技术领域

本发明涉及一种信噪比(以下称为“S/N”)增强器，更具体而言，涉及 一种利用平衡转换耦合器(balun coupler)和静磁波滤波器实现的信噪比增强 器。

                        背景技术

近来，由于数字广播系统、卫星广播系统、移动通信系统、卫星通信系 统的小型化，需要一种成本低的轻型S/N增强器。而且，在特性方面，需要 具有低介入损耗、高S/N比、宽带和低功耗的S/N增强器。

以下，将参照附图说明一种传统的S/N增强器。

首先，参见图1，将说明在1995年IEEE MTT-S文摘第41卷、第8号、 第111-114页的Takao Kuki和Toshihiro Nomoto的“400MHz带宽中的反射型 MSW(静磁波)信号噪声增强器”，中公开的S/N增强器。

S/N增强器包括一静磁波滤波器10和一定向耦合器12。静磁波滤波器的 一端与输入端口和输出端口相分离的一循环器或一定向耦合器相连。现在说 明其原理，当一小的RF信号被施加到输入端口的时候，该信号被转换为在 钇铁柘榴石薄膜上的静磁波信号。因此，该RF输入信号未输出到输出端口。 反之，当等于或大于一个阈值的RF输入信号被施加到输入端口的时候，信 号基本上被反射和在输出端口输出，而不转换为静磁波信号。因此，可以实 现在信号电平小的时候获得高损耗和在信号电平大的时候获得低损耗的S/N 增强器。

上述的S/N增强器具有结构简单和输入/输出特征好的特点，但是具有需 要阻抗匹配以及大的信号电平的缺点。

下面参照图2说明在1993年8月IEEE Trans MTT第41卷、第8号、第 1316-1322页的Toshihiro Nomoto和Yoshihiro Matsushita的“一种利用两个静 磁波滤波器的信号噪声增强器以及它在DBS接收中的噪声降低中的应用”中 公开的S/N增强器。

图2所示的传统的S/N增强器包括静磁波滤波器124和126、一移相器 136、一衰减器134和定向耦合器122和138。在原理上，具有不同电平的第 一路径信号和第二路径信号被输入到定向耦合器122并在此分布。因此，这 两个信号分别输入到静磁波滤波器124和126。在此，当第一信号具有高电 平的时候，第二信号具有低电平。即，第一信号包括一个噪声信号和一个所 期望的信号，其中噪声信号穿过静磁波滤波器124，没有进行限幅，而所期 望的信号被限幅。另外，第二信号具有一噪声信号和一所期望的信号，它们 都具有低于饱和阈值功率电平的电平，因此所述噪声电平信号和所期望的信 号穿过静磁波滤波器126，而未被限幅。

下面，定向耦合器138合成具有与低于阈值的信号相同幅值和相反相位 的两个路径的信号。结果，噪声信号被消除，第二信号的所期望的信号变成 一个主要的功率电平信号。

此时，阈值功率的电平在从-12dBm(PH)到-19dBm(PL)的范围中，形成了 一带宽。另外，衰减器134作为一个调整片，用于补偿由于移相器136而导 致的功率损耗。

以上述的方式，具有输入/输出特性优良的优点，并且介入损耗佳，但是 缺点在于它不能用于低功率。

                        发明内容

因此，本发明的目的在于解决现有技术的问题和提供一种具有低介入损 耗、高S/N比和宽带的S/N增强器。

另外，本发明的另一个目的在于提供一种小型的S/N增强器，它可以容 易地与外部电路在阻抗上匹配，并且可以应用到利用低功率或高功率的系统 中。

按照本发明的一个实施例，提供了一种S/N增强器，包含：一平衡转换 耦合器，用于将输入信号划分为具有相同功率的第一和第二信号，该第二信 号具有相对于该第一信号的180度相位差；一饱和静磁波滤波器，用于接收 从所述平衡转换耦合器输出的第一信号，将其转换为第一静磁波信号，并将 该第一静磁波信号转换为具有该第一信号的形状的信号，其中，如果该第一 信号具有等于或大于噪声信号的功率的功率，则该第一静磁波信号的功率饱 和；一线性静磁波滤波器，用于从所述平衡转换耦合器接收该第二信号，将 其转换为第二静磁波信号，并将该第二静磁波信号转换为具有该第二信号的 形状的信号，其中，所接收的第二信号被转换为具有对输入信号的功率为线 性的能量的第二静磁波信号；一功率合成器，用于合成从所述饱和静磁波滤 波器和所述线性静磁波滤波器输出的各个信号。

按照本发明的另一个实施例，提供了一种S/N增强器，包含：一平衡转 换耦合器，用于将输入信号划分为具有相同功率的第一和第二信号，该第二 信号具有相对于该第一信号的180度相位差；一饱和静磁波滤波器，用于接 收从所述平衡转换耦合器输出的该第二信号，将其转换为静磁波信号，并将 该静磁波信号转换为具有该第一信号的形状的信号，其中，如果该第一信号 具有等于或大于噪声信号的功率的功率，则该静磁波信号的功率饱和；一延 迟线，具有线性特性，用于传输从所述平衡转换耦合器输出的第二信号；一 功率合成器，用于合成从所述饱和静磁波滤波器和所述延迟线输出的各个信 号。

