использование фильтров с фиксированной полосой пропускания для программируемой полосы пропускания промежуточной частоты

Формула изобретения

1. Устройство с программируемой полосой пропускания, содержащее

первый каскад преобразования частоты, имеющий вход и выход, который включает в себя

первый смеситель, имеющий первый вход, второй вход и выход, при этом первый вход первого смесителя является входом первого преобразования частоты, а выход первого смесителя является выходом первого каскада преобразования частоты, и

первый гетеродин (Гт), имеющий выход, подсоединенный к второму входу первого смесителя,

причем первый Гт программирован для формирования выходной частоты первого Гт для преобразования входной частоты в требуемую первую среднюю частоту ПЧ, которая сдвинута от первой границы полосы пропускания первого ПЧ-фильтра на первую полосу пропускания сигнала,

первый фильтр промежуточной частоты (ПЧ), имеющий вход и выход, причем вход первого ПЧ-фильтра подсоединен к выходу первого каскада преобразования частоты, при этом первый ПЧ-фильтр устанавливает первую полосу пропускания сигнала,

второй каскад преобразования частоты, имеющий вход и выход, причем вход второго каскада преобразования частоты подсоединен к выходу первого ПЧ-фильтра, при этом второй каскад преобразования частоты включает в себя

второй смеситель, имеющий первый вход, второй вход и выход, причем первый вход второго смесителя является входом второго преобразования частоты, а выход второго смесителя является выходом второго каскада преобразования частоты, и

второй гетеродин (Гт), имеющий выход, подсоединенный ко второму входу второго смесителя,

причем второй Гт программирован для формирования выходной частоты для преобразования требуемой первой средней частоты ПЧ в требуемую вторую среднюю частоту ПЧ, которая сдвинута от первой границы полосы пропускания второго ПЧ-фильтра на вторую полосу пропускания сигнала, и

второй ПЧ-фильтр, имеющий вход, подсоединенный к выходу второго каскада преобразования частоты, причем второй ПЧ-фильтр устанавливает вторую полосу пропускания сигнала, и итоговая ПЧ-полоса пропускания равна сумме первой полосы пропускания сигнала и второй полосы пропускания сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая граница полосы пропускания первого ПЧ-фильтра находится на первой граничной частоте ПЧ, большей, чем требуемая первая средняя частота ПЧ.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первая граница полосы пропускания второго ПЧ-фильтра находится на второй граничной частоте ПЧ, меньшей, чем требуемая вторая средняя частота ПЧ.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что второе преобразование частоты является преобразованием частоты с сохранением спектра.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первая граница полосы пропускания второго ПЧ-фильтра находится на второй граничной частоте ПЧ, большей, чем требуемая вторая средняя частота ПЧ.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второе преобразование частоты является преобразованием частоты с инвертированием спектра.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая граница полосы пропускания первого ПЧ-фильтра находится на первой граничной частоте ПЧ, меньшей, чем требуемая первая средняя частота ПЧ.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что первая граница полосы пропускания второго ПЧ-фильтра находится на второй граничной частоте ПЧ, меньшей, чем требуемая вторая средняя частота ПЧ.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полоса пропускания первого ПЧ-фильтра и полоса пропускания второго ПЧ-фильтра являются полосами пропускания фиксированной частоты, и полоса пропускания каждого фильтра больше, чем итоговая ПЧ-полоса пропускания.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первый ПЧ-фильтр реализован в виде полосового фильтра, фильтра нижних частот или фильтра верхних частот.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что второй ПЧ-фильтр реализован в виде полосового фильтра, фильтра нижних частот или фильтра верхних частот.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что первая полоса пропускания сигнала, по существу, равна второй полосе пропускания сигнала.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый каскад преобразования частоты и второй каскад преобразования частоты выполняют преобразование с повышением частоты.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый каскад преобразования частоты и второй каскад преобразования частоты выполняют преобразования с понижением частоты.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электронной связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к фильтрации промежуточной частоты (ПЧ).

Уровень техники

Электронные устройства связи часто модулируют полезным сигналом несущую радиочастоту (РЧ) для обеспечения разнесения по частоте на нескольких каналах. Затем различные частоты могут одновременно передаваться на одной линии связи с минимальным взаимодействием между несколькими каналами. Линией связи может быть одиночный провод, несколько проводов, коаксиальная линия передачи, беспроводная линия связи, оптоволокно или любая другая известная линия связи.

В передатчике модулирующие сигналы преобразуются с повышением частоты в требуемую частоту передачи. Наряду с этим в приемнике принимаемый сигнал преобразуется с понижением частоты в модулирующий сигнал. Преобразование с повышением частоты в передатчике и дополнительное преобразование с понижением частоты в приемнике чаще выполняются в несколько этапов, чем посредством однократного преобразования.

Многие устройства связи используют конфигурацию двойного преобразования для приемника и передатчика. Фиг.1 изображает структурную схему приемопередатчика радиосвязи, который может использоваться в радиотелефоне. Хотя фиг.1 изображает приемопередатчик, можно заметить, что могут быть выделены компоненты для выполнения только функций приемника или передатчика. Аналогично, хотя фиг.1 изображает приемопередатчик радиосвязи, может быть сконфигурировано устройство проводной связи посредством удаления антенны или подсоединения антенны к соединению проводной линии связи.

