專利名稱：具有低噪聲放大器的濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有低噪聲放大器的濾波器，主要用于諸如車載電話和便攜式電話之類的移動通信系統的基站中。
近年來，由于移動通信的迅速發展而對于移動通信基站的要求也隨之提高。為此，對在這里所使用的低噪聲放大器存在有高性能和低成本的強烈要求。如像一已知的具有低噪聲放大器的例子，在一基站的雙工器中使用的一低噪聲放大器需要具有低噪聲特征并且因此一輸入匹配電路被設計成具有一最小噪聲系數。另一方面，在它的輸入端通常使用這種低噪聲放大器以便與一天線雙工器相連。在該天線雙工器中的一濾波器被設計成在一阻抗匹配狀態中呈現所期望的特性。因此，為了獲得在天線雙工器中的該濾波器的該特征，該濾波器和放大器之間的阻抗應當匹配。因此，為了滿足阻抗匹配和噪聲系數匹配，如像在“National TechnicalReport”Vol.32，No.4，1986年8月、第437-438中所披露的那樣，在該濾波器和該低噪聲放大器的輸入匹配電路之間插入一隔離器。通過使用這種電路結構，不僅在該輸入端獲得阻抗匹配而且在放大元件的輸入獲得噪聲系數匹配。
但是，在上述的構成中，該隔離器需要滿足阻抗匹配和噪聲系數匹配。因為該隔離器是被插入在該低噪聲放大器的輸入端，所以該隔離器的插入損耗使得該電路的噪聲系數變壞。另外，該隔離器非常昂貴，從而妨礙了該電路的低制造成本。
因此，本發明的一主要目的是提供一種具有一低噪聲放大器的濾波器，這種濾波器無須使用隔離器就可滿足阻抗匹配和噪聲系數匹配并且具有低噪聲特性。
本發明的另一目的是提供一種具有一低噪聲放大器的濾波器，這種濾波器很少會受干擾信號的影響。
為了實現本發明的這些目的，根據本發明的一種具有一低噪聲放大器的濾波器包括有分別被連接到該放大電路的一輸入端和一輸出端的第一和第二3分貝混合電路的并行配置的兩個放大電路，并且一濾波器連接到該第一3分貝電路的一輸入端的一端。
利用本發明的該濾波器的上述構成，其中該3分貝混合電路與該放大器共同被使用，而無須使用一隔離器就可滿足阻抗匹配和噪聲系數匹配。利用本發明的該濾波器的這種構成，不會招致該濾波器的性能變壞，與使用了一隔離器的具有一低噪聲放大器的濾波器相比具有更佳的噪聲系數特性和更低的失真特性。另外，如果為了增強濾波器的性能以便消除干擾信號而該濾波器包括有一隔離濾波器或其構成具有一多級連接，則該濾波器除了該放大器的低失真特性之外還可使受干擾信號的影響的可能性為最小。此外，由于去除了隔離器，可使該濾波器的生產成本大為降低。
從下面參照附圖對本發明的最佳實施例的說明可使本發明的這些目的和特性變得可為明顯。
圖1是根據本發明的第一實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的方框圖；圖2是圖1的濾波器的電路圖；圖3的方框圖示出了在該圖1的低噪聲放大器中所采用的3分貝混合電路的各端口；圖4是圖1的該濾波器的濾波部分的頂視平面圖；圖5是圖4濾波部分的部件分解透視圖；圖6是由一分布常數電路所構成的圖3的3分貝混合電路的電路圖；圖7是由一集電元件電路所構成的圖3的3分貝混合電路的電路圖；圖8是根據本發明的第二實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；圖9是根據本發明的第三實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；圖10是根據本發明的第四實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；圖11是根據本發明的第五實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；圖12是圖11的該濾波器的電路圖；圖13是圖11的濾波器的一天線雙工器的頂部平面視圖；圖14是圖11的該濾波器的濾波器部分的部件分解透視圖；圖15是根據本發明的第六實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；和圖16是根據本發明的第七實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖；和圖17是根據本發明的第八實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器的電路圖。
