提取弱信号并抑制强干扰信号的装置及方法

摘要

本发明提供一种提取弱信号并抑制强干扰信号的装置及方法，装置包括依次连接的第一级电路和至少一个第二级电路；第一级电路包括双工器、第一低噪声放大器、负载电阻，双工器包括第一低通滤波器和高通滤波器，第一低通滤波器和高通滤波器的输入端为所述装置的输入口，第一低噪声放大器输入端连接第一低通滤波器输出端，负载电阻一端连接高通滤波器输出端、另一端接地；第二级电路包括第二低通滤波器和第二低噪声放大器，第二低通滤波器输出端连接第二低噪声放大器输入端。实现对DC～800MHz频段的有用弱信号进行提取，将有用信号从‑67dBm放大到‑7dBm左右，对1.25GHz的强干扰信号深度抑制，抑制度大于140dBc，且提高了电磁兼容能力，并防止干扰信号辐射到整个电路空间。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其与一种提取弱信号并抑制强干扰信号的装置及方法有关。

背景技术

在通信接收系统中，对有用信号的提取和干扰信号的抑制是保障通信质量的关键。特别是有用信号的强度较弱，干扰信号强度较强的情况，例如某通信接收系统的有用信号的强度为-67dBm，干扰信号的强度为10dBm，其功率强度相差5×10

有用信号一般为低频分量，而干扰信号一般为高频分量或者高次谐波。对这种混合信号中提取有用信号和抑制干扰信号一般使用多个低通滤波器的级联来实现对有用信号的提取和干扰信号的抑制，将通过低通滤波器的有用弱信号经过放大器放大后再输出。

由于干扰信号的功率强度比有用信号的功率强度大太多，要实现对如此强的干扰信号的深度抑制，需要使用多个低通滤波器的级联来实现，单个低通滤波器无法提供如此高的抑制度。低通滤波器的级联带来器件体积增大，工艺和成本等都将增加，这就与器件的小型化趋势，工艺质量控制和商业成本控制目标相违背。更重要的是，低通滤波器的作用是通过滤波器指标设定的低频信号，在低通滤波器中，高频信号相当于短路，在滤波器上消耗的能量很少，大部分会反射回信号源；若干扰信号强度太大，则会造成源负载的损坏，另外还会形成空间辐射，影响整个接收系统的电磁兼容特性。

发明内容

为解决上述相关现有技术不足，本发明提供一种提取弱信号并抑制强干扰信号的装置及方法，利用双工器分隔有用低频信号和干扰高频信号，并通过负载吸收高频信号，在减少低通滤波器阶数和装置尺寸的同时，实现对DC～800MHz频段的有用弱信号进行提取，将有用信号从-67dBm放大到-7dBm左右，同时对1.25GHz的强干扰信号深度抑制，抑制度大于140dBc，且提高了电磁兼容能力，并防止干扰信号辐射到整个电路空间。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种提取弱信号并抑制强干扰信号的装置，包括依次连接的一个第一级电路和至少一个第二级电路；

第一级电路包括双工器、第一低噪声放大器、负载电阻，双工器包括第一低通滤波器和高通滤波器，第一低通滤波器和高通滤波器的输入端为所述装置的输入口，第一低噪声放大器输入端连接第一低通滤波器输出端，负载电阻一端连接高通滤波器输出端、另一端接地；

第二级电路包括第二低通滤波器和第二低噪声放大器，第二低通滤波器输出端连接第二低噪声放大器输入端；

当第二级电路为一个时，第一低噪声放大器输出端连接第二低通滤波器输入端，第二低噪声放大器输出端为所述装置的输出口；

当第二级电路为多个时，第一低噪声放大器输出端连接第一个第二级电路的第二低通滤波器输入端，前一个第二级电路的第二低噪声放大器输出端连接下一个第二级电路的第二低通滤波器输入端，最后一个第二级电路的第二低噪声放大器输出端为所述装置的输出口。

