一般地说，本发明是关于有线电视（CATV）分配放大器和系统，具体地说，是关于这样一种分配放大器，即在单向CATV系统中使用电涌滤波器而在双向CATV系统中使用双工滤波器。 在一段长距同轴分配行程上的社区居住域或有线电视（CATV）系统中，分配放大器按一定间距位置对宽带电视信号进行放大。宽带电视信号从前端经过分配网络被正向前送到多个用户的系统，这一般被称作单向系统。然而，更复杂的系统包括一个环绕分配放大器进行规定路线传播的反向信号通路。该反向通道用于系统控制、报文传送、计节目付费、监控等等。为了使正向信号通路和反向信号通路使用相同的同轴电缆而不相互干扰，则在正向信号放大器输入端和反向信号放大器输出端利用一个双工滤波器，而在正向信号放大器的输出端和反向信号放大器的输入端利用另一个双工滤波器。一个双工滤波器是一个三端口无源装置，包括有在一个共同端口上结合在一起的一个高通滤波器和一个低通滤波器。在这种构形中，双向滤波器与分配放大器和反向信号放大器一起使用，以便将下向传输的高频宽带电视通道与反向传输的低频数据，即监控通道分离开。当一个CATV系统中没有反向通路时，可以在分配放大器的输入端之前和输出端之后提供一个电涌滤波器，以便保护它们免受由可能损坏放大器的线路电涌引起的高能量瞬变过程的影响。
当前，CATV系统在它们的典型结构中使用了多个电涌滤波器和双工滤波器组合。某些分配放大器提供有插入式电涌滤波器或双工滤波器，而其它的放大器具有装在其印刷电路板上的双工滤波器。在插入式电涌滤波器的情况中，一般对于单向系统只有正向放大器装备有这种滤波器。当这些放大器升级到一个双向系统时，该放大器构形装备有一组插入式双工滤波器以代替该电涌滤波器。在其它构形中，双工滤波器或是装在放大器印刷电路板上或插入到放大器印刷电路板上，而从放大器制作的角度而言是构成一个单向（仅正向）产品。
作为目前在CATV系统中的分配放大器提供的电涌和双工滤波器，存在有几个缺点。首先，电涌滤波器比所需要的更昂贵，这是由于必须将它们制作成插入式组件以保持启动一个特定系统的反向通路的选择。可观的价格与接口硬件，封盖，以及附加的印刷电路板有关。现今，除非系统升级到具有一反向通路时才提供插入式电涌滤波器，否则纯属浪费。相反，在未提供插入式浪涌滤波器的产品中，既使在放大器仅仅成形为一正向产品时，放大器印刷电路板上也装有或插入双工滤波器。当未计划升级到一个双向系统时，这就产生了一个不必要地成本负担。
本发明提供一种用于CATV分配放大器的组合电涌和双工滤波器。在第一实施方案中，组合滤波器包括一个集成高通和电涌滤波器部分和一个低通滤波器部分。该集成电涌如高通滤波器被设计成在没有低通部分时独立地提供电涌保护，而在有低通部分时为双工滤波器构形中的补充。
通过在分配放大器的印刷电路板上提供集成的电涌和高通滤波器以及对其低通部分提供插入式模块，可以最为有利地应用这两部分。利用这种方法，就避免了电涌和双工滤波器的昂贵的插入式安置，而且电涌滤波器器件也不再属于浪费的。电涌滤波器的输入阻抗匹配要求由一个并联电感抗满足，当分配放大器用于正向时，该感抗匹配置于跨越集成的高通和电涌滤波器部分的输入端。当使用双向系统时，感抗则断开。
在一个第二实施方案中，组合滤波器包括一个集成的高通和电涌滤波器部分及一个低通滤波器部分。集成高通和电涌滤波器部分还被分成含有一个电涌滤波器段和一个高通滤波器段，电涌滤波器段被设计得满足CATV分配放大器的电涌滤波器要求，高通滤波器段被设计得与电涌滤波器段相结合的以满足一个双向系统的双工滤波器的高通滤波器的要求。
