濾波裝置及其工作方法

2023-05-07 18:33:51 2

專利名稱：濾波裝置及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種濾波裝置，特別是涉及一種濾波裝置及其工作方法。
背景技術：
隨著無線通訊技術的快速發展以及無線產品的日漸普及，無線設備為人們的生活 帶來的方便快捷及生活質量的標誌性飛躍已眾所周知。但無線產品的發射能量之大，以及 對人體和生物的輻射危害不容忽視。無線產品的雜散測試已被作為衡量手機或其他通訊產 品發射能量的重要射頻指標，其測試過程使用的濾波器便成為了確保雜散測試精準度的重 要環節。通常在實驗室進行無線產品的雜散驗證時，由於無線產品涉及的頻段網絡廣 泛，包括 GSM(Global System for Mobile Communications，全球移動通訊系統)網 絡、WCDMA(寬帶碼分多址)網絡、TD-SCDMA(時分同步的碼分多址)網絡以及2. 4G的 WLAN(ffireless Local Area Network，無線區域網)、藍牙、Zigbee (—種短距離、低速率無 線網絡技術)等等，除此之外無線產品的測試模式也很繁多，一般均要進行帶內、帶外測試 並且包含傳導或輻射兩種驗證方法。現在在測試中使用的濾波器按規格頻段劃分種類較多，且校準不便，使得測試過 程大大加重了測試人員的工作負擔，並且長時間的使用也會使其測試精準度失去保障。例 如，在進行一項普通的GSM四頻(900、1800、850、1900頻段)無線模塊的雜散測試時，需要 用到六個濾波器(帶外測試四個頻段各四個濾波器，帶內測試900、850低頻共使用一個濾 波器，1800,1900高頻共使用一個濾波器)，並且濾波器的使用時間過長或器件本身的磨 損、失效，都會使工程師無法快速證實測試中所使用的濾波器的濾波及陷波狀態是否符合 雜散測試的要求，導致測試結果可能會失去參考價值，給射頻工程師的後續工作帶來極大 的不便。

發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中測試所需的濾波器規格較多且 校準不便的缺陷，提供一種集成了多個濾波特性不同的濾波器且可以實現自檢的濾波裝置 及其工作方法。本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的—種濾波裝置，其包括一輸入埠及一輸出埠，其特點在於，該濾波裝置還包 括一單片機，該單片機與一輸入輸出組件相連；一多路開關，該多路開關通過一控制線與 該單片機相連，該多路開關的輸入腳與該輸入埠相連；多個濾波特性不同的濾波器，該多 個濾波器的輸入端分別與該多路開關的各輸出腳相連，該多個濾波器的輸出端均與該輸出 埠相連。較佳地，該濾波裝置還包括一功率計，該功率計與該輸入埠、該輸出埠以及該 單片機均相連。
較佳地，該濾波裝置還包括一電源，該電源與該單片機、該輸入輸出組件、該多路 開關以及該功率計均相連。較佳地，該輸入輸出組件為一帶觸控螢幕的LCMOXD Module，液晶顯示器模組)。較佳地，該多路開關為一射頻模擬開關。較佳地，該多個濾波器均為微帶線電路結構的濾波器。較佳地，該多個濾波器的濾波特性分別適用於GSM、WCDMA、TD-SCDMA和WLAN/BT網 絡頻段的帶內以及帶外模式。本發明的另一技術方案為一種上述濾波裝置的工作方法，其特點在於，其包括以 下步驟=S1、將一待測設備接入該輸入埠 ；s2、通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性， 該輸入輸出組件將該選擇信息輸入至該單片機，該單片機控制該多路開關選通該多個濾波 器中具備所需的濾波特性的一個濾波器；S3、將一分析設備接入該輸出埠，由該分析設備 對來自該待測設備的經過濾波的信號進行分析。較佳地，該濾波裝置還包括一功率計，該功率計與該輸入埠、該輸出埠以及該 單片機均相連，且步驟&與步驟&之間還包括一自檢過程，該自檢過程包括以下步驟s21、 該單片機調出預先存儲的該被選通的濾波器的標準濾波特性；S22、該功率計採集直接來自 該待測設備的信號，以及來自該待測設備的經過濾波的信號；S23、該單片機從該功率計讀取 該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值；S24、判斷該差值是否處於以該標準濾波特性為 中心的一容許範圍內，若處於該容許範圍內則執行步驟&，若超出該容許範圍則報錯。