进一步，高通滤波器用于对从输入口进入双工器的信号进行过滤，以阻止低频有用信号并通过高频干扰信号；

负载电阻用于对通过高通滤波器的高频干扰信号进行吸收；

第一低通滤波器用于对从输入口进入双工器的信号进行过滤，以阻止高频干扰信号并通过低频有用信号；

第一低噪声放大器用于对通过第一低通滤波器的低频有用信号进行一级放大后向第二级电路输送；

第二低通滤波器用于进一步过滤输入第二级电路的放大信号；

第二低噪声放大器用于对第二低通滤波器过滤后的信号进行二级放大。

进一步，第二级电路有两个，包括第二级电路I和第二级电路II；

第二级电路I包括第二低通滤波器I和第二低噪声放大器I，第二低通滤波器I输出端连接第二低噪声放大器I输入端；

第二级电路II包括第二低通滤波器II和第二低噪声放大器II，第二低通滤波器II输出端连接第二低噪声放大器II输入端；

第一低噪声放大器输出端连接第二低通滤波器I输入端，第二低噪声放大器I输出端连接第二低通滤波器II输入端，第二低噪声放大器II输出端为所述装置的输出口。

进一步，装置还包括腔体，腔体通过2个金属隔板分隔为3个腔室：第一腔室、第二腔室、第三腔室；第一级电路设于第一腔室内，第二级电路I设于相邻于第一腔室的第二腔室内，第二级电路II设于相邻于第二腔室的第三腔室内。

进一步，腔体一端设有输入端口，用于作为所述装置的输入口，输入端口连通至第一腔室，双工器的输入端通过微带线连接输入端口；

腔体另一端设有输出端口，用于作为所述装置的输出口，输出端口连通至第三腔室，第二低噪声放大器II的输出端通过微带线连接输出端口；

第一低通滤波器输出端通过微带线连接第一低噪声放大器；

高通滤波器输出端通过微带线连接负载电阻；

第一低噪声放大器输出端通过微带线穿过对应的金属隔板伸出第二腔室内并与第二低通滤波器I输入端连接；

第二低通滤波器I输出端通过微带线连接第二低噪声放大器I；

第二低噪声放大器I输出端通过微带线穿过对应的金属隔板伸出第三腔室内并与第二低通滤波器II输入端连接；

第二低通滤波器II输出端通过微带线连接第二低噪声放大器II。

进一步，腔体内设有介质板，金属隔板位于介质板正面，腔体顶部设有金属盖，金属盖、介质板正面、金属隔板共同形成第一腔室、第二腔室、第三腔室，第一级电路、第二级电路I、第二级电路II均设于介质板正面。

进一步，介质板背面设有供电电路，供电电路连接有供电端口，供电端口设于腔体侧壁，介质板设有位于第一腔室的第一供电过孔、位于第二腔室的第二供电过孔、位于第三腔室的第三供电过孔，第一级电路通过第一供电过孔连接供电电路，第二级电路I通过第二供电过孔连接供电电路，第二级电路II通过第三供电过孔连接供电电路。

进一步，腔体两侧壁具有卡槽，金属隔板设于卡槽内，金属盖内底面设有凹槽，凹槽与金属隔板顶部配合。

一种提取弱信号并抑制强干扰信号的方法，采用提取弱信号并抑制强干扰信号的装置进行，包括步骤：

双工器的高通滤波器对从输入端口进入双工器的信号进行过滤，阻止低频有用信号并通过高频干扰信号，负载电阻对通过高通滤波器的高频干扰信号进行吸收；

双工器的第一低通滤波器对从输入端口进入双工器的信号进行过滤，阻止高频干扰信号并通过低频有用信号，第一低噪声放大器对通过第一低通滤波器的低频有用信号进行一级放大后向第二级电路I的第二低通滤波器I输送；

第二低通滤波器I对一级放大的信号进行再次滤波，去除被第一低噪声放大器放大的高频干扰信号后，将信号输入到第二低噪声放大器I，第二低噪声放大器I对信号进行二级放大后向第二级电路II的第二低通滤波器II输送；

