TWI449330B - 射頻濾波系統及其方法 - Google Patents

Description

射頻濾波系統及其方法

本發明是有關於一種射頻濾波系統，且特別是有關於一種具有帶通濾波器、帶拒濾波器與能量轉換單元之射頻濾波系統。

一般常用的射頻通訊系統中，其主要目的係把空氣中的射頻訊號經由射頻濾波系統降頻到較低的頻率，讓基頻處理系統能夠把射頻訊號解調出來。

對於射頻濾波系統而言，射頻訊號經由前級之射頻單元處理後，通常會形成兩種效應：(1)諧波效應(Harmonic Effect)、(2)交互調變失真(Inter-Modulation Distortion；IMD)效應，使得前級之射頻單元除了產生所需頻率之射頻訊號外，亦會產生非所需頻率之射頻訊號，乃至形成混雜訊號而影響後級之射頻單元的效能。

為了濾除非所需頻率之射頻訊號，常用作法係加入一個濾波器於前級之射頻單元之後，以過濾所需頻率之射頻訊號。但傳統的濾波器只會讓所需頻率之射頻訊號通過，而非所需頻率之射頻訊號則會被反射回到前級之射頻單元。這些非所需頻率之射頻訊號無法被前級之射頻單元所消耗，反而經由前級之射頻單元溢漏而產生混雜訊號，並傳輸至後級之射頻單元，以致影響後級之射頻單元的效能。

舉例來說，請同時參照第1圖與第2A圖至第2E圖，第1圖係繪示習知技術之射頻濾波系統的方塊示意圖，第2A圖至第2E圖係繪示習知技術第1圖之射頻濾波系統中各頻率訊號的頻率響應圖。射頻濾波系統及射頻濾波方法如下所述：

如第1圖所示，射頻濾波系統10主要包含一第一射頻單元20及一帶通濾波器30，並連接至一第二射頻單元40。其中，第一射頻單元20為前級之射頻單元，第二射頻單元40為後級之射頻單元。

如第1圖與第2A圖所示，第一射頻單元20用以接收及處理一第一頻率訊號F1。

如第1圖與第2B圖所示，第一頻率訊號F1經第一射頻單元20處理後，第一射頻單元20會產生已處理之第一頻率訊號F1，即所需頻率之射頻訊號。但是，由於諧波效應的關係，第一射頻單元20會再產生一第二頻率訊號F2與一第三頻率訊號F3，即非所需頻率之射頻訊號。而且，第二頻率訊號F2的頻率小於已處理之第一頻率訊號F1的頻率，第三頻率訊號F3的頻率大於已處理之第一頻率訊號F1的頻率。

如第1圖與第2C圖所示，因已處理之第一頻率訊號F1為所需頻率之射頻訊號，故會被帶通濾波器30所過濾，而產生已過濾之第一頻率訊號F1。但是，第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3為非所需頻率之射頻訊號，故不會被帶通濾波器30所過濾，而是分別反射一反射訊號F2’與一反射訊號F3’回到第一射頻單元20。

如第1圖與第2D圖所示，由於交互調變失真效應的關係，反射訊號F2’與反射訊號F3’會使第一射頻單元20產生一混雜訊號F1’。

如第1圖與第2E圖所示，混雜訊號F1’會與已過濾之第一頻率訊號F1一併傳輸至第二射頻單元40，以致影響已過濾之第一頻率訊號F1的品質與第二射頻單元40的效能。

有鑑於此，需要一種具有創新性與進步性的射頻濾波系統及方法，以解決上述的各種問題。

本發明之目的，係提供一種射頻濾波系統及其方法。藉由同時連接帶通濾波器與帶拒濾波器至第一射頻單元，以利用帶通濾波器過濾第一頻率訊號，並利用帶拒濾波器過濾第二頻率訊號與第三頻率訊號，再藉由能量轉換單元轉換第二頻率訊號與第三頻率訊號為能量形式而釋放至外部，以避免因諧波效應與交互調變失真效應而產生混雜訊號，進而提供最佳品質的第一頻率訊號至第二射頻單元。