Антенна 10 может использоваться для интерфейса устройства 100 радиосвязи с входящими радиоволнами. Антенна 10 также может использоваться для передачи сигнала из передатчика. Входящие радиоволны, взаимодействующие с устройством 100 радиосвязи в антенне 10, затем подаются в антенный переключатель 20. Антенный переключатель 20 фильтрует входящий сигнал полосы частот приема, но также может использоваться для электрической изоляции мощности передачи от приемного тракта, при этом обеспечивая использование передатчиком и приемником одной антенны. Антенный переключатель 20 подает сигналы в приемном тракте на мало шумящий усилитель LNA (МШУ) 22, при этом одновременно подавляя сигналы вне полосы частот приема. В идеале, антенный переключатель 20 подавляет все сигналы в полосе частот передачи, чтобы они не взаимодействовали с сигналами полосы частот приема. Однако практические реализации антенных переключателей 20 обеспечивают только ограниченное подавление сигналов в полосе частот передачи.

МШУ 22, следующий за антенным переключателем 20, используется для усиления принимаемого сигнала. МШУ 22 также может давать основную составляющую в коэффициенте шума приемника. Коэффициент шума МШУ 22 непосредственно прибавляется к коэффициенту шума приемника, в то время как коэффициент шума последующих каскадов уменьшается пропорционально усилению МШУ 22. Следовательно, МШУ 22 обычно выбирают для обеспечения минимального коэффициента шума в полосе частот приема, при этом усиливая принимаемый сигнал с достаточным усилением для минимизации составляющих коэффициента шума последующих каскадов. Существуют конкурирующие проектные требования, такие как требования на мощность постоянного тока (ПТ) и точка прерывания третьего порядка устройства, которые делают выбор усиления МШУ 22 зависимым от многих проектных ограничений. Сигнал, усиленный в МШУ 22, подается на РЧ-фильтр 24. РЧ-фильтр 24 используется для обеспечения дополнительного подавления сигналов вне полосы частот приема. Антенный переключатель 20 может быть выполнен без возможности обеспечения достаточного подавления сигналов вне полосы частот приема, следовательно, РЧ-фильтр 24 дополняет предшествующую фильтрацию. РЧ-фильтр 24 используется скорее после первого каскада МШУ 22, чем до него, для уменьшения составляющей фильтра в коэффициенте шума приемника. Выход РЧ-фильтра 24 подсоединен ко второму МШУ 26. Второй МШУ 26 используется для дополнительного усиления принятого радиосигнала. Второй каскад МШУ 26 обычно используется тогда, когда на одном каскаде МШУ не может быть достигнуто достаточное усиление, при этом также удовлетворяющее ограничениям прерывания третьего порядка. Выходной сигнал второго МШУ 26 подается на вход РЧ-смесителя 30.

РЧ-смеситель 30 смешивает усиленный принятый сигнал с сигналом локально сгенерированной частоты для преобразования сигнала с понижением частоты в промежуточную частоту (ПЧ). Выходной ПЧ-сигнал РЧ-смесителя 30 подается на ПЧ-усилитель 32, который обычно используется для повышения уровня сигнала. ПЧ-усилитель 32 обычно имеет ограниченную частотную характеристику и не усиливает сигнал, преобразованный с повышением частоты, на выходе РЧ-смесителя 30. Выход ПЧ-усилителя 32 подсоединен к ПЧ-фильтру 34.

ПЧ-фильтр 34 используется для фильтрования ПЧ одного канала приема. Обычно ПЧ-фильтр 34 имеет намного более узкую частотную характеристику, чем РЧ-фильтр 24. ПЧ-фильтр 32 может иметь намного более узкую полосу пропускания, так как обычно РЧ-смеситель 30 преобразует с понижением частоты требуемый РЧ-канал в ту же самую ПЧ, независимо от частоты РЧ-канала. Напротив, РЧ-фильтр 24 должен пропустить всю полосу частот приема, так как любой канал в полосе частот приема может быть выделен для линии связи. Выход ПЧ-фильтра 34 подсоединен к усилителю 36 автоматической регулировки усиления (АРУ) приема. Усилитель 36 АРУ используется для поддержания в принятом сигнале постоянной амплитуды для последующих каскадов. Усиление усилителя 36 АРУ изменяется с использованием контура управления (не изображен), который обнаруживает амплитуду выходного сигнала усилителя. Выходной сигнал усилителя 36 АРУ подсоединяется к ПЧ-смесителю 40.

ПЧ-смеситель 40 преобразует с понижением частоты сигнал в модулирующий сигнал. Гетеродин (Гт), используемый совместно с ПЧ-смесителем 40, может быть отдельным и независимым от первого Гт 150. Выходной модулирующий сигнал ПЧ-смесителя 40 подается на процессор 102 полосы частот модулирующих сигналов. Блок процессора 102 полосы частот модулирующих сигналов представляет последующую обработку, выполняемую в отношении модулирующего сигнала. Возможные варианты последующей обработки включают в себя сжатие, обратное перемежение, коррекцию ошибок, фильтрацию и усиление и т.д., но не ограничиваются этим. Затем принятая информация направляется в соответствующее место назначения. Информация может использоваться внутри устройства радиосвязи или может быть направлена в интерфейс пользователя, например дисплей, динамики или в порт передачи данных.