第二低通滤波器II对二级放大的信号进行再次滤波，进一步去除被第二低噪声放大器I放大的高频干扰信号后，将信号输入到第二低噪声放大器II，第二低噪声放大器II对信号进行三级放大后，从输出端口输出信号；

最后从输出端口获得低频有用信号，高频干扰信号在负载电阻处被吸收以及在第二低通滤波器I和第二低通滤波器II中被抑制。

从输入端口进入双工器的信号中包括低频有用信号，以及800MHz以上的低噪信号和功率强度为10dBm的1.2GHz干扰信号及高次谐波；高通滤波器用于实现1.2GHz以上的通带，对800MHz的抑制度为-50dB；第一低通滤波器、第二低通滤波器I、第二低通滤波器II均用于实现800MHz以下的通带，对1.25GHz的抑制度为-40dB；第一低噪声放大器、第二低噪声放大器I、第二低噪声放大器II的频率范围均为DC ~ 200MHz，工作频段内噪声系数典型值为1.8dB，增益为23dB。

本发明的有益效果在于：

1、利用双工器分隔有用低频信号和干扰高频信号，并通过负载吸收高频信号，极大减少进入后续电路的干扰信号，从而有效减少低通滤波器阶数和装置尺寸，通过双工器中第一低通滤波器的有用弱信号通过第一低噪声放大器进行第一级放大，提高有用信号的强度；第一级低噪声放大器也会放大可能进入电路中的干扰高频信号，且经过第一级放大后的有用弱信号强度还是很低，经过第一级放大后的信号再使用第二低通滤波器I，滤除可能进入电路中的干扰高频信号，再通过第二低噪声放大器I进行第二级放大；同样，经过第二级放大后的信号再使用第二低通滤波器II，滤除可能进入电路中的干扰高频信号，再通过第二低噪声放大器II进行第三级放大后输出；整体上实现对DC～800MHz频段的有用弱信号进行提取，将有用信号从-67dBm放大到-7dBm左右，同时对1.25GHz的强干扰信号深度抑制，抑制度大于140dBc；

2、采用腔体结构，并且在各级电路之间布置金属隔板，形成多个独立腔室，分别容纳各电路，由于干扰信号经过第一级电路的分选吸收，进入第二级电路I的干扰信号已经大幅减小，经过第二级电路I的低通滤波放大电路后，进入第二级电路II的干扰信号将更小，实现干扰信号对输出信号的影响达到最低，提高了电磁兼容性；

3、滤波放大电路和供电电路和分别布置在介质板的正反面，减少相互干扰，各级滤波放大电路之间连接的微带线在金属隔条处使用开口进行连接，开口边沿与微带线之间的间距尽量小，以确保开口处不泄露干扰信号到下一级电路。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本申请的范围。

图1为本申请实施例的电路原理图。

图2为本申请实施例的输出结果示意图。

图3为本申请实施例的实体结构俯视图。

图4为本申请实施例的实体结构仰视图。

图5为本申请实施例的实体结构侧视剖面图。

附图标记：

双工器-11、高通滤波器-F1、第一低通滤波器-F2、第一低噪声放大器-11a、负载电阻-11b、第二低通滤波器I-12、第二低噪声放大器I-12a、第二低通滤波器II-13、第二低噪声放大器II-13a、第一供电过孔-21、第二供电过孔-22、第三供电过孔-23、供电电路-24、供电端口-25、腔体-3、输入端口-31、输出端口-32、金属隔板-33、介质板-34、金属盖-35、第一腔室-301、第二腔室-302、第三腔室-303、微带线-4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种提取弱信号并抑制强干扰信号的装置，包括依次连接的一个第一级电路，两个第二级电路。两个第二级电路为第二级电路I和第二级电路II。

如图1所示，第一级电路包括双工器11、第一低噪声放大器11a、负载电阻11b，双工器11包括第一低通滤波器F2和高通滤波器F1，第一低通滤波器F2和高通滤波器F1的输入端为所述装置的输入口，第一低噪声放大器11a输入端连接第一低通滤波器F2输出端，负载电阻11b一端连接高通滤波器F1输出端、另一端接地。