                        附图说明

通过参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述和其他目的、 特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了一种传统的S/N增强器的原理框图；

图2示出了另一种传统的S/N增强器的原理框图；

图3a示出了按照本发明的第一实施例的一种S/N增强器的原理框图；

图3b示出了按照本发明的第二实施例的一种S/N增强器的原理框图；

图4示出了图3a和3b中的平衡转换耦合器的示例；

图5a示出了在图3a和3b中的静磁波滤波器的示例；

图5b示出了与衰减器相连的静磁波滤波器的结构；和

图6示出了在图3a和3b中的功率合成器。

附图中相同的附图标记表示相同的部件。

                    具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图3a示出了按照本发明的第一实施例的一种S/N增强器的原理框图。该 S/N增强器包括一平衡转换耦合器410、一饱和静磁波滤波器420、一线性静 磁波滤波器430和一功率合成器440。

所述平衡转换耦合器410是平衡-不平衡转换器，用于接收一个输入信 号和输出两个彼此具有相位差的输出信号。所述两个输出信号的每个通过按 需要划分为输入信号的功率而被作为一个平衡信号或不平衡信号输出。本发 明使用的平衡转换耦合器不限于该特殊实施例，只要它可以实现上述的功能 即可。例如，一种利用微带线的具有一宽带并以同轴电缆型或平面型实现的 商用平衡转换耦合器。以下，将参照图4说明平衡转换耦合器410。

图4示出了平衡转换耦合器410的一个示例。该平衡转换耦合器410具 有一个输入端口A和两个输出端口B和C，其中其两个输出信号具有相同 的功率电平和180度的相位差。另外，平衡转换耦合器410还包括一个Z1 传输线412，一个Z2传输线413和一个Z3传输线414。而且，所述Z1传 输线412、Z2传输线413和Z3传输线414分别具有λ/2、λ/4、λ/4的电 长度和一特性阻抗。其中，λ表示被传播信号的波长。

输入信号被输入到Z1传输线412的输入端口A，输出信号在输出端口 B被输出到饱和静磁波滤波器420或线性静磁波滤波器430。Z2传输端口413 的输入端口B被接地，其输出端口与饱和静磁波滤波器420或线性静磁波滤 波器430相连以便传输信号，其中饱和静磁波滤波器420或线性静磁波滤波 器430没有与Z1传输线412的输出端口B相连，以便传输该输出信号。而 且，Z3输出线414的输入端口和输出端口被接地以引导该耦合。

所述传输线可以用例如银合金、铜、钨或铝构成，可以通过微调至少一 个线圈而形成，或者通过微调至少一个电容器而形成。而且，所述传输线是 微带型线或带状线型线。

静磁波滤波器420和430将诸如微波信号的输入信号转换为一个静磁波 信号，将该静磁波信号转换为具有输入信号的形式的信号并将其输出。

静磁波滤波器420和430分别接收从平衡转换耦合器410输出的信号。 换句话说，平衡和不平衡信号被分别作为饱和静磁波滤波器420和线性静磁 波滤波器430的输入信号而施加。饱和静磁波滤波器420在输入信号的功率 电平不小于某个阈值Pth1的情况下，使得所转换的静磁波信号的能量饱和， 以便其输入/输出特性变成非线性。否则，线性静磁波滤波器430将输入信 号转换为具有与输入信号的功率电平成比例的能量的静磁波信号，虽然穿过 饱和静磁波滤波器420的信号被饱和和转换为静磁波信号。例如，线性静磁 波滤波器430被构造成具有大于饱和静磁波滤波器420的饱和阈值Pth1的饱 和阈值Pth2。因此，穿过饱和静磁波滤波器420的输入信号的功率电平的范 围可以被调节为从值Pth1到值Pth2的范围以便穿过线性静磁波滤波器430的 输入信号的电平不能被饱和。以下，将具体说明使用用于将电磁信号转换为 静磁波信号的饱和现象的本发明S/N增强器的原理。另外，每个静磁波滤波 器420、430将所转换的静磁波信号转换为微波信号并将其输出。

以下，将参照图5a详细说明静磁波滤波器的示例。例如，钇铁柘榴石 薄膜515在钆镓柘榴石(GGG)基底517上成长，带状线513在介质基底517 上形成，介质基底517的两面由静磁波吸收器518形成。当输入微波信号在 输入端口511被输入以便被处理到输出端口512的时候，输入微波信号在穿 过YIG薄膜515的同时被转换为具有与输入功率的电平成比例的电平的静 磁波信号。其后，静磁波信号被相反地转换为微波信号。当微波信号被转换 为静磁波信号的时候，静磁波滤波器保持其线性直到微波信号的功率电平变 成阈值Pth，但是当微波的功率电平变得大于阈值Pth的时候具有有饱和特性 的输入/输出特性。一般而言，阈值Pth的电平可以通过改变YIG薄膜的特性、 带状线的形状和磁场强度而调整。因此，通过制造静磁波滤波器420、430 的每个以使得线性静磁波滤波器430的阈值的电平Pth2变得大于饱和静磁波 滤波器420的电平Pth1，饱和静磁波滤波器420和线性静磁波滤波器430可 以被应用到本实施例。但是，饱和静磁波滤波器420和线性静磁波滤波器430 的上述的实现方式是作为示例来说明的。