本發明提供一種射頻濾波系統，其包含一第一射頻單元、一帶通濾波器、一帶拒濾波器以及一能量轉換單元。第一射頻單元用以處理一第一頻率訊號，而產生已處理之第一頻率訊號、一第二頻率訊號與一第三頻率訊號。

帶通濾波器連接第一射頻單元，並用以過濾已處理之第一頻率訊號，而產生已過濾之第一頻率訊號。帶拒濾波器連接第一射頻單元，並用以過濾第二頻率訊號與第三頻率訊號，而產生已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號。能量轉換單元連接帶拒濾波器，並用以轉換已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號為一能量形式。

在一實施例中，上述之第一射頻單元用以放大、升頻或降頻第一頻率訊號，帶通濾波器連接至一第二射頻單元，第二射頻單元用以處理已過濾之第一頻率訊號，第一射頻單元或第二射頻單元包含為一射頻模組、一射頻電路或一射頻放大器，第一頻率訊號、第二頻率訊號或第三頻率訊號包含為一射頻訊號。

在一實施例中，上述之帶通濾波器係由一第一電感串聯一第一電容、一第二電感並聯一第二電容、以及一第三電感串聯一第三電容相互連接而成，帶拒濾波器係由一第四電感並聯一第四電容、一第五電感串聯一第五電容、以及一第六電感並聯一第六電容相互連接而成。

在一實施例中，上述之能量轉換單元具有一整流電路與一耗能單元，整流電路係由一耦合變壓器、一第一二極體與一第二二極體相互連接而成，並用以單向傳輸已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號，耗能單元連接整流電路，並用以轉換已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號為能量形式而釋放至外部。

在一實施例中，上述之帶通濾波器包含為一主動帶通濾波器、一被動帶通濾波器或一數位帶通濾波器，帶拒濾波器包含為一主動帶拒濾波器、一被動帶拒濾波器或一數位帶拒濾波器，能量轉換單元包含為一能量轉換電路、一能量釋放單元、一能量收集器、或一整流電路結合一耗能單元，能量形式包含為一熱能形式、一光能形式或一動能形式。

本發明另提供一種射頻濾波方法，其包含下列步驟：

(a)以一第一射頻單元處理一第一頻率訊號，而產生已處理之第一頻率訊號、一第二頻率訊號與一第三頻率訊號。

(b)以一帶通濾波器過濾已處理之第一頻率訊號，而產生已過濾之第一頻率訊號。

(c)以一帶拒濾波器過濾第二頻率訊號與第三頻率訊號，而產生已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號。

(d)以一能量轉換單元轉換已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號為一能量形式並釋放至外部。

在一實施例中，上述之第一頻率訊號係由一第一射頻單元所處理，已過濾之第一頻率訊號係由一第二射頻單元所處理，第一射頻單元或第二射頻單元包含為一射頻模組、一射頻電路或一射頻放大器，第一頻率訊號、第二頻率訊號或第三頻率訊號包含為一射頻訊號。

在一實施例中，上述之帶通濾波器係由一第一電感串聯一第一電容、一第二電感並聯一第二電容、以及一第三電感串聯一第三電容相互連接而成，帶拒濾波器係由一第四電感並聯一第四電容、一第五電感串聯一第五電容、以及一第六電感並聯一第六電容相互連接而成。

在一實施例中，上述之能量形式係由一能量轉換單元所轉換，能量轉換單元具有一整流電路與一耗能單元，整流電路係由一耦合變壓器、一第一二極體與一第二二極體相互連接而成，並用以單向傳輸已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號，耗能單元用以轉換已過濾之第二頻率訊號與第三頻率訊號為能量形式而釋放至外部。