Тот же процессор 102 полосы частот модулирующих сигналов также может использоваться в дополнительном передатчике. Информация, которая должна быть передана, вводится в процессор 102 полосы частот модулирующих сигналов, в котором может быть осуществлено, например, ее перемежение, расширение и кодирование. Обработанный сигнал подается в ПЧ-смеситель 110 передачи, в котором модулирующий сигнал преобразуется с повышением частоты в ПЧ передачи. Гт 112 передачи, используемый совместно с ПЧ-смесителем 110 передачи, сформирован отдельно от первого Гт 150 и ПЧ-Гт 42 приема.

Полученный на выходе ПЧ-смесителя 110 передаваемый ПЧ-сигнал, преобразованный с повышением частоты, подается на усилитель 114 АРУ передачи. Усилитель 114 АРУ передачи используется для подстройки амплитуды передаваемого ПЧ-сигнала. Подстройка амплитуды ПЧ-сигнала может потребоваться для обеспечения сохранения сигнала внутри линейных областей для всех последующих каскадов усиления. Выход усилителя 114 АРУ подсоединен к ПЧ-фильтру 116 передачи, который используется для подавления нежелательных продуктов смесителя и усилителя. Профильтрованный выходной сигнал подается на РЧ-смеситель 120 передачи. РЧ-смеситель 120 передачи используется для преобразования с повышением частоты ПЧ передачи в соответствующую РЧ передачи.

Выходной РЧ-сигнал РЧ-смесителя 120 передачи, преобразованный с повышением частоты, подается на первый РЧ-фильтр 122 передачи. Первый РЧ-фильтр 122 передачи используется для подавления нежелательных составляющих смесителя. Выход первого РЧ-фильтра 122 передачи подсоединен к предварительному усилителю 124 мощности. Предварительный усилитель 124 мощности усиливает сигнал до уровня, требуемого последующим усилителем 128 мощности. Перед подачей сигнала на усилитель 128 мощности сигнал фильтруется вторым РЧ-фильтром 126 передачи. Второй РЧ-фильтр 126 передачи используется для дополнительного подавления составляющих смесителя, а также для подавления выходных составляющих полосы частот, сгенерированных предварительным усилителем 124 мощности. Выходными составляющими полосы частот, сгенерированными предварительным усилителем 126 мощности, могут быть гармонические составляющие, сгенерированные при введении усилителя в нелинейный рабочий диапазон. Выход второго РЧ-фильтра 126 передачи подсоединен к усилителю 128 высокой мощности. Усилитель 128 высокой мощности используется для усиления передаваемого сигнала до уровня мощности, достаточного для обеспечения линии связи с получателем. Выход усилителя 128 высокой мощности подсоединен к устройству 130 развязки (вентилю).

Устройство 130 развязки используется для защиты выходного сигнала усилителя 128 высокой мощности. Сигналы из усилителя 128 высокой мощности могут проходить через устройство 130 развязки с минимальной потерей, но сигналы, случайные в выходном сигнале устройства 130 развязки, существенно ослабляются на входе в устройство 130 развязки. Следовательно, устройство 130 развязки обеспечивает хорошее согласование полного сопротивления с выходным сигналом усилителя 128 высокой мощности и защищает усилитель от отраженных сигналов вследствие несогласованности полного сопротивления (импеданса) в последующих каскадах. Выход устройства 130 развязки подсоединен к антенному переключателю 20, который используется для подачи передаваемого сигнала на одну антенну 10, при этом одновременно не пропуская передаваемый сигнал в приемный тракт.

Процессор 102 полосы частот модулирующих сигналов может быть выполнен с возможностью обработки сигналов, имеющих несколько форматов. Приемопередатчик, функционирующий в системе связи в соответствии с стандартом Telecommunications Industry Association (TIA)/ Electronics Industries Association (EIA) IS-95-B, MOBILE STATION-BASE STATION COMPATIBILITY STANDARD FOR DUAL-MODE SPREAD SPECTRUM SYSTEMS (Ассоциация промышленности средств электросвязи США (TIA)/Ассоциация электронной промышленности США (EIA) IS-95-B, стандарт совместимости базовой станции и подвижной станции для двухрежимных систем связи с расширенным спектром), должен обеспечивать функционирование в аналоговом режиме и в цифровом режиме множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA, МДКР). Одной проблемой, связанной с функционированием в нескольких режимах связи, являются различные требования на ПЧ-полосу пропускания для различных режимов. Согласно техническим требованиям IS-95-B аналоговые каналы функционируют в полосах частот в 30 КГц, в то время как каналы МДКР используют полосы частот в 1,23 МГц. Разные ПЧ-полосы пропускания могут быть согласованы с использованием нескольких ПЧ-фильтров, с назначением определенному режиму определенного ПЧ-фильтра. Для включения соответствующего ПЧ-фильтра в тракт сигнала в соответствии с рабочим режимом должна использоваться коммутационная схема. Однако использование нескольких ПЧ-фильтров и коммутационной схемы для согласования нескольких ПЧ-полос пропускания нескольких рабочих режимов не является лучшим решением. Для каждого рабочего режима требуется ПЧ-фильтр, и дополнительные режимы требуют дополнительных ПЧ-фильтров. Необходима программируемая ПЧ-полоса пропускания, обеспечивающая возможность согласования нескольких ПЧ-полос пропускания без необходимости в нескольких конфигурациях фильтра. Одна конфигурация должна обеспечивать возможность согласования нескольких ПЧ-полос пропускания, требуемых несколькими рабочими режимами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленные варианты осуществления раскрывают новый усовершенствованный способ и устройство для обеспечения программируемой ПЧ-полосы пропускания с использованием фильтров с фиксированной ПЧ-полосой пропускания.

