電調濾波器

電調濾波器

電調濾波器/數控跳頻濾波器是一種新型的射頻帶通濾波器.是現代數字通信、跳頻技術中不可缺少的關鍵器件,尤其是軍用軟體無線電通信系統提高抗干擾能力的優選器件。

基本介紹

  • 中文名:電調濾波器
  • 外文名:electrically tunable filter
  • 性能特點:高Q變容管,高Q電感,快速調諧
  • 調諧電壓:1-15V(DC),無需其它電源
  • 最大輸入功率:30dBm
主要作用,性能參數,自動校頻技術,相關產品,原理介紹,設計實例,

主要作用

整機使用電調濾波器/數控跳頻濾波器後,整機的動態範圍,接收機靈敏度,發射機的作用距離都會得到極大的提高。偏離f0的干擾信號被窄帶帶通濾波器濾除,提高了整機抗干擾能力,濾波器電調或數控跳頻速度越快,抗干擾能力越優越。

性能參數

高Q變容管,高Q電感,快速調諧、調諧電壓1-15V(DC),無需其它電源。
輸入電平≤+10dBm;
調諧速度≤60uS;
典型2~3倍頻程移動範圍,分段覆蓋30~1000MHz;
3dB相對頻寬5~10%;
矩形係數≤7;
中心插損2~7 dB;
最大駐波比≤2;
各段插損起伏≤2 dB;
雙調諧切比雪夫類型回響滿足軍用工作環境要求:-55℃~+85℃。
最大輸入功率:30dBm;
工作溫度範圍:-55℃~+85℃;
儲存溫度範圍:-65℃~+125℃。

自動校頻技術

傳統的電調濾波器一般採用步進電機帶動濾波器調諧桿,通過調諧桿的長度變化來實現頻率變化,步進電機的驅動脈衝數與濾波器的頻率一一對應,即可實現電調濾波器的頻率調諧功能。由於電調濾波器是一種機械傳動結構,隨著腔體、傳動、回零、調諧桿以及溫度等的變化,脈衝數與頻率對應關係變差,導致通信裝備使用故障甚至癱瘓。從電調濾波器的工作原理出發,提出了一套電調濾波器自動校頻程式,在通信設備中運行該專用程式,即可實現電調濾波器的頻率校準與記憶,從而徹底解決電調濾波器的頻率偏移問題。
電調濾波器組成
以微波腔體電調濾波器為例,電調濾波器由腔體濾波器步進電機、驅動電路和傳動裝置等部分組成。
電調濾波器調諧原理
根據工作頻段、功率容量以及電調濾波器的實現難易程度,腔體選擇 λ/4 同軸腔結構,工作頻率隨著內導體長度的增加,頻率由高到低逐漸變化。
內導體的長度與頻率成單調一一對應關係,通過改變內導體的長度就可以改變濾波器工作頻率。
電調濾波器自動校頻
為了能夠在更高頻率上正常使用電調濾波器,提出了一套自動校頻方法,該方法不再依賴脈衝數與頻率的對應表格,而是通過現場測試電調濾波器的通帶特性,將實時測試的通帶特性與實時脈衝數一一對應,通過分析脈衝數在通帶內的分布情況,實時驅動步進電機到達濾波器的通帶範圍,實現電調濾波器的自動校頻。
1、 在 TDD 設備中的自動校頻技術:
TDD 設備採用時分雙工方式,射頻前端採用電調濾波器,當需要進行自動校頻時,設備監控執行自動校頻。
預置發頻率到指定頻率,判斷頻率是否改變,若改變,則將發信機改為該頻率單載波波形,功率放大器置於最小輸出電平,設備設為射頻自環狀態,天線口接匹配負載,實時檢測接收電平,確定預設電平門限L( 典型值) 。
如果是首次開機,則驅動步進電機向歸零方向調諧,在此過程中,如果出現超過預設電平門限L值,則從該時刻開始計數脈衝數,直至再次出現電平門限L,停止計數。將計數N 除以 2,反方向驅動電機N /2 脈衝,濾波器調諧完成; 如果只出現一次電平門限 L 值,則從歸零點反方向連續傳送脈衝信號,出現2 次 L 電平,按照以上算法對準。
如果監控記憶有上次頻率值,則計算頻率差Δ( 新頻率 - 舊頻率) ,當 Δ 為負,則向歸零方向驅動電機; 當 Δ 為正,則向相反方向驅動電機,在此過程中,如果出現超過預設電平門限L 值,則從該時刻開始計數脈衝數,直至再次出現電平門限,停止計數。將計數N 除以 2,反方向驅動電機走 N /2 脈衝,濾波器改頻完成。
而後,監控按照逆向操作,回復改頻前各個單元的狀態,自動校頻完成。
2、 在 FDD 設備中的自動校頻技術:
FDD 設備採用時分雙工方式,有收發電調濾波器構成雙工器,需要分別進行收發電調濾波器的自動校頻才能夠完成設備頻率改變。
與 TDD 設備相比,發電調濾波器自動對準時的流程基本相似; 而收濾波器則需要藉助發信機信號作為源,對收濾波器進行自動頻率對準,由於收發頻率不同,需要採用 FDD 射頻自環的移頻模組來實現設備監控執行自動校頻程式,其他原理則相同。