通过在一个分配放大器的印刷电路板上提供电涌滤波器段和向包含高通滤波器段及低通滤波器部分提供一块插入板就能最有利地利用这些部分。这种设置具有第一实施例所有的附加优点，即电涌滤波器可以更低价地被制作。该电涌滤波器的输入阻抗要求由一个并联感抗满足，当分配放大器仅用于正向时，该感抗的配置是在跨越电涌滤波器段的输入端。当分配放大器成形于双向系统时，则断开该感抗。
因此，本发明的目的是提供一个用于CATV分配放大器的组合电涌和双工滤波器。
本发明的再一个目的是提供一个集成的高通和电涌滤波器部分，该部分将执行用于一个CATV分配放大器的双工滤波器和电涌滤波器的作用或高通滤波器的作用。
本发明的进一步的发明目的是将一个集成的高通和电涌滤波器部分段分为一个电涌滤波器段和一个高通滤波器段，当高通滤波器段与电涌滤波器段相组合时，提供了一个双工滤波器的高通滤波器部分。
本发明的其它目的、特征及方案通过结合附图的阐述以及详细的说明书将会更清楚地理解和说明。
图1A和1B是一个分配放大器的系统框图，说明仅有一个正向信号通路的单向系统和一个具有正向和反向信号通路的双向系统;
图2A和2B是在图1A和1B所示的用于CATV分配放大器构型的组合电涌和双功滤波器的第一实施例的详细框图;
图3是图2A和2B所示的组合电涌和双工滤波器的详细电示意图;
图4是图1A和1B所示的用于CATV分配放大器的组合电涌和双工滤波器的第二实施例的详细框图;和
图5是图4所示的组合电涌和双工滤波器的详细电示意图。
在图1A和图1B中示出了用于一个CATV系统的分配放大器的两个标准构形。在图1A的单向系统中，输入到分配放大器14的一个输入端10的宽带电视信号被放大，并在端点16输出到同轴电缆分配行程的剩余部分。第一电涌滤波器12配置在端点10和分配放大器14的输入端之间，而第二电涌滤波器15配置在分配放大器14的输出端和输出端16之间。电涌滤波器12和15防止线路瞬变过程以及可能影响分配放大器性能的其它电压浪涌。
图1B示出了一个具有正向的双向系统，其中宽带电视信号在公共端点18输入，然后通过双工滤波器20的高通滤波器22输入到分配放大器26。分配放大器26可以具有23至27的几级放大以及其它电路，例如修整电路25。另外，一个电阻衰减（Resistive Pad）19和均衡电路21可以设置在分配放大器26的放大通路中。信号在分配放大器26中进行放大，然后通过双工滤波器34的高通滤波器30及公共终端36输送到同轴电缆的剩余行程。高通滤波器22和30都用于通过宽带有线电视信号并对用于反向通路的低频信号进行滤除。另外，高通滤波器22和30具有足够的电涌抑制能力以保护分配放大器26的输入或输出，而在操作方面类似于单向系统中的电涌滤波器12和15。
反向放大器28通过同轴电缆接收低频信号，该低频信号在终端36输入并由双工滤波器34的低通滤波器32直接输送到反向放大器28的输入端。一个电阻衰减29和均衡电路31也可以包含在反向放大器的放大通路中。反向信号由反向放大器28放大，然而经低通滤波器24在终端18输出到同轴电缆。低通滤波器件24和32提供了对宽带电视信号进行滤除而通过反向信号的频带。以这种方法，提供一个双向通信系统，从而对正向通路中的宽带电视信号的放大和对反向信号的放大可以相互无干扰地进行。
本发明的第一优选实施例示于图2A，其中所示的组合滤波器适合于代替在单向系统中的电涌滤波器12和在双向系统中的双工滤波器20。在该优选实施例中，本发明设置了一个装在分配放大器26的印刷电路板上的高通滤波器40，并通过端点44提供一个输出信号。在印刷电路板上还装有一个共用输入端38，并设置有插入连接件46和48，它们将共用输入端通过端点50连接到一个反向放大器。设置一个低通滤波器45作为一个插入模块，它可以从插入连接点46和48上脱离。高通滤波器40和低通滤波器45包括有与一个正向和反向通路系统的双功滤波器应用相匹配的器件。高通滤波器40还被设计得包括一些对分配放大器26的输入和输出能动地提供电涌保护的部件。