В одном варианте осуществления используются два преобразования частоты с фильтром с фиксированной ПЧ-полосой пропускания после каждого преобразования частоты. Первый гетеродин (Гт) для первого преобразования частоты настроен так, что среднюю частоту полезного сигнала преобразуют в частоту, близкую к одной границе полосы пропускания первого ПЧ-фильтра. Интервал между средней частотой и ближайшей границей полосы пропускания выбирают равным половине требуемой ПЧ-полосы пропускания. Затем второй Гт, используемый при втором преобразовании частоты, настраивают так, чтобы интервал между средней частотой и ближайшей границей полосы пропускания второго ПЧ-фильтра был равным половине требуемой ПЧ-полосы пропускания. Когда второй Гт настроен так, что второй ПЧ-фильтр подавляет сигналы, не профильтрованные первым ПЧ-фильтром, в результате получают настраиваемый ПЧ-фильтр, имеющий требуемую полосу пропускания.

В первом варианте осуществления первый Гт преобразует полезный сигнал к средней частоте так, чтобы частоты выше средней частоты ослаблялись посредством использования первого ПЧ-фильтра. Второй Гт преобразует полезный сигнал к средней частоте так, чтобы частоты ниже средней частоты ослаблялись посредством использования второго ПЧ-фильтра. Результатом является ПЧ-полоса пропускания, получаемая в результате расположения полезного сигнала относительно двух границ полосы пропускания ПЧ-фильтра.

Первый и второй ПЧ-фильтры могут быть полосовыми фильтрами, фильтрами нижних частот, фильтрами верхних частот или любой комбинацией полосовых фильтров, фильтров нижних частот и фильтров верхних частот. При использовании полосовых фильтров полезный сигнал может быть сдвинут в направлении к верхней или нижней границе полосы пропускания. При использовании фильтра верхних частот или фильтра нижних частот полезный сигнал должен быть сдвинут в направлении к границе полосы пропускания. При использовании только фильтра верхних частот могут быть ослаблены только частоты выше средней частоты. Аналогично, при использовании только фильтра нижних частот могут быть ослаблены частоты ниже требуемой средней частоты. Термины выше и ниже средней частоты используются относительно конкретного частотного спектра, так как преобразование частоты может приводить к спектральной инверсии.

Частота входного сигнала преобразуется в первую ПЧ, причем первый ПЧ-фильтр устанавливает первую полосу пропускания требуемого ПЧ-сигнала. Частота выходного сигнала первого ПЧ-фильтра преобразуется во вторую ПЧ, причем второй ПЧ-фильтр устанавливает вторую полосу пропускания требуемого ПЧ-сигнала. Первой полосой пропускания требуемого ПЧ-сигнала может быть верхняя полоса пропускания, обозначающая частоты выше требуемой средней частоты ПЧ. Аналогично, второй полосой пропускания требуемого ПЧ-сигнала может быть нижняя полоса пропускания, обозначающая частоты ниже требуемой средней частоты ПЧ.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из подробного описания, приведенного ниже, совместно с чертежами, в которых используется сквозная нумерация.

Фиг.1 изображает структурную схему приемопередатчика радиосвязи.

Фиг.2 изображает структурную схему преобразования частоты с использованием смесителя и соответствующие диаграммы спектра.

Фиг.3 изображает структурную схему варианта осуществления фильтра с программируемой ПЧ-полосой пропускания и соответствующие диаграммы спектра.

Фиг.4 изображает структурную схему другого варианта осуществления фильтра с программируемой ПЧ-полосой пропускания и соответствующие диаграммы спектра.

Фиг.5 изображает структурную схему другого варианта осуществления фильтра с программируемой ПЧ-полосой пропускания и соответствующие диаграммы спектра.

Фиг.6 является блок-схемой способа программирования фильтра с перестраиваемой ПЧ-полосой пропускания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.2 изображает структурную схему смесителя 204 и Гт 202, реализованных в виде устройства 200 преобразования частоты. Устройство 200 преобразования частоты можно использовать для преобразования сигнала с повышением частоты или с понижением частоты. Сигнал подается на первый порт смесителя 204, а сигнал Гт подается на второй порт смесителя 204. Смеситель 204 выводит сигнал, имеющий частотные составляющие, равные сумме и разности частот входного сигнала и частоты Гт 202. Расположение частоты Гт 202 относительно входного сигнала определяет, является ли выходной сигнал преобразованием с повышением частоты или преобразованием с понижением частоты.

Спектры, иллюстрирующие возможное преобразование с повышением частоты, изображены согласно 210 и 220. Возможный входной сигнал 214 изображен сигналом с конечной полосой пропускания, центрированной относительно низкой частоты по отношению к частоте Гт 212. Входной сигнал 214 изображен в виде несимметричного сигнала для иллюстрации возможностей инверсии спектра преобразования частоты. Фактические частотные характеристики входного сигнала 214 не влияют на преобразование частоты. Полученный в результате преобразования частоты выходной сигнал, преобразованный с повышением частоты, изображен согласно 220. Копии входного сигнала преобразуются в сигналы выше частоты Гт, согласно 226, и сигналы ниже частоты Гт, согласно 224. Следует отметить, что преобразованная с повышением частоты составляющая 224 разности является копией входного сигнала 214 с инвертированным спектром.

