应用笔记 1998

防止UHF信号进入卫星DBS调谐器的75Ω高通滤波器


摘要 : 在与机顶盒相连的组合频段馈送电缆中,卫星DBS频段为950MHz至2150MHz,陆地电视频段为54至860MHz。所以在机顶盒的输入需要使用高通滤波器防止UHF频道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度。于是,我们建立并测试了与MAX2116单片卫星调谐器IC一起使用的滤波器。

概述

虽然卫星电视拥有多种节目,但它通常不包含郊区和许多城市地区的本地频道。卫星电视用户将他们的陆地电视节目信号与卫星信号结合起来送入馈送电缆(见图1)。总之,将一条电缆引入房屋比引入两根电缆容易的多。对于终端用户来说最佳选择是使用卫星/TV双工器将两路信号合并。然而,这些单元只有有限的阻带抑制。许多用户所在的地区可能具有高强度的陆地电视信号并且、或者他们使用的可能是高增益的Yagi天线。

图1. 卫星电视/陆地电视信号接收的系统结构
图1. 卫星电视/陆地电视信号接收的系统结构

在连接至机顶盒的组合频带馈送电缆中,卫星DBS频段为950MHz至2150MHz,而陆地电视频段为54MHz至860MHz。在机顶盒的输入需要有高通滤波器防止UHF信道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度。于是,我们建立并测试了与MAX2116单片卫星调谐器IC一起使用的滤波器。

即使卫星电视和陆地电视信号没有合并,仍然可能有其他的强干扰。卫星碟形天线具有很强的方向性但是仍然会受到阻塞的影响。蜂窝移动电话的信号在825MHz至895MHz频段内,再加上陆地电视广播,它们都可以找到从卫星馈线进入机顶盒的通道。这些“阻塞”信号能够通过碟形天线的某一旁瓣耦合到天线内(也就是说天线的方向性不是理想的),或者仅仅凭借其距离近和功率高的特点耦合到碟形天线上去。

滤波器设计

要求是把54MHz至860MHz频段的信号衰减20dB,而对通过的卫星L频段信号(950MHz至2150MHz)的插入损耗不超过0.7dB,我们可以计算符合要求的滤波器的幅频响应曲线。陆地信号频带上边界(860MHz)距离卫星信号频带的下边界(950MHz)非常近。通带与阻带之比是1.1 = (950/860)。如此小的比例使我们选择椭圆滤波器。由于卫星信号频带非常宽,选择高通滤波器。设计具有超过一倍频程的通频带同时具有低插入损耗的带通滤波器是困难的。因为成本和元件误差的问题,我们将椭圆滤波器的设计限制在4阶。

卫星调谐器的低噪声部分(LNB)需要一个通过电感给出的直流馈送电压。我们将在4阶椭圆高通滤波器第一个并联部分使用此电感。

图2所示为防止UHF进入的4阶椭圆滤波器的原理图,这一电路使用下面的元件建立并测试:
  • 1.8pF +-0.1pF电容
  • 2.2pF +-0.1pF电容
  • 18pF +-0.1pF电容
  • 22pF 5%电容
  • 10nH +-2% MuRata高Q电感(LQW1608A10NG00) Q=100 @1500MHz
  • 22nH +-2% MuRata高Q电感(LQW1608A22NG00) Q=105 @1500MHz
图2. 防止UHF进入的滤波器原理图
图2. 防止UHF进入的滤波器原理图

在滤波器设计中有许多需要权衡的因素。我们的目标是通带内额定插入损耗约为0.7dB、带内波动为0.5dB时阻带衰减达到20dB。图3图6所示为实际测得的滤波器回波损耗。这些测量是使用Zo = 75Ω的特性阻抗进行的。

图3为滤波器的S参数(S21)响应。它是对图2的电路使用网络分析仪测得的。阻带的总体形状看上去是不错的。既便是使用椭圆滤波器,阻带衰减直到650MHz才完全达到20dB。

图3. 滤波器S参数测量(S21)
图3. 滤波器S参数测量(S21)

图4所示为通带的放大图形。额定损耗约为0.7dB并具有约0.3dB的带内波动。最好将带内插入损耗降至最小。每一个dB的损耗都将增加卫星接收机的噪声系数。

图4. S参数(S21)的放大图形
图4. S参数(S21)的放大图形

图5所示为滤波器的输入回波损耗(S11)。回波损耗完全小于DVB-S规范要求的8dB。

图5. 输入回波损耗
图5. 输入回波损耗

图6是输出回波损耗(S22)。它表示对75Ω系统的匹配非常好。

图6. 输出回波损耗
图6. 输出回波损耗

总结

我们设计、建立并测试了在950MHz至2150MHz的频带内损耗仅为0.7dB +-0.3dB的用于防止UHF信号进入的滤波器。54MHz到650MHz的阻带衰减>20dB,滤波器在75Ω的环境中表现出良好的带内回波损耗特性。