNB供电电压被耦合到调谐器203的输入端，衰减器226防止RF输入信号被耦合到供电电源232。
信号处理部分220的增益控制信号发生器221响应解调数值以产生一个增益控制信号。更具体地说，信号处理部分220的解调器部分产生相应于数字解码电视信息的脉冲信号。增益控制信号发生器221产生对应脉冲信号大小的的信号。该大小对应的信号与门限比较，并且产生一个控制信号，在门限被超出时它与脉冲信号的大小有关。该处理可以以模拟或数字形式进行。另一种方法，户外单元增益控制信号可以响应第二IF信号的大小产生。另外，户内单元200中LNB变频器的增益控制信号发生器可以共享用于产生户内单元202的RF放大器204增益控制信号的信号处理部分220的部分，如图2B所示。
增益控制信号也可以响应信号处理器220内的数字信号解码器产生的错误得到。更具体地的说，解码器包括纠错电路，如前置纠错(FEC)部分例如根据熟知的Reed-Solomon算法运算。增益控制信号发生器221可以监控由解码器FEC部分检测出的位错率(bit error rate)并且可以调节增益控制信号以改变降频变频器的变频增益来降低错误率。例如，当错误率不满足要求时，增益控制信号可以被改变，以增加预定数值的LNB变频器200中RF放大器106的增益。如果错误率得到改善，RF放大器106的增益再增加预定的数值。该处理被重复进行直到错误率不再改善为止。反之，如果首次或接下来增益增加，位错率更恶化，RF放大器106的增益重复地一步步降低直到错误率稳定。
由增益控制信号发生器221产生的户外增益控制信号被耦合到增益控制信号编码器224。增益控制信号编码器224对增益控制信号编码并且耦合编码的信号到传送线路，该传送线路携带编码信号到户外单元200。最好，传送路线为连接在户内单元202和户外单元200之间的同轴电缆222的中心导体。例如，控制信号编码器224可以转变增益控制信号成为相对低的频率声调，如音频频率音，具有一个取决于增益控制信号大小的频率。电压控制震荡器可以用作该目的。户外单元200的增益控制信号可以利用其他编码技术编码，如脉宽调制，振幅调制等等。编码增益控制信号经由电感器226(它已经用作隔离电源232和RF输入信号)构成的低通滤波器，耦合到同轴电缆222的中心导体。
如图2A所示，在户外单元200中，解码器230通过电感器128和电容器129连接到同轴电缆的中心导体，以对编码的增益控制信号译码。在音频信号具有根据增益控制信号大小调制的频率的情况下，解码器230可以由鉴频器构成。解码器230的输出是相应于户内单元202中产生的增益控制信号的直流电压。解码增益控制信号被施加到户外单元200的增益可调级，如RF放大器106。如参照图1所示的描述，增益可调级可以由增益可调放大器构成，如GaAsFET、MOSFET或双极晶体管放大器构成，或者是可调衰减器。
LNB变频器200的增益控制信号没有必要非得编码。如果中心导体未被用于提供电源到户外单元，那么增益控制信号可以不编码直接被施加到中心导体。另外，取决于LNB变频器200噪声特性，增益控制信号可以被附加在LNB电源电压上以调制其电平。如果LNB电源电压的增益控制信号调制保持在适合的低电平，由LNB变频器200稳压器130产生的电源电压将不响应于增益控制信号改变。然而，增益控制信号调制可以由解码器检波并且转变成可调增益控制级的增益控制信号。
可以利用独立的线路，例如由双绞导线构成的线路，而不是用同轴电缆222连接来自户内单元202的增益控制信号到LNB变频器200。
由于有了所述的降频变频器电路中的自动增益控制装置才有下述的一项或多项优点。
RF输出信号的振幅被保持在比较固定的电平，虽然由天线供给的RF输入信号振幅中的振幅可以有效地改变。
信/噪特性被改善。
高电平接收RF信号由于降频变频处理而不失真。在数字接收系统中，由解码错误引起的视频和音频遗失信息被减至最低。
由熟知的微波损失现象引起的幅值变化被降低。
安装过程的临界状态被降低。