在一實施例中，上述之帶通濾波器包含為一主動帶通濾波器、一被動帶通濾波器或一數位帶通濾波器，帶拒濾波器包含為一主動帶拒濾波器、一被動帶拒濾波器或一數位帶拒濾波器，能量轉換單元包含為一能量轉換電路、一能量釋放單元、一能量收集器、或一整流電路結合一耗能單元，能量形式包含為一熱能形式、一光能形式或一動能形式。

以下將以圖示及詳細說明清楚說明本發明之精神，如熟悉此技術之人員在瞭解本發明之實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

請同時參照第3圖與第4A圖至第4F圖，第3圖係繪示本發明之射頻濾波系統的方塊示意圖，第4A圖至第4F圖係繪示本發明第3圖之射頻濾波系統中各頻率訊號的頻率響應圖。射頻濾波系統及射頻濾波方法如下所述：

如第3圖所示，射頻濾波系統100主要包含一第一射頻單元110、一帶通濾波器120、一帶拒濾波器130以及一能量轉換單元140，並連接至一第二射頻單元160。帶通濾波器120與帶拒濾波器130同時連接第一射頻單元110，能量轉換單元140連接帶拒濾波器130，第二射頻單元160連接帶通濾波器120。其中，第一射頻單元110作為前級之射頻單元，第二射頻單元160作為後級之射頻單元。

上述之第一射頻單元110或第二射頻單元160包含為一射頻模組、一射頻電路、一射頻放大器、一低雜訊放大器或一增益放大器等。帶通濾波器120包含為一主動帶通濾波器、一被動帶通濾波器或一數位帶通濾波器等。帶拒濾波器130包含為一主動帶拒濾波器、一被動帶拒濾波器或一數位帶拒濾波器等。能量轉換單元140包含為一能量轉換電路、一能量釋放單元、一能量收集器、或一整流電路結合一耗能單元。耗能單元可為電阻、發光元件或動能元件等，發光元件如發光二極體或燈泡等，動能元件如馬達或電扇等。

如第3圖與第4A圖所示，第一射頻單元110用以接收及處理一第一頻率訊號F1，且通常為放大、升頻或降頻第一頻率訊號F1。

如第3圖與第4B圖所示，第一頻率訊號F1經第一射頻單元110處理後，第一射頻單元110會產生已處理之第一頻率訊號F1，即所需頻率之射頻訊號。但是，由於諧波效應的關係，第一射頻單元110會再產生一第二頻率訊號F2與一第三頻率訊號F3，即非所需頻率之射頻訊號。而且，第二頻率訊號F2的頻率小於已處理之第一頻率訊號F1的頻率，第三頻率訊號F3的頻率大於已處理之第一頻率訊號F1的頻率。第一頻率訊號F1、第二頻率訊號F2或第三頻率訊號F3包含為一射頻訊號。

如第3圖與第4C圖所示，帶通濾波器120用以過濾已處理之第一頻率訊號F1，而產生已過濾之第一頻率訊號F1，並將已過濾之第一頻率訊號F1傳輸至第二射頻單元160，以供第二射頻單元160接續處理已過濾之第一頻率訊號F1。

如第3圖與第4D圖所示，帶拒濾波器130用以過濾第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3，而產生已過濾之第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3。

最後，又如第3圖所示，能量轉換單元140用以轉換已過濾之第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3為一能量形式150而釋放至外部。

如此一來，藉由帶拒濾波器130與能量轉換單元140，將第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3加以過濾，並轉換為能量形式150而釋放至外部，即可免於形成交互調變失真效應，以避免第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3產生習知技術之反射訊號，進而避免第一射頻單元110產生混雜訊號而影響第二射頻單元160的效能。

請參照第5圖，係繪示本發明第3圖之射頻濾波系統的較佳實施例示意圖。射頻濾波系統100主要包含一第一射頻單元110、一帶通濾波器120、一帶拒濾波器130以及一能量轉換單元140，並連接至一第二射頻單元160。帶通濾波器120與帶拒濾波器130同時連接第一射頻單元110，能量轉換單元140連接帶拒濾波器130，第二射頻單元160連接帶通濾波器120。

