卫星DBS调谐器的数字滤波器设计与仿真 - 全文

　　摘要：为防止陆地UHF频道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度，在机顶盒的输入端需要使用高通滤波器。在分析卫星电视信号和陆地信号的基础上，给出了适合卫星DBS调制器的滤波器的性能指标;应用Matlab中的FDATool，设计出了符合指标要求的的IIR高通滤波器，给出了幅频和相频响应曲线。仿真结果表明，设计结果的各项性能指标达到要求，且设计过程简便易行。

　　引言

　　蜂窝移动电话的信号在825～895 MHz频段内，再加上陆地电视广播，它们都可以找到从卫星馈线进入机顶盒的通道。这些“阻塞”信号能够通过碟形天线的某一旁瓣耦合到天线内(也就是说天线的方向性不是理想的)，或者仅仅凭借其距离近和功率高的特点耦合到碟形天线上去。在连接至机顶盒的组合频带馈送电缆中，卫星DBS频段为950～2 150 MHz，而陆地电视频段为54～860 MHz。在机顶盒的输入端需要有高通滤波器防止UHF信道的信号到达卫星DBS调谐器并降低其灵敏度。

　　1 数字滤波器的设计

　　FDATool(Filter Design & Analysis Tool)是Matlab信号处理工具箱专用的滤波器设计分析工具，操作简单、灵活，可以采用多种方法设计FIR和IIR滤波器。在Matlab命令窗口输入FDATool后回车就会弹出FDATool界面，如图1所示。

　　

 

　　图1 FDATo ol 界面及其滤波器设计参数设置

　　由于卫星信号频带非常宽，选择高通滤波器。本例选择设计IIR，要求是把54～860 MHz频段的信号衰减20 dB，而对通过的卫星L频段信号(950～2 150 MHz)的插入损耗不超过0.7 dB。陆地信号频带上边界(860 MHz)距离卫星信号频带的下边界(950 MHz)非常近，如此小的过渡带所以选择椭圆滤波器。因为成本和元件误差的问题，在阶数选择上选最小阶。

　　如图1所示，将上述滤波器的性能指标在FDATool界面勾选并填写。设置完以后点击窗口下方的Design Filter，在窗口上方就会看到所设计滤波器的幅频、相频响应如图2，图3所示。通过菜单选项Analysis还可以看到滤波器的相频响应、组延迟、脉冲响应、阶跃响应、零极点配置等。设计完成后将结果保存为ellipitc.fda文件。

　　

 

　　图2 滤波器幅频响应曲线

　　

 

　　图3 滤波器相频响应曲线

　　2 Simulink仿真

　　在Simulink环境下，建立仿真图如图4所示。将滤波器文件ellipitc.fda导入Digital Filter Design模块，输入500 MHz和1 000MHz信号，生成的滤波效果如图5所示，其中(a)为500 MHz输入信号;(b)为1 000 MHz输入信号;(c)为500 MHz和1 000 MHz的混频信号;(d)为滤波后输出信号。仿真结果显示，所设计的滤波器使输入信号中1 000 MHz的信号通过，500 MHz的信号得到了抑制，且几乎没有相位延迟。

　　

 

　　图4 Simulink 仿真系统结构图

　　

 

　　图5 滤波前后效果图

　　3 结论

　　本文在分析卫星电视信号和陆地信号的基础上，给出了适合卫星DBS调谐器的滤波器的性能指标;应用Matlab中的FDATool，设计出了符合指标的IIR高通滤波器，给出了幅频和相频响应曲线;并搭建了Simulink仿真系统，仿真结果显示，所设计的滤波器符合性能指标要求。