較佳地，該多個濾波器的濾波特性分別適用於GSM、WCDMA、TD-SCDMA和WLAN/BT網 絡頻段的帶內以及帶外模式，步驟S21中該單片機調出該被選通的濾波器在其適用的頻段 及模式下的多個標準頻點處的標準陷波值，步驟S23中該單片機以掃頻的方式僅從該功率 計讀取該兩個信號在該多個標準頻點處的強度，並計算該兩個信號在每個該標準頻點處的 強度差值，步驟Sm中該單片機判斷該些差值是否均處於以相應頻點的標準陷波值為中心 的一容許範圍內，若均處於該容許範圍內則執行步驟&，若有差值超出該容許範圍則報錯。較佳地，步驟S1之前還包括一濾波器檢測過程，該濾波器檢測過程包括以下步驟 Sn、將一信號發生器接入該輸入埠 ；S12、通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性，該輸 入輸出組件將該選擇信息輸入至該單片機，該單片機控制該多路開關選通該多個濾波器中 具備所需的濾波特性的一個濾波器；S13、針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的主 頻頻點，設定該信號發生器發出該主頻頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生 器的信號以及來自該信號發生器的經過濾波的信號，該單片機從該功率計讀取該兩個信 號，並計算該兩個信號的強度差值以作為該被選通的濾波器在該主頻頻點處的陷波值；S14、 針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的二次諧波頻點，設定該信號發生器發出該二 次諧波頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生器的信號以及來自該信號發生器 的經過濾波的信號，該單片機從該功率計讀取該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值 以作為該被選通的濾波器在該二次諧波頻點處的損耗值。S15、斷開該信號發生器與該輸入 埠的連接。本發明的積極進步效果在於本發明通過集成多個具有不同濾波特性的濾波器， 特別是多個分別適用於GSM、WCDMA, TD-SCDMA和WLAN/BT網絡頻段的帶內以及帶外測試的 濾波器，並相應地增設用於切換各濾波器的多路開關，使得對待測設備在各頻段及各模式下的測試可以通過對各濾波器的切換便捷地完成。另外，通過功率計的設計，該濾波裝置還 可以提供自檢功能，使得工程師可以隨時地快速驗證各濾波器的濾波及陷波狀態，提高了 測試精確度。另外，該濾波裝置還可以與信號發生器相連，以檢測各濾波器在主頻頻點處的 陷波值以及在二次諧波頻點處的損耗值，從而可以將頻譜分析儀上顯示的測量值還原為較 為準確的真實值。


圖1為本發明的濾波裝置的結構示意圖。圖2為本發明的濾波裝置的工作方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。本發明的濾波裝置是一種多功能的濾波裝置，因其集成有多個具備不同濾波特性 的濾波器，所以可以通過對各濾波器的切換，提供所需的各種濾波性能。當採用多個分別適 用於GSM、WCDMA、TD-SCDMA和WLAN/BT網絡頻段的帶內以及帶外測試的濾波器時，該濾波裝 置將尤其適用於對無線通訊領域的終端產品的雜散及諧波問題進行驗證測試。如圖1所示，該濾波裝置具有一用於信號接入的輸入埠 1，該輸入埠 1在使用 時與一待測設備或一信號發生器相連；該濾波裝置還具有一用於信號輸出的輸出埠 2， 該輸出埠 2在使用時與一頻譜分析儀或其他測試設備相連。此外，該濾波裝置還包括: 一單片機3，該單片機3與一輸入輸出組件4相連，在本實施例中，該輸入輸出組件4採用 的是一帶觸控螢幕的LCM，但該輸入輸出組件4並不局限於此，也可以採用其他可以實現人機 交互的輸入輸出組件來實現，該單片機3與該輸入輸出組件4相互通訊，該單片機3的控制 信息由該輸入輸出組件4顯示給用戶，而用戶通過該輸入輸出組件4輸入的操作信息則會 被輸入至該單片機3進行處理；一多路開關5，該多路開關5通過一控制線與該單片機3相 連，由該單片機3對該多路開關5的各通路的斷開及選通進行控制，該多路開關5的輸入腳 與該輸入埠 1相連，在本實施例中，該多路開關5採用的是一射頻模擬開關，但該多路開 關5並不局限於此，也可以採用例如機械式開關等等；多個濾波特性不同的濾波器6a、6b、 6c...