Возможные диаграммы 230 и 240 спектра иллюстрируют частотные спектры выполнения преобразования с понижением частоты, на которых частота 232 Гт ниже частоты входного сигнала 234. Диаграмма 230 спектра иллюстрирует входной сигнал 234 относительно близкий к частоте Гт 232. Диаграмма 240 спектра иллюстрирует частотный спектр преобразования с понижением частоты, полученный посредством фильтрации составляющей суммы частот и сохранения только составляющей разности частот. В виде варианта, преобразование с понижением частоты может быть выполнено с использованием смесителя одной боковой полосы SSB (ОБП), в котором, по существу, разность является единственной выходной частотной составляющей смесителя. Такая конфигурация Гт приводит к преобразованию с понижением частоты с сохранением спектра.

Диаграммы 250 и 260 спектра иллюстрируют частотные спектры выполнения преобразования с понижением частоты, на которых частота Гт 252 выше частоты входного сигнала 254. Частотный спектр выходного сигнала, преобразованного с понижением частоты, иллюстрируется диаграммой 260 спектра. Как на диаграмме 240 спектра, диаграмма 260 спектра иллюстрирует только составляющую 264 разности частот, которая может быть получена посредством фильтрации составляющей суммы частот, или посредством использования ОБП-смесителя. Однако следует отметить, что спектр составляющей 264 разности частот является инвертированным относительно спектра входного сигнала 254.

Следовательно, диаграммы с 210 по 260 спектра иллюстрируют, что преобразование частоты может использоваться для преобразования сигналов с повышением частоты или с понижением частоты, и что полученный в результате выходной спектр может быть сохраненным или инвертированным спектром входного сигнала.

Фиг.3 изображает структурную схему первого варианта осуществления ПЧ-фильтра с программируемой полосой частот с использованием фильтров с фиксированной полосой пропускания. Устройство 300 с программируемой ПЧ-полосой пропускания использует два каскада преобразования частоты и два каскада фильтра. Входной сигнал представляет сигнал, который должен быть отфильтрован до подачи на следующие каскады. Входной сигнал в приемнике может представлять РЧ- или ПЧ-сигнал, который должен быть отфильтрован и преобразован с понижением частоты к полосе частот модулирующих сигналов. Входной сигнал в передатчике может представлять модулирующий сигнал, который должен быть отфильтрован и преобразован с повышением частоты в ПЧ- или РЧ-сигнал для передачи. Из структурной схемы и спектров, изображенных фиг.2, видно, что каскад преобразования частоты может быть сконфигурирован как каскад преобразования с повышением частоты или с понижением частоты в зависимости от частот входного сигнала и сигнала Гт. Возможный спектр входного сигнала 342 иллюстрируется диаграммой 340 спектра. Спектр входного сигнала 342 изображен асимметричным только для простоты иллюстрации спектральных характеристик преобразований частоты. Пропускная полоса, амплитуда и форма огибающей спектра входного сигнала не накладывают ограничений на функционирование программируемой ПЧ-полосы пропускания.

Входной сигнал 340 подается на вход первого каскада преобразования частоты. Устройство 300 с программируемой ПЧ-полосой пропускания использует в виде каскадов преобразования частоты смесители, управляемые Гт. Могут использоваться другие каскады преобразования частоты, включающие умножители, делители и преобразователи частоты дискретизации. Входной сигнал подается на первый вход первого смесителя 302. В случае смесителя, используемого для преобразования сигнала с понижением частоты, первый вход обычно маркируется РЧ-портом. В случае смесителя, используемого для преобразования сигнала с повышением частоты, первый вход обычно маркируется ПЧ-портом. Выходной сигнал первого Гт 304 подается на второй вход первого смесителя 304, обычно маркированного портом Гт. Первый Гт 304 настраивают так, что частоту Гт можно подстраивать или программировать с использованием внешнего контроллера (не изображен). Выходной сигнал первого смесителя 302, преобразованный по частоте, подается на первый фильтр 310. Первый фильтр 310 должен иметь полосу пропускания, большую или равную требуемой ПЧ-полосы пропускания. Фиг.3 изображает первый фильтр 310 как полосовой фильтр, имеющий форму 354 (огибающей спектра), иллюстрируемую диаграммой 350 спектра. Спектр входного сигнала 352, преобразованного по частоте, изображен перекрывающимся со спектром первого ПЧ-фильтра 354. Первый Гт настроен так, что требуемая средняя частота первого ПЧ-сигнала сдвинута в направлении первой границы полосы пропускания первого фильтра 310. Требуемая средняя частота ПЧ-сигнала не обязательно должна быть средней частотой входного сигнала, преобразованного по частоте. Так получается, потому что ПЧ-фильтры ослабляют сигналы выше и ниже требуемой средней частоты ПЧ избирательным образом, так что требуемая средняя частота ПЧ фактически будет измеренной средней частотой после каскадов программируемой ПЧ-фильтрации.

Диаграмма 350 спектра иллюстрирует нижнюю границу полосы пропускания как первую границу полосы пропускания первого фильтра 310, и требуемая средняя частота ПЧ сдвинута в направлении нижней границы полосы пропускания фильтра. Первый Гт настраивают так, что требуемая средняя частота ПЧ сдвинута от первой границы полосы пропускания первого фильтра 310 на частоту, равную половине требуемой ПЧ-полосы пропускания. Затем отфильтрованный ПЧ-сигнал подается для второго преобразования частоты.