在說明本發明進程之前，應提及的是在整個附圖中相同部分用相同的標號來表示。
下面，參照
根據本發明第一實施例的一具有一低噪聲濾波器的濾波器K1。在圖1中，該濾波器K1包括輸入端101、輸出端102、第一和第二3分貝混合電路103和104、第一和第二放大電路105和106以及濾波器131。第一放大電路105由相互串接的輸入匹配電路107、放大元降108和輸出匹配電路109構成，相類似，第二放大電路106由相互串接的輸入匹配電路110、放大電路111和輸出匹配電路112所構成，第一和第二3分貝混合電路103和104包括有如圖3所示的第一端121、第二端122、第三端123和第四端124。
圖2給出了該濾波器K1的濾波器131的電路構成。輸入端101通過一耦合電容器151被連接到介電諧振器141，依次該介電諧振器141通過一耦合電容器152被連接到介電諧振器142。同時，介電諧振器142通過耦合電容153連接到介電諧振器143，依次該介電諧振器143通過耦合電容154被連接到介電諧振器144。另外，介電諧振器144通過耦合電容連接到介電諧振器145，依次該介電諧振器145通過耦合電容156和157連接到介電諧振器146。耦合電容156和157的連接點形成一輸出端134。該濾波器131具有一例如50Ω的輸入/輸出阻抗。
參考圖2說明該濾波器K1的一電路構成。該輸入端101連接到該濾波器131的一端，同時該濾波器131的另一端連接到第一3分貝混合電路103的第一端121。該第一3分貝混合電路103的第三端123通過第一輸入匹配電路107連接到第一放大元件108的一輸入端。同樣，該第一3分貝混合電路103的第四端124通過第二輸入匹配電路110連接到第二放大元件111的一輸入端。第一放大元件108的一輸出通過第一輸出匹配電路109連接到第二3分貝混合電路104的第一端121。類似地，第二放大元件111的一輸出通過第二輸出匹配電路112連接到第二3分貝混合電路104的第二端122。第二3分貝混合電路104的第四端124連接到輸出端102。第一3分貝混合電路103的第二端122通過端電阻113接地，同時第二3分貝混合電路104的第三端123通過端電阻114接地。
下面參照圖4說明該濾波器K1的濾波器131的結構。在圖4中，該濾波器131包括一氧化鋁基底201，連接件221到226，屏蔽和接地外殼301，隔板302和303以及用來將諧振器141至146接地的接地罩304。例如，通過在一鐵片上涂覆銅并在涂覆了銅的鐵片上涂覆銀來得每一部件301至304。同時，用一具有一末端展開的圓柱形介質同軸諧振器來構成每一介電諧振器141至146。該耦合電容151至157是通過在該氧化鋁基片201上形成銅圖形211-218而得到的。該輸入端101使用了一N型連接器。為了不僅使介電諧振器141至146的外部導體充分地接地而且該介電諧振器141至146對來自外部的電磁場也能有效的屏蔽，該介電諧振器141至146由一圖5所示的上蓋所覆蓋。
同時，在圖2中，每個第一和第二3分貝混合電路103和104是由如圖6所示的在一聚四氟乙烯基片上所形成的一分布恒定電路所構成，每個放大元件108和111由一GaAs FET所構成和每個匹配電路107、109、110和112是由包括一線圈和一電容的電路所構成，第一輸入匹配電路107具有與第二輸入匹配電路相同的電路構成。類似地，第一輸出匹配電路109具有與第二輸出匹配電路110相同的電路構成。