第一射頻單元110可為一射頻放大器111。第二射頻單元160可為一射頻放大器161。帶通濾波器120可由一第一電感L1串聯一第一電容C1、一第二電感L2並聯一第二電容C2、以及一第三電感L3串聯一第三電容C3相互連接而成。帶拒濾波器130可由一第四電感L4並聯一第四電容C4、一第五電感L5串聯一第五電容C5、以及一第六電感L6並聯一第六電容C6相互連接而成。

能量轉換單元140可具有一整流電路141與一耗能單元142。整流電路141可由一耦合變壓器T1、一第一二極體D1與一第二二極體D2相互連接而成，並用以單向傳輸已過濾之第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3。耗能單元142連接整流電路142，並用以接收及轉換已過濾之第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3為能量形式150而釋放至外部。而且，耗能單元142可為一電阻R1，亦可為一發光二極體、一燈泡、一馬達、一電扇、一耗能元件、一耗能電路或一耗能模組等。能量形式150可為一熱能形式、一光能形式或一動能形式等。

綜上所述，本發明藉由同時連接帶通濾波器120與帶拒濾波器130至第一射頻單元110，以利用帶通濾波器120過濾第一頻率訊號F1，並利用帶拒濾波器130過濾第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3，再藉由能量轉換單元140轉換第二頻率訊號F2與第三頻率訊號F3為能量形式150而釋放至外部，以避免因諧波效應與交互調變失真效應而產生習知技術之混雜訊號，進而提供最佳品質的第一頻率訊號F1至第二射頻單元160。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．射頻濾波系統

20．．．第一射頻單元

30．．．帶通濾波器

40．．．第二射頻單元

F1．．．第一頻率訊號

F2．．．第二頻率訊號

F3．．．第三頻率訊號

F1’．．．混雜訊號

F2’．．．反射訊號

F3’．．．反射訊號

100．．．射頻濾波系統

110．．．第一射頻單元

111．．．射頻放大器

120．．．帶通濾波器

130．．．帶拒濾波器

140．．．能量轉換單元

141．．．整流電路

142．．．耗能單元

150．．．能量形式

160．．．第二射頻單元

161．．．射頻放大器

C1．．．第一電容

C2．．．第二電容

C3．．．第三電容

C4．．．第四電容

C5．．．第五電容

C6．．．第六電容

D1．．．第一二極體

D2．．．第二二極體

L1．．．第一電感

L2．．．第二電感

L3．．．第三電感

L4．．．第四電感

L5．．．第五電感

L6．．．第六電感

R1．．．電阻

T1．．．耦合變壓器

第1圖係繪示習知技術之射頻濾波系統的方塊示意圖。

第2A圖至第2E圖係繪示習知技術第1圖之射頻濾波系統中各頻率訊號的頻率響應圖。

第3圖係繪示本發明之射頻濾波系統的方塊示意圖。

第4A圖至第4D圖係繪示本發明第3圖之射頻濾波系統中各頻率訊號的頻率響應圖。

第5圖係繪示本發明第3圖之射頻濾波系統的較佳實施例示意圖。

100．．．射頻濾波系統

110．．．第一射頻單元

120．．．帶通濾波器

130．．．帶拒濾波器

140．．．能量轉換單元

150．．．能量形式

160．．．第二射頻單元

F1．．．第一頻率訊號

F2．．．第二頻率訊號

F3．．．第三頻率訊號

Claims (10)