，在本實施例中，由於該濾波裝置是用於對無線通訊設備的雜散及諧波問題進行驗證 的，因此，該多個濾波器採用的是分別適用於GSM、WCDMA, TD-S⑶MA和WLAN/BT網絡頻段 的帶內以及帶外測試的濾波器，該多個濾波器的輸入端分別與該多路開關5的各輸出腳相 連，該多個濾波器的輸出端均與該輸出埠 2相連。在本實施例中，為了使得用戶可以在該LCM上進行必要的頻段、模式、自檢、檢測 等功能的選擇，還需配合進行一定的軟體設計，以提供實現該選擇信息的人機互動的操作 界面。由於該軟體可以通過現有的編程方式實現，故在此不再贅述。該單片機3對該輸入輸出組件4進行設置，使得用戶在相應的操作界面下只可對 該多路開關5的各通路進行單選，從而只會選通某一個濾波器來執行測試工作，具體到本 實施例中，即該單片機3控制該LCM在選擇頻段及模式的界面下始終處於單選框狀態，以防 止該射頻模擬開關的誤切換。例如在頻段選擇時，用戶不可能同時選中900MHz和850MHz 這兩個頻段，或同時選中帶外和帶內兩種模式，而是只能對某種網絡的某個頻段及某種模式進行選擇。採用現有方式對無線通訊產品的雜散及諧波問題進行驗證時，用來執行帶外模式 測試的濾波器一般為腔體濾波器，而用來執行帶內模式測試的濾波器則一般為具有頻率調 節旋鈕的陷波器，並且，在實際的測試過程中只會針對幾個常用的特定頻點進行分析。由於 上述的這些濾波器形體較大，並不便於使用，因此本發明在設計時可以選擇將所需要的濾 波狀態通過採用微帶線方式製作的具有特定頻段濾波特性的電路板來實現，這樣大大減少 了濾波器所佔用的體積，又有針對性地增強了濾波能力，並且在集成了多個濾波器之後也 能夠便捷地切換。本發明採用的濾波器的一個例子可以為在設計帶外測試所用的帶阻濾 波器時，由於需要較高的矩形係數，因此可適當地增加濾波級數，並且使用聲表濾波器。進一步地，為了保證各濾波器的準確度，以確保該濾波裝置的測試精度，需要提供 對該濾波裝置中的各濾波器的自檢功能以及對其陷波值和插損值的檢測功能，針對該兩個 目的，該濾波裝置還包括一功率計7，該功率計7與該輸入埠 1、該輸出埠 2以及該單片 機3均相連，具體的自檢及檢測方法將在下文中進行說明。另外，在使用該功率計7採集功 率時，需要注意其輸入端所能承受的最大能量以及採集功率的動態範圍。較佳地，該濾波裝置還包括一電源8，該電源8與該單片機3、該輸入輸出組件4、該 多路開關5以及該功率計7均相連，在本實施例中採用了 9V的直流源(例如鹼性電池)進 行供電。此外，由於濾波器比較容易受到幹擾，因此本實施例中在單片機、射頻模擬開關以 及LCM等處均進行了屏蔽，以防止幹擾信號的耦合。圖2所示為本發明的該濾波裝置的工作方法的流程圖。首先，在該濾波裝置的電 源位置處裝入9V電池，然後打開該濾波裝置的電源開關，接著執行以下步驟步驟100，將一待測設備上電，並將其接入該濾波裝置的輸入埠。步驟101，用戶通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性，在本實施例中，即為在 觸控螢幕顯示的頻段和模式的選項中，選擇所需的某網絡下的具體頻段及模式，例如當需要 測試GSM網絡900MHz頻段下的帶外雜散情況時，將「GSM」類型中的「900MHz」頻段和「帶 外」模式選中即可。該輸入輸出組件會將該選擇信息輸入至該單片機中，以供該單片機識別 出當前需要使用的具備所需的濾波特性的一個濾波器，然後由該單片機控制該多路開關的 各通路的切換，以選通該濾波器，例如適用於GSM網絡900MHz頻段下帶外測試的一個濾波器。步驟102，將一分析設備，即一頻譜分析儀或其他測試設備，接入該輸出埠，由該 分析設備對來自該待測設備的經過濾波的信號進行分析，從而完成對該待測設備的雜散及 諧波問題的驗證。進一步地，當該濾波裝置設有上述的功率計時，其還可以提供對該濾波裝置中的 各濾波器的自檢功能以及對其陷波值和插損值的檢測功能。自檢過程一般在測試開始之前進行，即在步驟101與步驟102之間進行，當檢測出 有濾波器的性能狀態不符合要求時，測試人員需對該濾波器進行更換或者維修，以保證不 會由於濾波狀態的不確定性致使測試結果的數據無效。具體地，該自檢過程包括以下步驟步驟2000，該單片機根據用戶對濾波特性的選擇信息，針對當前需要使用的該濾波器，調出預先存儲的該濾波器在理想狀態下的標準濾波特性，例如當該濾波器處於正常 濾波狀態下時，其在所選頻段、所選模式下的幾個標準頻點處的標準陷波值。步驟2001，該功率計採集直接來自該待測設備的信號(通道1)，以及來自該待測 設備的經過濾波的信號(通道2)。步驟2002，該單片機以例如由低至高掃頻的方式，順序從該功率計讀取該兩個信 號在該些標準頻點處的強度，並分別計算該兩個信號在每個標準頻點處的強度差值。