在一个单向系统操作中，高通滤波器40装在分配放大器26的印刷电路板上，而低通滤波器模块45则不被插入。因此，高通滤波器40起电涌滤波器的作用以对单向系统中的分配放大器26提供电涌保护。另外，阻抗匹配装置，最好是一个并联感抗42设置在高通滤波器40的输入端以与高通滤波器对于共用输入端的输入阻抗Zin匹配，该输入端就是通常的75Ω的同轴电缆。当系统升级到一个双向系统时，电感42断开，而低通滤波器45插入到插入接件46和48以提供一个已设计为高通滤波器的双工滤波器功能。在双向系统中，当电感42断开时，双功滤波器的共用端阻抗就变成75Ω。这是设计的两个滤波器部分的原始匹配值以提供给双功滤波器。
图2B示出了当它用于代替单向系统中的电涌滤波器或代替双向系统中的双功滤波器时的图2A所示实施例的镜象图。每个实施例的部件都是相同的。从图示可见，组合滤波器是双侧的而且能够转向，以对分配放大器26的输出和反向放大器28的输入提供相同的益处，正如它对分配放大器的输入和反向放大器的输出所做的一样。以类似于前边所述的方法，来自分配放大器26的输出信号和端点60通过一个安装在放大器印刷电路板上的高通滤波器部分64。经放大的和电涌保护信号然后加到共用输出端74，用以在同轴电缆行程上进行更远的通信。电感66为阻抗匹配而设置，即为使高通滤波器64的输出阻抗Zout与同轴电缆的75Ω相匹配。分配放大器26的印刷电路板有插入式连接件68和72，当单向系统升级为一个双向系统时，连接件68和72就装设有一个低通滤波器插入式模块70。进入共用输出端74的反向信号由滤波器70进行低通滤波，然后通过端点62输入到反向放大器28。
当本发明被描述为用于一个放大器时，图1B的框图显然地使得其它部件（或者单个部件或者与放大器组合的部件）从本发明中受益。该框图示出了不同的衰减件19和29以及均衡电路21和31可以用于分离的正向和反向通路中。本发明用于对正向通路中的任何部件提供电涌保护，然后对一个在反向通路中使用相同的或不同的部件的一个双向系统提供一个双工滤波器。还应明白，术语“正向”和“反向”通路包括在相同方向上传送的不同频带信号，而不管是在双向系统的正向或反向。
图3是用于图2A和2B所示两个实施例的优选电路实施方案详细电路示意图。高通滤波器部件40包括多个容抗和感抗元件，构形为一个具有多个支路的无源滤波器。电容C1，C2，C3，C4;电感L2，L4;电感L1与电容C5;以及电感L3与电容C6形成高通滤波器40的分离支路。低通滤波器45也是一个多支路无源感抗和容抗元件的滤波器。电感L5，L6，L7，L8;电容C7，C10;电感L9和电容C8;以及电感L10和电容C9各自形成低通滤波器45的一个分离电路。
在作为优选实施方案所述的CATV应用中，高通及低通滤波器40，45都是第8阶伪椭圆函数型滤波器，它们被设计成对共用端口提供75Ω阻抗匹配，而当用于一个双向滤波器构形时，维持与分配放大器和反向放大器在输出端的阻抗匹配。由于在两个滤波器相组合时所设计的阻抗匹配，在不使用低通部分的集成的高通和电涌滤波器通常不产生一个75Ω阻抗匹配，因此，电感45用于产生在共同输入端或共用输出端所需的阻抗匹配。在优选的CATV应用中，低通滤波器40具有30MHz以下的通带，高通滤波器具有46MHz以上的通带。
虽然利用了一个特定的滤波器实施方案描述本发明，但不同级的滤波器，其它滤波器类型（例如全椭圆或契比雪夫，或类似型滤波器），或其它滤波器设计变型（例如双电路）都能用作所述实施例的等同物。