1. 一種射頻濾波系統，其包含：一第一射頻單元，用以處理一第一頻率訊號，而產生已處理之該第一頻率訊號、一第二頻率訊號與一第三頻率訊號；一帶通濾波器(Bandpass Filter)，連接該第一射頻單元，並用以過濾已處理之該第一頻率訊號，而產生已過濾之該第一頻率訊號；一帶拒濾波器(Notch Filter)，連接該第一射頻單元，並用以過濾該第二頻率訊號與該第三頻率訊號，而產生已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號；以及一能量轉換單元，連接該帶拒濾波器，並用以轉換已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號為一能量形式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻濾波系統，其中該第一射頻單元用以放大、升頻或降頻該第一頻率訊號，該帶通濾波器連接至一第二射頻單元，該第二射頻單元用以處理已過濾之該第一頻率訊號，該第一射頻單元或該第二射頻單元包含為一射頻模組、一射頻電路或一射頻放大器，該第一頻率訊號、該第二頻率訊號或該第三頻率訊號包含為一射頻訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之射頻濾波系統，其中該帶通濾波器係由一第一電感串聯一第一電容、一第二電感並聯一第二電容、以及一第三電感串聯一第三電容相互連接而成，該帶拒濾波器係由一第四電感並聯一第四電容、一第五電感串聯一第五電容、以及一第六電感並聯一第六電容相互連接而成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之射頻濾波系統，其中該能量轉換單元具有一整流電路與一耗能單元，該整流電路係由一耦合變壓器、一第一二極體與一第二二極體相互連接而成，並用以單向傳輸已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號，該耗能單元連接該整流電路，並用以轉換已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號為該能量形式而釋放至外部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之射頻濾波系統，其中該帶通濾波器包含為一主動帶通濾波器、一被動帶通濾波器或一數位帶通濾波器，該帶拒濾波器包含為一主動帶拒濾波器、一被動帶拒濾波器或一數位帶拒濾波器，該能量轉換單元包含為一能量轉換電路、一能量釋放單元、一能量收集器、或一整流電路結合一耗能單元，該能量形式包含為一熱能形式、一光能形式或一動能形式。
6. 一種射頻濾波方法，其包含：處理一第一頻率訊號，而產生已處理之該第一頻率訊號、一第二頻率訊號與一第三頻率訊號；以一帶通濾波器過濾已處理之該第一頻率訊號，而產生已過濾之該第一頻率訊號；以一帶拒濾波器過濾該第二頻率訊號與該第三頻率訊號，而產生已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號；以及轉換已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號為一能量形式。
7. 如申請專利範圍第6項所述之射頻濾波方法，其中該第一頻率訊號係由一第一射頻單元所處理，已過濾之該第一頻率訊號係由一第二射頻單元所處理，該第一射頻單元或該第二射頻單元包含為一射頻模組、一射頻電路或一射頻放大器，該第一頻率訊號、該第二頻率訊號或該第三頻率訊號包含為一射頻訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之射頻濾波方法，其中該帶通濾波器係由一第一電感串聯一第一電容、一第二電感並聯一第二電容、以及一第三電感串聯一第三電容相互連接而成，該帶拒濾波器係由一第四電感並聯一第四電容、一第五電感串聯一第五電容、以及一第六電感並聯一第六電容相互連接而成。
9. 如申請專利範圍第6項所述之射頻濾波方法，其中該能量形式係由一能量轉換單元所轉換，該能量轉換單元具有一整流電路與一耗能單元，該整流電路係由一耦合變壓器、一第一二極體與一第二二極體相互連接而成，並用以單向傳輸已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號，該耗能單元用以轉換已過濾之該第二頻率訊號與該第三頻率訊號為該能量形式而釋放至外部。
10. 如申請專利範圍第9項所述之射頻濾波方法，其中該帶通濾波器包含為一主動帶通濾波器、一被動帶通濾波器或一數位帶通濾波器，該帶拒濾波器包含為一主動帶拒濾波器、一被動帶拒濾波器或一數位帶拒濾波器，該能量轉換單元包含為一能量轉換電路、一能量釋放單元、一能量收集器、或一整流電路結合一耗能單元，該能量形式包含為一熱能形式、一光能形式或一動能形式。