步驟2003，將該些差值與上述標準陷波值進行比較，若該些差值均處於以相應頻 點處的標準陷波值為中心的一容許範圍內，則自檢通過，繼續執行步驟102，若有某個差值 超出該容許範圍，則報錯，由測試人員對相應的濾波器進行更換或維修等處理。例如，在測試900MHz頻段的帶內雜散時，可自檢相應的濾波器在896. 4MHz、 900. 6MHz、904. 2MHz、908. 4MHz等標準頻點處的陷波狀態是否滿足要求，為測試做好前期準 備。當希望了解當前需要使用的該濾波器在其濾波特性針對的頻段及模式下的主頻 頻點處的陷波值以及二次諧波頻點處的損耗值時，步驟100之前還可以進行一濾波器檢測 過程，該濾波器檢測過程包括以下步驟步驟1000，將一信號發生器接入該輸入埠。步驟1001，用戶通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性，該輸入輸出組件將該 選擇信息輸入至該單片機中，該單片機識別出當前需要使用的具備所需的濾波特性的一個 濾波器，然後由該單片機控制該多路開關的各通路的切換，以選通該濾波器。步驟1002，針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的主頻頻點，設定該信號 發生器發出該主頻頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生器的信號(通道1)以 及來自該信號發生器的經過濾波的信號(通道幻，該單片機從該功率計讀取該主頻頻點處 的該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值，以作為該被選通的濾波器在該主頻頻點處 的陷波值。步驟1003，針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的二次諧波頻點，設定該 信號發生器發出該二次諧波頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生器的信號 (通道1)以及來自該信號發生器的經過濾波的信號(通道幻，該單片機從該功率計讀取該 二次諧波頻點處的該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值，以作為該被選通的濾波器 在該二次諧波頻點處的損耗值。步驟1004，斷開該信號發生器與該輸入埠的連接，以進行後續的測試流程。例如，在測試GSM網絡900MHz頻段62信道時，可設定信號發生器在主頻頻點 902. 4MHz處發射-IOdBm能量，通過該濾波裝置內部功率計的兩通道能量採集，並在單片機 內進行強度差值計算，最終可在觸控螢幕上顯示出陷波量的大小，例如L0SS 30dB。同理，輸 入1804. 8MHz即可得出該濾波器在二次諧波頻點處的損耗值，例如L0SS 3dB。這樣便可以 將頻譜分析儀上顯示的測量值還原為較為準確的真實值，例如二次諧波在頻譜分析儀上 的測量值為_45dBm，若還原為真實值則需加2dB的線纜損耗以及3dB的濾波器損耗，由此便 方便準確地得出了二次諧波發射的真實值為_40daii。綜上所述，本發明通過集成多個具有不同濾波特性的濾波器，使得對待測設備在 各頻段及各模式下的測試可以通過對各濾波器的切換便捷地完成；另外，該濾波裝置還可以提供自檢功能；另外，該濾波裝置還可以檢測各濾波器在主頻頻點處的陷波值以及在二 次諧波頻點處的損耗值。 雖然以上描述了本發明的具體實施方式
，但是本領域的技術人員應當理解，這些 僅是舉例說明，在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變 更或修改。因此，本發明的保護範圍由所附權利要求書限定。
權利要求
1.一種濾波裝置，其包括一輸入埠及一輸出埠，其特徵在於，該濾波裝置還包括一單片機，該單片機與一輸入輸出組件相連；一多路開關，該多路開關通過一控制線與該單片機相連，該多路開關的輸入腳與該輸 入埠相連；多個濾波特性不同的濾波器，該多個濾波器的輸入端分別與該多路開關的各輸出腳相 連，該多個濾波器的輸出端均與該輸出埠相連。
2.如權利要求1所述的濾波裝置，其特徵在於，該濾波裝置還包括一功率計，該功率計 與該輸入埠、該輸出埠以及該單片機均相連。
3.如權利要求1所述的濾波裝置，其特徵在於，該濾波裝置還包括一電源，該電源與該 單片機、該輸入輸出組件、該多路開關以及該功率計均相連。
4.如權利要求1所述的濾波裝置，其特徵在於，該輸入輸出組件為一帶觸控螢幕的LCM。