因此，一方面防止了用于单向系统的插入式装置的高成本，另一方面不浪费电涌滤波器部件。组合滤波器以最有效和低价的方式对两个系统执行电涌和双工滤波器二者所需的全部操作。该构形也便于现场做上述升级而并不影响性能，且成本最低。
图4示出了本发明的第二优选实施例。在图2A和图2B公开的实施例中，存在有对电涌保护并不必要的、单向系统中的附加元件。然而，这些元件在双向系统中正确操作是需要的，而且将它们仅提供给这种操作形式将是有利的。图4所示的实施例实现了这个目的。组合滤波器示为一个连接到一个电涌滤波器段116的一个高通滤波器段104以形成一个高通滤波器118，组合滤波器包括有一个类似于第一实施例的低通滤波器的低通滤波器106。电涌滤波器段116最好安装在分配放大器26的印刷电路板上。高通滤波器段104和低通滤波器106安装在一个插入模块108上，模块108插在插入连接件102，110和112。
在一个单向系统的操作中，同轴电缆连接到共用输入端100，而插入连接件102和110搭接在一起。电涌滤波器段116则配置在共用输入端100和分配放大器26在端点120的输入端之间。一个阻抗匹配装置，感抗114设置在电涌滤波器116的输入端以提供对同轴电缆的通常75Ω的阻抗匹配。当该系统升级到一个双向系统时，除去连接件102和110间的搭接片，断开电感114，而插入模块108插入连接件102，110和112。该插入模块包含与电涌滤波器一起执行一个高通滤波器功能的高通滤波器段104，作为共用输入端100的一条支路。来自共用输入端100的另一条支路通过低通滤波器106和插入端112直接连到与反向放大器28相连的端点122。以上的描述用于图1A和1B所示的单向和双向系统的本发明的输入侧。对于输出侧，图4所示的实施方案是相反的（类似于第一实施例的图2B所示方案）。输入和输出方案都提供了在单向系统中的电涌保护和在双向系统中的电涌保护及双工滤波器操作。
就图5而论，是将更全面地描述图4所示的第二优选实施方案的组合滤波器的详细电路示意图。用于双工滤波器操作的高通滤波器和低通滤波器的设计类似于前述图3的设计。从这些图中，图3和图5的比较将显示出滤波器的相同构形用于高通滤波器和低通滤波器。每个滤波器是具有多个容感和感抗的第8阶伪椭圆函数型滤波器设计。
包括电容C1及电容C5和电感L1的高通滤波器的一个段已移到插入模块108。经观察高通滤波器和电涌滤波器组合具有两个有限零对（在该处频率为最大衰减）是显然的。为了将高通滤波器分成两个相同的器件部分，而仍然执行电涌操作并维持对双向操作中的低通和高通滤波器间的匹配是困难的。本发明通过将由电感L3的电容C6表示的有限零对进行隔离实现这个目的。这个零对被构形为只有在滤波器116的6条支路独立使用时提供适合的电涌抑制。包括电感L1和电容C5的高通滤波器部分104的有限零对则被设计成补偿第一零对，并且当与低通滤波器106匹配的电涌滤波器116组合时产生一个高通滤波器。这使得电涌滤波器段和高通滤波器段的分段能够容易地以一种简单的方式成为可实施的部件。
虽然已经表示并描述了本发明的优选实施例，对本技术领域的普通技术人员来说，显然可以不脱离如附带的权利要求所规定的精神和范围而制造各种改型。例如，相对于一个CATV分配放大器已描述了优选实施例。很显然本发明可适用于在预计的单向和双向通信系统中使用RF信号的任何设备，因此，术语放大器包括所有的CATV型放大设备，这些设备包括（但并不限于）：干线放大器，线性扩展放大器，桥式放大器，光桥式放大器，和前级放大器。另外，预计的所有通信系统包括（但并不限于）：CATV，电话，数据网络，个人通信网络，或类似网络。