Второе преобразование частоты в устройстве 300 с программируемой ПЧ-полосой пропускания выполняется вторым смесителем 322 и вторым Гт 324. Выходной сигнал второго преобразования частоты подается во второй ПЧ-фильтр 330. Второй ПЧ-фильтр 330, подобно первому ПЧ-фильтру 310, имеет полосу пропускания выше или равную требуемой ПЧ-полосы пропускания. Однако полосы пропускания двух ПЧ-фильтров не обязательно должны быть одинаковыми. Второй Гт 324 настраивают так, что требуемая средняя частота ПЧ-сигнала, преобразованного по частоте, сдвинута в направлении первой границы полосы пропускания второго фильтра 330. Диаграмма 360 спектра иллюстрирует форму (огибающей спектра) второго фильтра 364, являющегося полосовым фильтром. Первую границу полосы пропускания второго фильтра 330 выбирают так, чтобы она была верхней границей полосы пропускания полосового фильтра, а второй Гт 324 настраивают так, что требуемая средняя частота сигнала, преобразованного по частоте, сдвинута в направлении верхней границы полосы пропускания. Сдвиг частоты выбирают равным половине частоты требуемой ПЧ-полосы пропускания. Следовательно, первый фильтр 310 используют для профилирования одной половины полосы пропускания полезного сигнала, а второй фильтр 330 используют для фильтрации дополняющей половины полосы пропускания. Полученный в результате ПЧ-сигнал 372 иллюстрируется диаграммой 370 спектра.

Каскады преобразования частоты могут применяться для преобразования полезного сигнала в любую промежуточную частоту. Сигнал также может быть преобразован в полосу модулирующих частот, соответствующую нулевой ПЧ.

Из графиков спектра, изображенных на фиг.3, видно, что первые границы полосы пропускания первого и второго фильтров могут быть выбраны равными верхней границе полосы пропускания и нижней границе полосы пропускания, соответственно, без какого-либо изменения в полученном в результате ПЧ-сигнале. Дополнительно, как будет описано ниже, может быть реализована любая комбинация фильтров и любая комбинация первых границ полосы пропускания без изменения полосы пропускания требуемого ПЧ-сигнала.

В конкретной реализации первого варианта осуществления входной сигнал имеет составляющую полезного сигнала, центрированную относительно 1000 МГц, и требуемую ПЧ-полосу пропускания в 2 МГц. Устройство 300 с программируемой ПЧ-полосой пропускания сконфигурировано для использования преобразований с понижением частоты для первого и второго каскадов преобразования частоты. Первый Гт настраивают так, что среднюю частоту полезного сигнала первой ПЧ опускают до частоты немного выше нижней границы полосы пропускания первого фильтра 310. Если первый фильтр 310 является полосовым фильтром, центрированным относительно 200 МГц, и имеет полосу пропускания ±5 МГц относительно средней частоты, то первый Гт настраивают на частоту 804 МГц. Требуемая средняя частота ПЧ находится на расстоянии 1 МГц, или половины требуемой ПЧ-полосы пропускания, от первой границы полосы пропускания первого фильтра. Следовательно, полоса пропускания первого ПЧ-фильтра 310 больше требуемой ПЧ-полосы пропускания в 2 МГц, но фильтрует частотные составляющие ниже 195 МГц.

Второе преобразование частоты осуществляет преобразование с понижением частоты полезного сигнала и подает сигнал, преобразованный с понижением частоты, во второй фильтр. Если второй фильтр является полосовым фильтром, центрированным относительно 70 МГц с полосой пропускания ±5 МГц, то второй Гт настраивают на частоту 122 МГц. Следовательно, требуемую вторую среднюю частоту ПЧ преобразуют с понижением частоты в 74 МГц, и верхняя граница полосы пропускания второго ПЧ-фильтра ослабляет частотные составляющие выше 75 МГц. Следовательно, полученная в результате ПЧ-полоса пропускания составляет 2 МГц, но получается с использованием фильтров, каждый из которых имеет полосу пропускания больше 2 МГц. Выбор 10 МГц ПЧ-фильтров обеспечивает возможность получения устройством любой ПЧ-полосы пропускания до 10 МГц только посредством изменения частот Гт. Это обеспечивает программируемую ПЧ-полосу пропускания с использованием только фильтров с фиксированной ПЧ-полосой пропускания.

Максимальная достижимая ПЧ-полоса пропускания ограничивается выбором частот ПЧ и полос пропускания фильтров. Минимальная достижимая ПЧ-полоса пропускания ограничивается Q (добротностью) полосовых фильтров. В возможном варианте, приведенном выше, минимальная ПЧ-полоса пропускания составляет около 200 КГц.

Для ПЧ-фильтров могут использоваться полосовые фильтры в виду преимуществ порядка фильтров, обеспечиваемого полосовой конфигурацией. Однако в качестве ПЧ-фильтров могут также использоваться фильтры нижних частот и фильтры верхних частот. Устройство с программируемой ПЧ-полосой пропускания, изображенное на фиг.3, использует преобразования частоты с сохранением спектра, но это также не является требованием.

