防止UHF信號進入衛星DBS調諧器的75ohm高通濾波器

在與機頂盒相連的組合頻段饋送電纜中，衛星DBS頻段為950至2150MHz，陸地電視頻段為54至860MHz。所以在機頂盒的輸入需要使用高通濾波器防止UHF頻道的信號到達衛星DBS調諧器并降低其靈敏度。于是，我們建立并測試了與MAX2116單片衛星調諧器IC一起使用的濾波器。

概述

雖然衛星電視擁有多種節目，但它通常不包含郊區和許多城市地區的本地頻道。衛星電視用戶將他們的陸地電視節目信號與衛星信號結合起來送入饋送電纜(見圖1)。總之，將一條電纜引入房屋比引入兩根電纜容易的多。對于終端用戶來說最佳選擇是使用衛星/TV雙工器將兩路信號合并。然而，這些單元只有有限的阻帶抑制。許多用戶所在的地區可能具有高強度的陸地電視信號并且、或者他們使用的可能是高增益的Yagi天線。


圖1. 衛星電視/陸地電視信號接收的系統結構

在連接至機頂盒的組合頻帶饋送電纜中，衛星DBS頻段為950至2150MHz，而陸地電視頻段為54至860MHz。在機頂盒的輸入需要有高通濾波器防止UHF信道的信號到達衛星DBS調諧器并降低其靈敏度。于是，我們建立并測試了與MAX2116單片衛星調諧器IC一起使用的濾波器。

即使衛星電視和陸地電視信號沒有合并，仍然可能有其他的強干擾。衛星碟形天線具有很強的方向性但是仍然會受到阻塞的影響。蜂窩移動電話的信號在825至895MHz頻段內，再加上陸地電視廣播，它們都可以找到從衛星饋線進入機頂盒的通道。這些“阻塞”信號能夠通過碟形天線的某一旁瓣耦合到天線內(也就是說天線的方向性不是理想的)，或者僅僅憑借其距離近和功率高的特點耦合到碟形天線上去。

濾波器設計

要求是把54-860MHz頻段的信號衰減20dB，而對通過的衛星L頻段信號(950-2150MHz)的插入損耗不超過0.7dB，我們可以計算符合要求的濾波器的幅頻響應曲線。陸地信號頻帶上邊界(860MHz)距離衛星信號頻帶的下邊界(950MHz)非常近。通帶與阻帶之比是1.1 = (950/860)。如此小的比例使我們選擇橢圓濾波器。由于衛星信號頻帶非常寬，選擇高通濾波器。設計具有超過一倍頻程的通頻帶同時具有低插入損耗的帶通濾波器是困難的。因為成本和元件誤差的問題，我們將橢圓濾波器的設計限制在4階。

衛星調諧器的低噪聲部分(LNB)需要一個通過電感給出的直流饋送電壓。我們將在4階橢圓高通濾波器第一個并聯部分使用此電感。

圖2所示為防止UHF進入的4階橢圓濾波器的原理圖，這一電路使用下面的元件建立并測試：

• 1.8pF +-0.1pF電容
• 2.2pF +-0.1pF電容
• 18pF +-0.1pF電容
• 22pF 5%電容
• 10nH +-2% MuRata高Q電感(LQW1608A10NG00) Q=100 @1500MHz
• 22nH +-2% MuRata高Q電感(LQW1608A22NG00) Q=105 @1500MHz

圖2. 防止UHF進入的濾波器原理圖

在濾波器設計中有許多需要權衡的因素。我們的目標是通帶內額定插入損耗約為0.7dB、帶內波動為0.5dB時阻帶衰減達到20dB。圖3至圖6所示為實際測得的濾波器回波損耗。這些測量是使用Zo = 75Ω的特性阻抗進行的。

圖3為濾波器的S參數(S21)響應。它是對圖2的電路使用網絡分析儀測得的。阻帶的總體形狀看上去是不錯的。既便是使用橢圓濾波器，阻帶衰減直到650MHz才完全達到20dB。


圖3. 濾波器S參數測量(S21)

圖4所示為通帶的放大圖形。額定損耗約為0.7dB并具有約0.3dB的帶內波動。最好將帶內插入損耗降至最小。每一個dB的損耗都將增加衛星接收機的噪聲系數。


圖4. S參數(S21)的放大圖形

圖5所示為濾波器的輸入回波損耗(S11)?；夭〒p耗完全小于DVB-S規范要求的8dB。


圖5. 輸入回波損耗

圖6是輸出回波損耗(S22)。它表示對75Ω系統的匹配非常好。


圖6. 輸出回波損耗

總結

我們設計、建立并測試了在950MHz到2150MHz的頻帶內損耗僅為0.7dB +-0.3dB的用于防止UHF信號進入的濾波器。54MHz到650MHz的阻帶衰減>20dB，濾波器在75Ω的環境中表現出良好的帶內回波損耗特性。