下面，介紹上述結構的濾波器K1的工作。在移動通信的一基站中使用的接收系統部分中，因為放大器，特別是初始級的放大器應滿足低噪聲特性，因而它的輸入匹配電路需要設計成具有一最小噪聲系數。另一方面，這樣一種用于接收的放大器通常用來將一天線雙工器連接該放大器的輸入端并且在該天線雙工器中的一濾波器被設計成在一阻抗匹配狀態中呈現所希望的特性。因此，為了得到在該天線雙工器中的該濾波器的該特性，該濾波器和放大器之間的阻抗應匹配。即，應獲得阻抗匹配和噪聲系數匹配。
在本實施例的該電路中的第一3分貝混合電路103的第三和第四端123和124之間實現了噪聲匹配但未實現阻抗匹配。其結果，在第三和第四端123和124產生了反射波。但是，在第一3分貝混合電路103的第三和第四端123和124處產生的反射波完全流到第二端122而不流到實際作為輸入端的第一端121。因而，如果從第一3分貝混合電路103的第一端121看去，在第一3分貝電路103中阻抗被匹配。在本實施例的該電路中，該濾波器特性沒有變壞該低噪聲放大器特性也沒有變壞。即，在本發明的濾波器K1中，無需使用一隔離器就可實現阻抗匹配和噪聲系數匹配。
表1示出了與現有技術相比的該濾波器K1的噪聲系數特性。
表1[頻率(MHZ)] [噪聲系數[(dB)](濾波器K1) (現有技術)890 1.83 2.02900 1.59 1.92915 1.75 2.19從表1可清楚看出該濾波器K1的上述噪聲系數特性優于現有技術的噪聲系數特性。
在上述的實施例中，因為二個放大電路相互并聯連接并且二個3分貝混合電路分別連接到每一放大電路的輸入和輸出端，因此無須一隔離器就可實現阻抗匹配和噪聲系數匹配。另外，本發明的該濾波器具有的噪聲系數特性優于現有技術的噪聲系數特性。
同時，因為在該濾波器K1中該放大電路是并聯地相互連接的，所以提供給每一放大電路的輸入功率變成在該放大電路未被相互并聯連接的情況下的輸入功率的一半。因此，即使輸入到并聯連接的放大器和非并聯連接的放大器功率為相同電平的情況下，在并聯連接的放大器中所產生的失真功率也小于非并聯連接的放大器中所產生的失真功率。例如，與非并聯連接放大器相比較在該并聯連接放大器的一通帶中所產生的第三階相互調制失真分量降低了6分貝。因此，在本發明中，該放大器的截點上升，其結果形成較低的失真特性。
該濾波器被設置成具有一衰減極點或一多級連接以增強它消除干擾信號的能力。因此，通過組合該放大器的低失真特性和消除該濾波器能力的干擾信號，則本發明的濾波器K1極少受干擾信號的影響。在本實施例中，因為陷波電路是由介電諧振器146和耦合電容157所組成，所以該濾波器K1極少受特別是低于它的通帶的頻率的干擾信號的影響。同時，在本發明的該濾波器K1中，因為不采用該隔離器，所以濾波器K1的制造成本可以降低。另外，在本發明中，因為用于該放大電路的每一放大元件是由一GaAs FET構成并且每一3分貝混合電路103和104是由一采用一聚四氟乙烯基底的一分布常數電路所組成，所以可獲得低噪聲特性。
同時，在本實施例中，每一3分貝混合電路103和104是由在圖6中所示的采用聚四氟乙烯基片的分布常數電路所構成，但是也可由另外的電路所構成。如果該3分貝混合電路是由在一具有大介電常數的基底上的一分布常數電路、一如圖7所示的集中元件電路或一集成芯片3分貝混合所構成。則該3分貝電路可做的更小。同時，如果在一低損耗基底上所成的一電路被用作為第一3分貝混合電路103，則可進一步改善噪聲系數特性。另外，如果將用作為第一3分貝混合電路103的該低損耗電路和用作為第二3分貝電路104的集成芯片3分貝混合相結合，則可得到噪聲系數特性的改善和使該電路更為小型化。
圖8示出了根據本發明第二實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器K2。在該濾波器K2中，用一耦合線圈158來替代濾波器K1中的耦合電容157。因為濾波器K2的其它構成與濾波器K1的構成相類似，所以為了簡潔起見而簡化其說明。
因為在該濾波器K2中陷波電路是由介電諧振器146和耦合線圈158所構成，所以該濾波器K2極少受特別是高于它的通帶頻率的干擾信號的影響。除此之外，在該濾波器K2中可得到如同濾波器K1相同的效果。