另一方面，在图5a中的饱和静磁波滤波器420和线性静磁波滤波器430 可以与衰减器425、426相连。图5b中示出了与衰减器425、426相连的饱 和静磁波滤波器420和线性静磁波滤波器430的结构。

功率合成器440合成从静磁波滤波器420、430输出的信号的功率。这 种2∶1的功率合成器440是特殊限定的，可以通过例如Wilkinson功率划分 器/合成器来实现。本实施例的功率合成器440具有两个输入端口和一个输 出端口，其中在输入信号之间的相位差是180度，输出端口消除具有相反相 位的信号并输出剩余的信号。功率合成器440合成三个功率，而不改变在两 个输入信号之间的相位差。

图6示出了上述的功率合成器440的一个示例。所述功率合成器440具 有两个输入端口G和H和一个输出端口I，其中两个输入信号被合成以输出 一个合成的信号。功率合成器440还包括一个Z4传输线442和一个Z5传 输线443。而且，Z4传输线442和Z5传输线443具有λ/4的电长度和特性 阻抗 Z0。其中，λ表示传播的信号的波长。

以下，将说明按照第一实施例的S/N增强器的操作。

首先，当输入信号被输入到平衡转换耦合器410的时候，平衡转换耦合 器410将输入信号划分为两个平衡和不平衡输出信号，其功率是输入信号的 一半，相位差是180度，并将它们输出到饱和静磁波滤波器420和线性静磁 波滤波器430。此时，饱和静磁波滤波器420和线性静磁波滤波器430杜宇 平衡和不平衡信号的对应可以改变。

下面，在输入信号的电平小于某个值(饱和静磁波滤波器420的阈值) 的情况下，具有可以被判断为噪声的功率电平的信号被输入到饱和静磁波滤 波器420和线性静磁波滤波器430，这两个信号被转换为具有在饱和静磁波 滤波器420和线性静磁波滤波器430中类似的能量的静磁波信号，然后被转 换的静磁波信号又被反向转换为微波信号，因此输出了具有相同大小和180 度相位差的信号。其后，从静磁波滤波器输出的这两个信号在功率合成器440 中被合成，因此信号不是在输出端口被输出。原因是因为这些信号具有相同 的大小和相反的相位，互相抵消。

下面，在输入信号的电平不小于某个值(饱和静磁波滤波器420的阈值) 的情况下，由于输入到饱和静磁波滤波器420的信号不小于饱和值，被转换 的静磁波信号的能量被饱和以不超过某个值，但是在线性静磁波滤波器430 中，信号被转换为具有与输入信号的功率成比例的能量的静磁波信号。因此， 当这些信号被又反向转换的时候，具有不同功率和180度相位差的信号被输 出。其后，这两个从静磁波滤波器输出的信号在功率合成器440中被合成以 输出合成的信号，其中该合成的信号主要具有穿过线性静磁波滤波器430的 信号的功率。

通过上述的方式，可以实现小信号(噪声)中的损耗大于大信号的损耗 的S/N增强器。通过上述的方式，S/N增强器可以小型化，可以与外部电路 在阻抗上匹配，并可以被应用到利用高功率或低功率的系统，因为没有使用 移相器。而且，由于按照第一实施例的S/N增强器可以通过一个芯片形式实 现，有利于大批量的生产。

以下，将说明按照本发明的第二实施例。

图3b示出了按照本发明的第二实施例的S/N增强器的结构。该S/N增 强器包括一平衡转换耦合器410、一饱和静磁波滤波器420、一延迟线450 和一功率合成器440。

在第一实施例中使用线性静磁波滤波器，而在第二实施例中使用延迟线 450。即，在第一实施例中的线性静磁波滤波器将信号转换为具有与输入信 号的功率成比例的能量的静磁波信号并反向将所转换的信号又转换为微波信 号，在第二实施例中延迟线450将输入功率传输到功率合成器440，保持其 线性。由于其原理与第一实施例的相同，在此省略说明。

上述的S/N增强器改进了数字图象的S/N比，因此可以收到具有更好 质量的图象。

按照本发明，可以提供可以容易地与外部电路在阻抗上匹配的、以小功 率使用的并应用到宽带系统上的小型S/N增强器。

另外，因为数字图像的S/N的改进使得在诸如数字电视和照相机之类的 多媒体通信系统中的图像特性得以改进，所以可接收高质量的图像。

虽然参照示范的实施例图解和说明了本发明，本发明不应当被理解为限 于特定的实施例，本领域的技术人员应当明白可以在不脱离本发明的范围和 精神的情况下，作出前述的和各种其他变化、省略和添加。