户外单元增益控制信号的其他用途是选择在安装过程中最适当地定位天线。增益控制信号可以被用来对安装者表明信号强度，或者直观地如计量方法，或者用听觉如音频信号发生器的方法，该音频信号发生器产生音频频率特性曲线改变频率或振幅作为信号强度的改变。图1所示实施例，其中增益控制信号产生在LNB变频器100中，该实施例在这一点上是特别有用的，信号强度显示设备可以直接耦合到户外单元的增益控制信号发生器146，这里进行天线定位。
虽然结合详细描述的本发明教导各种实施例和变化，本领域的技术人员可以结合这些教导并且在以下一项或多项权利要求限定的范围内很容易地发明许多其他实施例。
权利要求
1.装置包括接收系统户外单元(100；200)的降频变频器，用于转换天线接收的RF信号的波段成较低的波段，并且具有输出端(126)以耦合变频RF信号到户内单元(202)，户内单元包括调谐器(203)和解调器(220)并且经由同轴电缆(222)耦合到所述降频变频器的输出端(126)，其特征在于增益控制信号发生器(146)，响应所述变频RF信号以产生增益控制信号；装置(106)，包括在所述降频变频器中，并与所述增益控制信号发生器(146)连接，以响应所述增益控制信号控制所述降频变频器的变频增益。
2.权利要求1的装置其特征在于所述增益控制信号发生器(146)包括信号检波器(132)，响应所述变频RF信号变成表示所述变频RF信号数值的信号。
3.权利要求2的装置，其特征在于所述增益控制信号发生器(146)进一步包括装置(138)以放大所述数值表示信号。
4.权利要求3的装置，其特征在于所述放大装置(138)在所述表示信号的数值超出门限时放大所述数值表示信号。
5.权利要求1的装置，其特征在于所述增益控制信号发生器(146)包括在所述户外单元中(100)。
6.权利要求1的装置，其特征在于所述增益控制信号发生器(146)包括在户内单元(202)中。
7.权利要求6的装置，其特征在于所述控制信号发生器(146)响应所述户内单元(202)中的解调器(220)输出信号。
8.权利要求6的装置，其特征在于编码器(224)包括在户内单元(202)中，并且响应所述增益控制信号以生成编码增益控制信号；解码器(230)包括在所述户外单元中以对编码控制信号解码生成解码增益控制信号，控制所述降频变频器的变频增益；输送线路，连接在所述编码器(224)和所述解码器(230)之间，以连接所述编码器(224)的编码控制信号到所述解码器(230)。
9.权利要求8的装置其特征在于所述输送线路为所述同轴电缆(222)，所述编码器和解码器被连接在所述同轴电缆(222)的中心导体。
10.权利要求8的装置，其特征在于所述编码器(224)为音调发生器以产生具有根据所述增益控制信号调制的频率的音调；所述解码器(230)为音调解码器，响应所述音调信号的频率产生所述解码增益控制信号。
11.权利要求10所述的装置其特征在于所述户内单元(202)包括电源(232)以产生供给所述户内单元(202)的各种电源电压和供给户外单元(200)的各种电源电压；供给所述户外单元(200)的电压经由同轴电缆(222)中心导体连接到户外单元；所述音调信号被叠加在供给户外单元(200)的所述电压上。
12.权利要求8所述的装置，其特征在于所述户内单元(202)包括电源(232)以产生供给所述户内单元(202)的各种电压和供给所述户外单元(200)的各种电源电压；所述编码增益控制信号被叠加在供给所述户外单元(200)的所述电源电压上。
13.权利要求1的装置，其特征在于所述增益控制装置包括增益可控制RF放大器(106)。
14.权利要求1的装置，其特征在于所述增益控制装置为可调衰减器。
全文摘要
地面微波或卫星接收系统户内单元的降频变频器，包括自动调节降频变频器增益的装置，包括增益可调RF级和增益控制信号发生器产生响应降频变频器输出信号的增益控制信号，它们包括在户外单元中。增益可调RF级包括在户外单元内，但增益控制信号发生器包括在接收系统的户内单元中，增益控制信号直接或以编码形式连接到户外单元。在后一种情况，编码增益控制信号可经由同轴电缆连接到降频变频器，同轴电缆连接在户外和户内单元间。
文档编号H04B1/18GK1162218SQ96121980
公开日1997年10月15日 申请日期1996年10月22日 优先权日1995年10月23日
发明者M·W·穆特斯波 申请人:汤姆森消费电子有限公司