圖9示出了根據本發明第三實施例的一具有低噪聲濾波器的濾波器K3。在該濾波器K3中，取消了濾波器K1的介電諧振器146和耦合電容157而采用耦合電容159作為連接耦合電容154和155以及輸出端134的一接點。因為濾波器K3的其它構成類似于濾波器K1，所以為了簡潔起見而簡化其說明。
在濾波器K3中，通過連接該耦合電容159而使得耦合電容159跨越該介電諧振器145而得到一陷波電路。因此，濾波器K3極少受特別是低于它的通帶的頻率的干擾信號的影響。同時，在該濾波器K3中，與濾波器K1和K2相比其介電諧振器的數減少了。除此之外，在濾波器K3中可實現與濾波器K1相同的效果。
同時，在本實施例中，是在介電諧振器145兩端連接耦合電容159，但也可在其余介電諧振器141至144中的任一個兩端進行連接。
圖10示出了根據本發明第四實施例的一具有低噪聲放大器的濾波器K4。在該濾波器K4中，由一耦合線圈160來置換濾波器K3中的耦合電容159。因為濾波器K4的其它構成與濾波器K3相類似，所以為了簡潔起見簡化其說明。
在本實施例中，通過跨越介電諧振器145而連接耦合線圈160來獲得一陷波電路。因此，濾波器K4極少受特別是高于它的通帶頻率的干擾信號的影響。同時，在濾波器K4中，以與濾波器K3相同的方式，與濾波器K1和K2相比其介電諧振器的數目降低了。除此之外，在該濾波器K4中可實現與濾波器K1相同的效果。
同時，在本實施例中，耦合線圈是在介電諧振器145兩端連接的，但也可以在其余的介電諧振器141至144中的任一個兩端進行連接。
下面，結合圖11至14來說明根據本發明第五實施例的具有一低噪聲放大器的濾波器K5。在圖11中，該濾波器K5包括一天線雙工器132和一用于傳送的終端133。在濾波器K5中，用天線雙工器132來置換濾波器K1的濾波器131。因為濾波器K5的其它構成類似于濾波器K1，所以為了簡潔起簡化見其說明。
隨后，結合圖12來說明天線雙工器132的電路構成。該天線雙工器132包括接收濾波器F1和一傳送濾波器F2。接收濾波器F1包括有介電諧振器141至146和耦合電容151至157。另一方面，該傳送濾波器F2包括介電諧振器161至166、耦合電容171至177、電感器181至183和電容器184至187。輸入端101與接收濾波器F1和傳送濾波器F2相通。
該傳送濾波器F2包括一電路，在該電路中接地電容184至187和相互串接的電感器181至183從輸入端101起相互交替地連接，這樣該電路通過耦合電容171被連接到介電諧振器161。介電諧振器161和162通過耦合電容171和172而相互連接，同時介電諧振器162和163通過耦合電容173而相互連接。介電諧振器163和164通過耦合電容174而相互連接，同時介電諧振器164和165通過耦合電容175、175而相互連接。另外，介電諧振器165和166通過耦合電容176相互連接，同時介電諧振器166和終端133通過耦合電容177相互連接。例如，該終端133連接到一50Ω電路或該終端133可與50Ω終端相匹配。接收濾波器F1的構成與圖2所示的濾波器K1的濾波器131的構成是相同的。例如，該天線雙工器132的每一端具有50Ω的輸入/輸出阻抗。
隨后，參照圖13說明該天線雙工器132的一種構成。該天線雙工器132包括氧化鋁基底201和202、傳輸線231、屏蔽和接地外殼301、隔層302、303、305和306以及接地罩304、307和308。例如，每一部件301至308是通過對一鐵片涂覆一層銅并隨后對涂覆銅的鐵片再涂覆一層銀而得到的。同時，每一介電諧振器141至146和161至166是由具有一開未端的圓柱形介電同軸諧振器所構成。耦合電容器151至157和171至177是分別在氧化鋁基底201和202上形成銅圖形而得到的。空心線圈被用作為串聯電感181至183的每一個電感。每一接地電容器184至187是由一氧化鋁基底相對于基底對面的一銅圖形所形成的。一具有502特征阻抗的半剛性電纜被用作傳輸線231。一N型連接器被用作輸入端101。為了不僅使該介電諧振器141至146的外部導體充分地接地而且使介質諧振器141至146和161至166對來自外部的電磁場也能以與濾波器K1相同的方式被有效地屏蔽，介電諧振器141至146和161至166通過如圖14所示的上蓋311所覆蓋。