相關產品

介紹一種利用變容二極體設計的電調濾波器。該電調濾波器是利用變容二極體的特性來設計的,是一種小型帶通濾波器,具有低插損、高選擇性、體積小的特點。以一個30Mhz~90Mhz的電調濾波器為例,詳細介紹了此類濾波器的設計方法。經此方案設計的電調濾波器可以達到令人滿意的指標要求,濾波效果好,具有非常良好的實用價值。

原理介紹

要利用變容二極體來設計電調濾波器,變容二極體又稱為可變電抗二極體,是一種利用PN結反向偏置的勢壘電容構成的可控電容的二極體,在高頻調諧等電路中通常被當作可變電容器使用。當外加的反偏電壓減小時,變容二極體的容值會增加,當外加的反偏電壓增大時,變容二極體的容值會減小。當變容二極體串聯或並聯一個電容,可以調整其電容變化的斜率,使之能更適合實際套用。
電調濾波器實際就是利用變容二極體的上述特性,使輸入電壓增加或減小,改變二極體的容值大小,從而實現頻率的改變,達到改變電壓就實現調諧頻率的目的。

設計實例

介紹一種30Mhz~90Mhz的電調濾波器的設計實例。該濾波器設計指標如下:
(1)調諧頻率:30Mhz~90Mhz;
(2)通帶插損:≤3dB;
(3)-3dB頻寬:3.3Mhz~9.9Mhz;
(4)矩形係數:≤7:1;
(5)最大駐波比:2:1;
(6)遠端抑制(2fo):≥50dB;
(7)調諧電壓:0V—15V;
(8)尺寸結構:15mm×12mm×7mm。
在設計過程中,選擇合適的變容二極體。在調諧電壓0V~15V要求下 , 選擇的變容二極體要工作在30Mhz~90Mhz。選擇了PHILIPS公司的變容二極體BB153來實現。BB153的耐壓最高可達32V,斜率為15,當它工作頻率在1Mhz時,工作電壓為1V時的容值在39pF,工作電壓為10V時的容值在7.5pF。另外,該電調濾波器的接入電阻選擇阻值為10kΩ的,接地電容需要考慮濾波器的頻率,選擇0.01nF,耦合電感選擇高Q值的電感來實現。通常為了達到更高的調諧速度,可以將接入電阻減小來實現。
元器件的選擇會影響濾波器的性能指標,會引起通帶插損的變差,阻帶插損也會變差。所以在元器件的選擇上都選取了高Q值的變容二極體和電感線圈。
在實際加電測試中,需要根據濾波器的性能指標調節耦合電感的大小,使其工作在合適的頻率範圍內。若在測試中頻率範圍有所不同,可在固定低端頻率和電壓的情況下,調節高端頻率時適當給變容二極體增加1pF~2pF的電容。
另外,該濾波器的尺寸較小,在繪製印製板時要緊湊合理,要充分考慮到各個元器件之間的距離。

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