[发明专利]有源LC带通滤波器

说明书

背景技术

本发明涉及带通滤波器，并且更具体地说，涉及一种适于无线或有 线发射器和接收器应用的滤波器。

无源LC串联/并联带通滤波器的谐振特性已经被详尽地研究，并且 广为人知。在无线或有线发射器和接收器中，无源LC带通滤波器通常是 优选的选频放大器单元或是调谐放大器单元(单调谐或双调谐)，并且由 于低廉的价格、操作的稳定性、简单的设计、频率改变的简便以及优良 的性能，而被广泛使用。然而，环路(loop)的Q值将随操作频率的增 加而降低。随着频率增加，电容器除了它的电容特性之外还将消耗电阻 并分布电感，而电感器除了它的电感特性之外还将消耗电阻并分布电容。 当操作频率增加时电阻的这种消耗将增加，从而环路的电阻损耗增加， 导致环路的质量降低。由于这些缺陷，出于改善接收设备的信噪比、灵 敏度和选择性的目的，无源LC带通滤波器很少被直接用作具有可变频率 的高频接收设备的前置级处的调谐放大器单元。由于这些缺点，无线接 收设备采用超外差模式(即，混频、中频放大、波检测、低频放大以及 功率放大)，并且将接收设备需要的放大的大部分置于其中频率被固定的 中频放大上，而将少部分放大置于随后的低频放大上。

无源LC串联带通滤波器通常被用在具有较小源电阻的高频接收器 的前置级处。一般来说，它是单调谐谐振系统，并且当在高频下工作时， 需要具有高质量因子的电感器，即，由涂覆了银的中空导线制作的电感 器。即使这样，该系统仍将具有相对较高的形状因子(shape factor)。 在无线工程、声学工程和机械振动应用中，无源LC并联带通滤波器被广 泛用在具有相对较低的工作频率和较大的源电阻的低频信号传输和检测 设备中。

使用傅里叶变换并从网络频域的角度，对由无源R和C元件以及运 算放大器制作的有源RC高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器进行了许 多研究。对由高通滤波器和低通滤波器制作的带通滤波器也已经进行了 许多研究。然而，这些带通滤波器的谐振频率的改变需要同时、同步并 精确地改变几个R和C元件的参数的值，使得频率的改变极复杂和困难， 对使用多个串联的双调谐单元的高性能带通滤波器尤其如此。因此，这 种类型的有源RC带通滤波器总是被限制为仅用于固定频率的接收系统。 然而，对有源LC谐振很少进行研究，并且很少看到相关的理论与专利。 数据显示，到目前为止，还没有关于有源LC带通滤波器的专利。

典型地，用于可变频率的接收系统使用外差接收器。目前，在外差 无线接收系统中，高频增益相对较小。为了满足整个系统的增益要求， 主流的做法是将增益任务安排给可以在固定频率处稳定工作的中频放大 器。为了改善整个系统的灵敏性，通用的做法是依赖于较大的天线或使 用额外的天线放大器，或者在技术复杂的场合下，在输入的前置级处使 用由具有可变电容的两个电调谐二极管制作的双调谐带通滤波器，来以 较小功率放大高频分量。

因此，特别是在有线和无线接收系统领域内，存在对高性能输入单 元的需要，所述高性能输入单元能够具有较高电压增益、良好的选择性、 强大的噪声抑制、较高SNR、简便的输入/输出匹配以及稳定的操作，以 替换已有无源LC带通滤波器。此外，该替换应该非常简单并且可以容易 进行。这种输入单元应该非常稳定地工作。

发明内容

本发明通过提供特别适合于用作接收设备的输入单元的有源LC带 通滤波器来满足这种需要。该单元容易提供谐振频率的改变，并且可以 方便地结合到接收设备中。多个可调节的电阻元件，每个所述电阻元件 由所述多个放大器之一馈给，来改变增益、谐振频率和/或形状因子。在 本发明的一个方面，一种有源LC带通滤波器包括：LC对，所述LC对为 相连接的电感器和电容器，用于谐振；多个有源放大器；所述放大器以 与所述LC对组合以形成至少一个谐振电路的方式被连接；以及多个可调 整的电阻元件，每个所述电阻元件由所述多个放大器之一馈给，来在不 改变所述LC对的电感元件或电容元件的情况下，改变所述滤波器的增益、 谐振频率和/或形状因子。优选地，所述有源放大器补偿高频辐射导致的 所述LC对的电阻损耗和谐振能量损耗。至少一个所述可调整电阻元件包 括电位计。优选地，在所述多个放大器之一和所述多个可调整电阻元件 中对应的一个之间串联限流电阻器。优选地，所述放大器形成仅使用单 独LC对的多个分离的谐振电路，以便于制造和控制。