隨后，參照圖12來說明濾波器K5的一電路構成。輸入端101如上述那樣與天線雙工器132的一端相連。來自該天線雙工器132的接收濾波器F1的輸出端134被連接到3分貝混合電路103的第一端并且第一3分貝混合電路103的第三端123通過第一輸入匹配電路107連接到第一放大元件108的輸入端。第一3分貝混合電路103的第四端124通過第二輸入匹配電路110連接到第二放大元件111的輸入端。第一放大元件108的輸出通過第一輸出匹配電路109連接到第二3分貝混合電路104的第一端121，同時，第二放大元件111的輸出通過第二輸出匹配電路112連接到第二3分貝混合電路104的第二端122。第二3分貝混合電路104的第四端被連接到輸出端102。第一3分貝混合電路103的第二端122通過端電阻113被接地，同時第二3分貝混合電路104的第三端123通過端電阻114而接地。例如，來自天線雙工器132的傳送濾波器F2的端133被連接到50Ω電路或接到50Ω的匹配端。
與第一實施例相同的方式，在濾波器K5中實現天線雙工器132和放大電路105和106之間的阻抗匹配。另外，在濾波器K5中還滿足第一實施例的噪聲系數匹配。因此，在濾波器K5中，無需使用一隔離器而通過提取天線雙工器132的濾波器F1和F2的特性就可獲得比使用隔離器的一電路更好低噪聲特性。同時，該濾波器K5由于放大電路105和106的較低失真而極少受干擾信號的影響并且以與第一實施例相同的方式改善了天線雙工器132的濾波器F1和F2的干擾信號消除能力。由于足以與第一實施例相同方式在濾波器K5中由介電諧振器146和耦合電容157構成一陷波電路的，所以濾波器K5極少受特別是低于它的通帶頻率的干擾信號的影響。
如果在一移動通信系統中一單個天線用于傳送和接收二個方面，則它必需提供一天線雙工器。因此，如果該天線雙工器是直接連接到一低噪聲放大器而進入一模式，則可消除所需的復雜調整，使得系統可以容易地被闡述。
圖15示出了根據本發明第六實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器K6。在該濾波器K6中，由該耦合線圈158來置換濾波器K5的耦合電容157。因為濾波器K6的其它構成類似于濾波器K5的構成，所以為了簡潔起見而簡化了說明。
因為在濾波器K6中一陷波電路是以與第二實施例相同的方式由介電諧振器146和耦合線圈158所構成，所以濾波器K6極少受特別是高于它的通帶頻率的干擾信號的影響。除此之外，在濾波器K6中也可得到與濾波器K5的效果相同的效果。
圖16示出了根據本發明第七實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器K7。在該濾波器K7中，介電諧振器146和耦合電容157被刪除而采用連接在耦合電容154和155的接點和輸出端134的耦合電容159。因為濾波器K7的其余構成與濾波器K5的構成相似，為了簡潔起見簡化了其說明。
在濾波器K7中，通過以與第三實施例相同的方式連接耦合電容159而使該耦合電容159跨越介電諧振器145而得到一陷波電路。因此，濾波器K7極少受特別是低于它的通帶頻率的干擾信號的影響。同時，在該濾波器K7中，與濾波器K5和K6相比較該介電諧振器的數目減小。除此之外，在該濾波器K7中可得到與濾波器K5相同的效果。
同時，在該實施例中，該耦合電容159是跨越介電諧振器145連接的，但是也可跨越介電諧振器141至144中的一個而連接。
圖17示出了根據本發明的第八實施例的一具有一低噪聲放大器的濾波器K8。在濾波器K8中，由耦合線圈160來替代濾波器K7的耦合電容159。因為濾波器K8的其它結構類似于濾波器K7的結構，所以為了簡潔起見簡化了其說明。
在該濾波器K8中，以與第四實施例相同的方式通過連接耦合線圈160使得該耦合線圈160跨越介電諧振器145來得到一陷波電路。因此，該濾波器K8極少受特別是高于它的通帶頻率的干擾信號的影響。在該濾波器K8中，以與濾波器K7相同的方式與濾波器K5和K6相比較該介電諧振器的數目。除此之外，在濾波器K8中可實現與濾波器K5相同的效果。