其中，高通滤波器F1用于对从输入口进入双工器11的信号进行过滤，以阻止低频有用信号并通过高频干扰信号；负载电阻11b用于对通过高通滤波器F1的高频干扰信号进行吸收；第一低通滤波器F2用于对从输入口进入双工器11的信号进行过滤，以阻止高频干扰信号并通过低频有用信号；第一低噪声放大器11a用于对通过第一低通滤波器F2的低频有用信号进行一级放大后向第二级电路I输送。

第二级电路I包括第二低通滤波器I 12和第二低噪声放大器I 12a，第二低通滤波器I 12输出端连接第二低噪声放大器I 12a输入端；第二级电路II包括第二低通滤波器II13和第二低噪声放大器II 13a，第二低通滤波器II 13输出端连接第二低噪声放大器II13a输入端；第一低噪声放大器11a输出端连接第二低通滤波器I 12输入端，第二低噪声放大器I 12a输出端连接第二低通滤波器II 13输入端，第二低噪声放大器II 13a输出端为所述装置的输出口。

采用上述实例的装置进行提取弱信号并抑制强干扰信号的方法，包括步骤：

首先，从输入端口31输入信号，信号中包括低频有用信号，以及800MHz以上的低噪信号和功率强度为10dBm的1.2GHz干扰信号及高次谐波。

然后，双工器11的高通滤波器F1对从输入端口31进入双工器11的信号进行过滤，阻止低频有用信号并通过高频干扰信号，负载电阻11b对通过高通滤波器F1的高频干扰信号进行吸收；具体的，高通滤波器F1实现1.2GHz以上的通带，对800MHz的抑制度为-50dB；1.25GHz干扰信号通过双工器11中的高通滤波器F1后，被50欧姆的负载电阻11b吸收。

双工器11的第一低通滤波器F2对从输入端口31进入双工器11的信号进行过滤，阻止高频干扰信号并通过低频有用信号，有用信号DC～800MHz通过双工器11中的第一低通滤波器F2进入第一低噪声放大器11a，第一低噪声放大器11a对通过第一低通滤波器F2的低频有用信号进行一级放大后向第二级电路I的第二低通滤波器I 12输送。具体的，第一低通滤波器F2实现800MHz以下的通带，对1.25GHz的抑制度为-40dB；第一低噪声放大器11a的频率范围均为DC ~ 200MHz，工作频段内噪声系数典型值为1.8dB，增益为23dB。

然后，第二低通滤波器I 12对一级放大的信号进行再次滤波，去除被第一低噪声放大器11a放大的高频干扰信号，即对1.25GHz干扰信号进行第二次抑制，将信号输入到第二低噪声放大器I 12a，第二低噪声放大器I 12a对信号进行二级放大后向第二级电路II的第二低通滤波器II 13输送；具体的，第二低通滤波器I 12实现800MHz以下的通带，对1.25GHz的抑制度为-40dB；第二低噪声放大器I12a的频率范围均为DC ~ 200MHz，工作频段内噪声系数典型值为1.8dB，增益为23dB。

然后，第二低通滤波器II 13对二级放大的信号进行再次滤波，进一步去除被第二低噪声放大器I 12a放大的高频干扰信号后，即对1.25GHz干扰信号进行第三次抑制，将信号输入到第二低噪声放大器II 13a，第二低噪声放大器II 13a对信号进行三级放大后，从输出端口32输出信号。具体的，第二低通滤波器II 13实现800MHz以下的通带，对1.25GHz的抑制度为-40dB；第二低噪声放大器II13a的频率范围均为DC ~ 200MHz，工作频段内噪声系数典型值为1.8dB，增益为23dB。