Фиг.4 изображает второй вариант осуществления устройства 400 с программируемой ПЧ-полосой пропускания, реализуемый с использованием двух преобразований частоты, одного фильтра 410 верхних частот и одного фильтра 430 нижних частот. Входной сигнал подается на первый смеситель 402, управляемый первым Гт 404. Первый Гт 404 настроен так, что требуемая средняя частота ПЧ сдвинута от первой границы полосы пропускания первого ПЧ-фильтра 410 на половину требуемой ПЧ-полосы пропускания. Здесь первый фильтр 410 является фильтром верхних частот, так что первая граница полосы пропускания является единственной границей полосы пропускания фильтра. Фильтр подавляет частоты ниже граничной (предельной) частоты фильтра 410 верхних частот, как иллюстрируется диаграммой 450 спектра. На диаграмме 450 спектра частотная характеристика фильтра 454 верхних частот изображена перекрывающей спектр первого ПЧ-сигнала 452, преобразованного по частоте. Выход фильтра 410 верхних частот подсоединен ко входу второго смесителя 422, также управляемого вторым Гт 424. Второй Гт 424 настроен так, что требуемая средняя частота ПЧ выходного сигнала, преобразованного с понижением частоты, сдвинута от первой границы полосы пропускания второго ПЧ-фильтра на половину требуемой ПЧ-полосы пропускания. Второй ПЧ-фильтр 430 является фильтром нижних частот согласно второму варианту осуществления, так что первая граница полосы пропускания является граничной частотой нижних частот. Второй Гт 424 настроен на частоту так, что требуемая вторая средняя частота ПЧ сдвинута от граничной частоты нижних частот на половину требуемой ПЧ-полосы пропускания. Спектр фильтруемого ПЧ-сигнала 462 совместно с частотной характеристикой второго ПЧ-фильтра 464 иллюстрируются диаграммой 460 спектра. Полученный в результате фильтрованный сигнал 472, имеющий требуемую ПЧ-полосу пропускания, иллюстрируется диаграммой 470 спектра.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что позиции первого и второго фильтров могут быть взаимно заменяемы с соответствующими изменениями в подстройке соответствующих частот Гт. Дополнительно, понятно, что для любого из первого и второго фильтров или для обоих фильтров полосовая конфигурация может быть заменяема.

Фиг.5 изображает третий вариант осуществления устройства 500 с программируемой ПЧ-полосой пропускания, реализуемый с использованием двух преобразований частоты и двух фильтров 510 и 530 нижних частот. Входной сигнал подается на первый вход первого смесителя 502. Выход первого Гт 504 подсоединен ко второму входу первого смесителя 502. Выход первого смесителя 502 подсоединен к входу первого ПЧ-фильтра 510. Первый Гт 504 настроен так, что требуемая первая средняя частота ПЧ сдвинута от первой границы полосы пропускания первого фильтра 510 на половину требуемой ПЧ-полосы пропускания. Согласно третьему варианту осуществления первый ПЧ-фильтр 510 является фильтром нижних частот, имеющим первую границу полосы пропускания, равную граничной частоте нижних частот. Выход первого ПЧ-фильтра 510 подсоединен к первому входу второго смесителя 522. Выход второго Гт 524 подсоединен ко второму входу второго смесителя 524. Выход второго смесителя 522 подсоединен ко второму ПЧ-фильтру 530. Согласно третьему варианту осуществления второй ПЧ-фильтр 530 является фильтром нижних частот. Второй Гт 524 настроен так, что требуемая вторая средняя частота ПЧ сдвинута от первой границы полосы пропускания второго ПЧ-фильтра 530 на половину требуемой ПЧ-полосы пропускания. Однако первый ПЧ-фильтр 510 и второй ПЧ-фильтр 530, оба, являются фильтрами нижних частот. Первый ПЧ-фильтр 510 используется для установки первой границы полосы пропускания требуемой ПЧ-полосы пропускания, а второй ПЧ-фильтр 530 должен устанавливать вторую границу полосы пропускания требуемой ПЧ-полосы пропускания. Если первые границы полосы пропускания первого ПЧ-фильтра 510 и второго ПЧ-фильтра 530, обе, являются верхними граничными частотами или нижними граничными частотами, то требуется спектральная инверсия. Согласно третьему варианту осуществления второе преобразование частоты сконфигурировано как преобразование частоты с инвертированием спектра.

Возможный спектр 542 входного сигнала иллюстрируется диаграммой 540 спектра. Диаграмма 550 спектра иллюстрирует характеристику 554 первого ПЧ-фильтра и входной сигнал после его преобразования с понижением частоты в первую ПЧ 552. Первый ПЧ-фильтр 510 ослабляет сигналы выше граничной частоты нижних частот. Диаграмма 560 спектра иллюстрирует частотную характеристику 564 второго ПЧ-фильтра и выходной сигнал первого ПЧ-фильтра после его преобразования с понижением частоты во вторую ПЧ 562. Следует отметить, что второе преобразование частоты приводит к спектральной инверсии так, что предварительно нефильтрованная половина сигнала, преобразованного с понижением частоты, теперь фильтруется вторым ПЧ-фильтром 530. Второй ПЧ-фильтр 530 ослабляет частоты выше граничной частоты нижних частот, и полученный в результате фильтрованный сигнал 572, имеющий требуемую ПЧ-полосу пропускания, иллюстрируется диаграммой 570 спектра.