5.如權利要求1所述的濾波裝置，其特徵在於，該多路開關為一射頻模擬開關。
6.如權利要求1或2所述的濾波裝置，其特徵在於，該多個濾波器均為微帶線電路結構 的濾波器。
7.如權利要求1或2所述的濾波裝置，其特徵在於，該多個濾波器的濾波特性分別適用 於GSM、WCDMA, TD-SCDMA和WLAN/BT網絡頻段的帶內以及帶外模式。
8.—種如權利要求1所述的濾波裝置的工作方法，其特徵在於，其包括以下步驟51、將一待測設備接入該輸入埠；52、通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性，該輸入輸出組件將該選擇信息輸入至 該單片機，該單片機控制該多路開關選通該多個濾波器中具備所需的濾波特性的一個濾波 器；53、將一分析設備接入該輸出埠，由該分析設備對來自該待測設備的經過濾波的信 號進行分析。
9.如權利要求8所述的工作方法，其特徵在於，該濾波裝置還包括一功率計，該功率計 與該輸入埠、該輸出埠以及該單片機均相連，且步驟S2與步驟S3之間還包括一自檢過 程，該自檢過程包括以下步驟521、該單片機調出預先存儲的該被選通的濾波器的標準濾波特性；522、該功率計採集直接來自該待測設備的信號，以及來自該待測設備的經過濾波的信號；523、該單片機從該功率計讀取該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值；524、該單片機判斷該差值是否處於以該標準濾波特性為中心的一容許範圍內，若處於 該容許範圍內則執行步驟s3，若超出該容許範圍則報錯。
10.如權利要求9所述的工作方法，其特徵在於，該多個濾波器的濾波特性分別適用於 GSM、WCDMA, TD-SCDMA和WLAN/BT網絡頻段的帶內以及帶外模式，步驟S21中該單片機調出 該被選通的濾波器在其適用的頻段及模式下的多個標準頻點處的標準陷波值，步驟S23中 該單片機以掃頻的方式僅從該功率計讀取該兩個信號在該多個標準頻點處的信號強度，並 分別計算該兩個信號在每個該標準頻點處的強度差值，步驟S24中該單片機判斷該些差值 是否均處於以相應頻點的標準陷波值為中心的一容許範圍內，若均處於該容許範圍內則執 行步驟S3,若有差值超出該容許範圍則報錯。
11.如權利要求10所述的工作方法，其特徵在於，步驟S1之前還包括一濾波器檢測過 程，該濾波器檢測過程包括以下步驟Sn、將一信號發生器接入該輸入埠 ；s12、通過該輸入輸出組件選擇所需的濾波特性，該輸入輸出組件將該選擇信息輸入至 該單片機，該單片機控制該多路開關選通該多個濾波器中具備所需的濾波特性的一個濾波 器；s13、針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的主頻頻點，設定該信號發生器發出 該主頻頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生器的信號以及來自該信號發生器 的經過濾波的信號，該單片機從該功率計讀取該兩個信號，並計算該兩個信號的強度差值 以作為該被選通的濾波器在該主頻頻點處的陷波值；s14、針對該被選通的濾波器適用的頻段及模式下的二次諧波頻點，設定該信號發生器 發出該二次諧波頻點處的信號，該功率計採集直接來自該信號發生器的信號以及來自該信 號發生器的經過濾波的信號，該單片機從該功率計讀取該兩個信號，並計算該兩個信號的 強度差值以作為該被選通的濾波器在該二次諧波頻點處的損耗值。s15、斷開該信號發生器與該輸入埠的連接。
全文摘要
本發明公開了一種濾波裝置，其包括一輸入埠及一輸出埠，該濾波裝置還包括一單片機，該單片機與一輸入輸出組件相連；一多路開關，該多路開關通過一控制線與該單片機相連，該多路開關的輸入腳與該輸入埠相連；多個濾波特性不同的濾波器，該多個濾波器的輸入端分別與該多路開關的各輸出腳相連，該多個濾波器的輸出端均與該輸出埠相連。本發明還公開了一種該濾波裝置的工作方法。本發明通過集成多個具有不同濾波特性的濾波器，使得對待測設備在各頻段及各模式下的測試可以通過對各濾波器的切換便捷地完成；另外，該濾波裝置還可以提供自檢功能；另外，該濾波裝置還可以檢測各濾波器在主頻頻點處的陷波值以及在二次諧波頻點處的損耗值。
文檔編號H04B17/00GK102055535SQ200910223118
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月10日 優先權日2009年11月10日
發明者葉娜 申請人:瀋陽新郵通信設備有限公司