最后从输出端口32获得低频有用信号，高频干扰信号在负载电阻11b处被吸收以及在第二低通滤波器I 12和第二低通滤波器II 13中被抑制。

在本实例中，利用双工器11将干扰信号和有用信号分开，进入各级低通滤波放大电路中的干扰信号大大减少，使得后续电路中的低通滤波器对1.2GHz的干扰信号的抑制度要求大幅降低，有效减少该低通滤波器的阶数，降低设计难度和减少滤波电路尺寸。

本实例实现对DC～800MHz频段的有用低频弱信号进行提取，将有用信号从-67dBm放大到-7dBm左右，其中，对10KHz～800MHz频段的有用信号进行提取并放大，可有用信号从-67dBm放大到0dBm左右；同时对1.25GHz的强干扰信号的深度抑制，抑制度大于140dBc。

如图2所示，DC～800MHz频段范围输出增益仿真结果大于68dB，对1.25GHz的干扰信号抑制大于96dBc（加上68dB的增益，实际抑制大于160dBc），对2.5GHz的高次谐波抑制大于33dBc（加上68dB的增益，实际抑制大于100dBc），实现了弱信号的提取和强干扰信号的深度抑制。

作为本实例的优选实施方式，如图3~图5所示，装置还包括腔体3，腔体3通过2个金属隔板33分隔为3个腔室：第一腔室301、第二腔室302、第三腔室303；第一级电路设于第一腔室301内，第二级电路I设于相邻于第一腔室301的第二腔室302内，第二级电路II设于相邻于第二腔室302的第三腔室303内。

腔体3一端设有输入端口31，用于作为所述装置的输入口，输入端口31连通至第一腔室301，双工器11的输入端通过微带线4连接输入端口31；腔体3另一端设有输出端口32，用于作为所述装置的输出口，输出端口32连通至第三腔室303，第二低噪声放大器II 13a的输出端通过微带线4连接输出端口32；第一低通滤波器F2输出端通过微带线4连接第一低噪声放大器11a；高通滤波器F1输出端通过微带线4连接负载电阻11b；第一低噪声放大器11a输出端通过微带线4穿过对应的金属隔板33伸出第二腔室302内并与第二低通滤波器I 12输入端连接；第二低通滤波器I 12输出端通过微带线4连接第二低噪声放大器I 12a；第二低噪声放大器I 12a输出端通过微带线4穿过对应的金属隔板33伸出第三腔室303内并与第二低通滤波器II 13输入端连接；第二低通滤波器II 13输出端通过微带线4连接第二低噪声放大器II 13a。

通过将各电路分别置于一个独立腔室，并利用金属隔板33实现相互隔离，避免信号干扰，提高了电磁兼容能力，对输出信号的影响降低到较低水平。

各器件/电路通过微带线4连接，且在金属隔板33处使用开口进行连接，开口边沿与微带线4之间的间距尽量小，以确保开口处不泄露干扰信号到下一级电路。

作为本实例的进一步优选实施方式，腔体3内设有介质板34，金属隔板33位于介质板34正面，腔体3顶部设有金属盖35，金属盖35、介质板34正面、金属隔板33共同形成第一腔室301、第二腔室302、第三腔室303，第一级电路、第二级电路I、第二级电路II均设于介质板34正面。腔体3两侧壁具有卡槽，金属隔板33设于卡槽内，金属盖35内底面设有凹槽，凹槽与金属隔板33顶部配合。介质板34背面设有供电电路24，供电电路24连接有供电端口25，供电端口25设于腔体3侧壁，介质板34设有位于第一腔室301的第一供电过孔21、位于第二腔室302的第二供电过孔22、位于第三腔室303的第三供电过孔23，第一级电路通过第一供电过孔21连接供电电路24，第二级电路I通过第二供电过孔22连接供电电路24，第二级电路II通过第三供电过孔23连接供电电路24。

通过此种结构设计，使得第一级电路、第二级电路与供电电路分别位于介质板正反面，背面进行供电，正面进行滤波及放大提取，巧妙利用各供电过孔进行电气连接，保证了结构紧凑性和集成性的同时，减少相互干扰。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。