同時，在該實施例中，該耦合線圈160是跨越介電諧振器145而連接的，但也可跨越介電諧振器141至144中的一個而連接。
權利要求
1.一種具有一低噪聲濾波器的濾波器(K1-K4)，包括二個放大電路(105，106)；一連接到放大電路(105，106)的一輸入端的第一3分貝混合電路(103)；一連接到放大電路(105，106)的一輸出端的第二3分貝混合電路(104)；一連接到第一3分貝混合電路(103)的一輸入端的一端(121)的濾波器(131)；其中第一3分貝混合電路(103)的輸入端的另一端(122)是被匹配端；其中一信號被輸入到濾波器(131)的一輸入端(101)和從第二3分貝混合電路(104)的一輸出端(124)被輸出；其中該第二3分貝混合電路(104)的輸出端的另一端是被匹配端。
2.如權利要求1的濾波器(K1-K4)，其中該濾波器(131)包括至少一個陷波濾波器。
3.如權利要求2的濾波器(K1)，其中該陷波濾波器是由一電容(157)和一諧振器所構成。
4.如權利要求2的濾波器(K2)，其中該陷波濾波器是由一線圈(158)和一諧振器(146)所構成。
5.如權利要求2的濾波器(K3，K4)，其中該陷波濾波器是由跨越一諧振器(145)連接而構成。
6.如權利要求5的濾波器(K3)，其中一電容(159)執行跨越諧振器(145)的連接。
7.如權利要求5的濾波器(K4)，其中一線圈(160)執行跨越該諧振器(145)的連接。
8.一種具有一低噪聲濾波器的濾波器(K5-K8)，包括二個放大電路(105，106)；被連接到該放大電路(105，106)的一輸入端的第一3分貝混合電路(103)；被連接到該放大電路(105，106)的一輸出端的第二3分貝混合電路(104)；和具有一天線連接端(101)、一傳送連接端(133)和一接收連接端(134)的天線雙工器(132)；其中該第一3分貝混合電路(103)的輸入端的一端(122)是被匹配端和第二3分貝混合電路(104)的輸出端的一端(123)是被匹配端；其中該天線雙工器(132)的接收連接端(134)與第一3分貝混合電路(103)的輸入端的另一端相連；其中一信號輸入到該天線雙工器(132)的天線連接端(101)并從第二3分貝混合電路(104)的輸出端的另一端(124)輸出。
9.如權利要求8的濾波器(K5-K8)，其中該天線雙工器(132)包括至少一陷波濾波器。
10.如權利要求9的濾波器(K5)，其中陷波器是由一電容(157)和一諧振器構成(146)。
11.如權利要求9的濾波器(K6)，其中該陷波濾波器是由一線圈(158)和一諧振器(146)所構成。
12.如權利要求9的濾波器(K7，K8)，其中該陷波濾波器是由通過跨越連接一諧振器(145)而構成。
13.如權利要求12的濾波器(K7)，其中一電容(159)執行跨越該諧振器(145)的連接。
14.如權利要求12的濾波器(K8)，其中一線圈(160)執行跨越該諧振器(145)的連接。
全文摘要
一具有一低噪聲濾波器的濾波器(K1－K4),包括:二個放大電路(105,106);一連接到該放大電路(105,106)的輸入端的第一3分貝混合電路(103);一連接到該放大電路(105,106)的輸出端的第二3分貝混合電路(104);和一連接到第一3分貝混合電路(104)的輸入端的一端(121)的濾波器(131);其中第一3分貝混合電路(103)的輸入端的另一端是被匹配端;其中一信號被輸入到濾波器(131)的一輸入端(101)和從第二3分貝混合電路(104)的一輸出端被輸出;其中該第二3分貝混合電路(104)的輸出端的另一端是被匹配端。
文檔編號H03F3/68GK1180943SQ9712063
公開日1998年5月6日 申請日期1997年8月22日 優先權日1996年8月22日
發明者松吉俊滿, 橘稔人, 善積順一, 坂倉真, 石崎俊雄, 上野伴希, 中村俊昭 申請人:松下電器產業株式會社