ПЧ-фильтры согласно третьему варианту осуществления могут быть заменены на полосовые фильтры без дополнительных изменений. Дополнительно, ПЧ-фильтры могут быть реализованы как фильтры верхних частот с соответствующими изменениями частот Гт.

Следовательно, представленные выше варианты осуществления иллюстрируют, как программируемая ПЧ-полоса пропускания может быть выполнена с использованием двух каскадов преобразования частоты и двух каскадов фильтров, причем каждый каскад фильтра может быть полосовым фильтром, фильтром нижних частот или фильтром верхних частот. Хотя каждый вариант осуществления иллюстрирует ПЧ-фильтр в виде моноблока, фактически, фильтр может быть реализован как одна секция фильтра, несколько секций каскадных фильтров или несколько каскадных фильтров. Указанные варианты осуществления также не иллюстрируют усиление сигнала, хотя для специалистов в данной области техники очевидно, что может быть необходимо усиление сигнала. Усиление сигнала не влияет на работу устройства с программируемой ПЧ-полосой пропускания.

Фиг.6 изображает блок-схему способа программирования ПЧ-полосы пропускания с использованием фильтров с фиксированной полосой пропускания. Первоначально осуществляется прием 602 входного сигнала. Частота первого Гт программируется 604 на основе частоты принятого сигнала и полосы пропускания первого ПЧ-фильтра. Частота первого Гт программируется на частоту, преобразующую требуемую среднюю частоту РЧ в первую ПЧ 606, причем требуемая первая средняя частота ПЧ сдвинута на расстояние, равное половине требуемой ПЧ-полосы пропускания, от первой границы полосы пропускания первого ПЧ-фильтра. Первая частота Гт может программироваться для формирования точной копии входного сигнала ПЧ с сохранением спектра или с инвертированием спектра. Затем входной сигнал, преобразованный по частоте, фильтруется в первом ПЧ-фильтре 610. Первый ПЧ-фильтр устанавливает первую полосу пропускания. Первая полоса пропускания может быть верхней или нижней полосой пропускания сигнала требуемой ПЧ и имеет полосу пропускания в одну половину требуемой ПЧ-полосы пропускания.

Затем согласно блок-схеме осуществляется проверка, сконфигурированы ли первый и второй ПЧ-фильтры для фильтрации верхней или нижней границы полосы пропускания 620. Если первый и второй ПЧ-фильтры подавляют противоположные границы полосы пропускания полезного сигнала, то спектральная инверсия не требуется. Второй Гт программирован на соответствующую частоту для преобразования частоты 622 с сохранением спектра. Второй Гт настроен так, что требуемая вторая средняя частота ПЧ после преобразования частоты сдвинута от первой границы полосы пропускания блока второго ПЧ-фильтра на величину, равную половине требуемой ПЧ-полосы пропускания. Затем первый ПЧ-сигнал преобразуют по частоте во вторую ПЧ 626.

Однако, если первый ПЧ-фильтр и второй ПЧ-фильтр подавляют одну и ту же границу полосы пропускания, то требуется преобразование частоты с инвертированием спектра. Частота второго Гт подстроена к границе выходного сигнала первого ПЧ-фильтра, что приводит к преобразованию частоты 624 с инвертированием спектра. Второй Гт настроен на частоту, которая преобразует частоту выходного сигнала первого ПЧ-фильтра так, что требуемая вторая средняя частота ПЧ сдвинута от первой границы полосы пропускания второго ПЧ-фильтра на величину, равную половине требуемой ПЧ-полосы пропускания. Затем выходной сигнал первого ПЧ-фильтра преобразуют по частоте с использованием второго Гт 628.

Выходной сигнал преобразования по частоте с сохраненным спектром или с инвертированным спектром фильтруют во втором ПЧ-фильтре 630. Второй ПЧ-фильтр используют для установки второй полосы пропускания требуемого ПЧ-сигнала. Вторая полоса пропускания требуемого ПЧ-сигнала также равна половине требуемой ПЧ-полосы пропускания и всегда противоположна первой полосе пропускания, установленной с использованием первого ПЧ-фильтра. В виде варианта, где первый ПЧ-фильтр устанавливает верхнюю полосу пропускания, второй ПЧ-фильтр устанавливает нижнюю ПЧ-полосу пропускания. Следовательно, итоговая ПЧ-полоса пропускания всегда является итогом первой полосы пропускания и второй полосы пропускания и всегда равна требуемой ПЧ-полосе пропускания.

Использование преобразований частоты с сохранением спектра или с инвертированием спектра обеспечивает возможность конфигурирования каждого фильтра, как полосового фильтра, фильтра нижних частот или фильтра верхних частот. Конфигурация первого ПЧ-фильтра не накладывает ограничений на конфигурацию второго ПЧ-фильтра, а только ограничивает программирование частоты второго Гт.

Следовательно, очевидно, что программируемая ПЧ-полоса пропускания может быть получена с использованием гетеродинов Гт с программируемой частотой и фильтров с фиксированной полосой пропускания, причем каждый фильтр имеет полосу пропускания, равную или большую требуемой ПЧ-полосы пропускания.

Приведенное описание предпочтительных вариантов осуществления обеспечивает возможность любому специалисту в данной области техники произвести или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области техники очевидны разные модификации указанных вариантов осуществления, и определенные здесь основные принципы могут быть использованы в других вариантах осуществления без использования изобретательских способностей. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, а соответствует самому широкому объему в соответствии с раскрытыми здесь принципами и новыми признаками.