一種小型化低功耗數控跳頻濾波器的製作方法

2023-09-22 04:38:05 1

本實用新型屬於一種跳頻濾波器技術領域，涉及濾波器，具體涉及一種通過小型化低功耗數控跳頻濾波器。

背景技術：

無線通信領域發展迅速，頻譜資源日益擁擠，使得對通信收發信機的抗幹擾要求也越來越高，而抗幹擾最主要手段是通過濾波器抑制帶外無用信號進入接收機內部，或者通過濾波器抑制內部無用信號洩露幹擾外部設備。無論民用領域，還是軍用領域，都對高速跳頻功能有明確的需求，所以高速跳頻濾波器應用範圍廣泛，市場巨大。

在電路理論中，濾波器就是能夠改變信號某一頻段內的幅度或者相位特性的電器網絡。在理想的情況下，濾波器既不會給輸入信號增加新的頻率，也不會改變信號的組成頻率，它只能改變信號的各個頻率的相位或者幅度的相互關係。在電子系統裡，濾波器常常被用來選擇性地通過或抑制某一段信號，它對某個或者幾個頻率範圍內的信號給予很小的衰減，使其能夠順利通過；對其他頻帶內的信號則給予很大的衰減，從而儘可能地阻止這部分信號通過。

目前應用比較廣泛的數控跳頻濾波器，在常規指標方面都可以滿足要求，但是由於傳統方案採用高電壓低電流截止，低電壓高電流導通，使用大量分離控制元器件，如PIN 二極體、高低電壓控制電路等，使得跳頻濾波器普遍存在體積偏大，功耗偏高的問題，這直接限制跳頻濾波器在某些對體積和功耗有嚴格要求的領域的應用。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型擬通過提供一種小型化低功耗數控跳頻濾波器，該濾波器具有跳頻速率高、體積小、功耗低、頻率覆蓋寬的特點。

本實用新型採用的技術方案為：一種小型化低功耗數控跳頻濾波器，包括至少兩個以上的分段濾波器，所述分段濾波器的輸入和輸出端安裝有單刀N擲開關，所述單刀N 擲開關的分段數N與分段濾波器的數量相同；所述分段濾波器包括諧振電感、兩組對稱的二進位電容組和單刀雙擲開關，所述分段濾波器採用雙調諧迴路。

進一步，所述分段濾波器的數量由最低頻率信號和最高頻率信號的倍頻程跨度決定。

本實用新型的有益效果：

1.與現有數控跳頻濾波器相比，本實用新型的跳頻濾波器體積大幅度減小，在相同的頻帶寬度下，本實用新型的跳頻濾波器在長度和寬度上和現有數控跳頻濾波器基本相當，但在高度上和現有數控跳頻濾波器相比可以降低到約5mm。

2.現有數控濾波器基本採用PIN二極體進行開關控制，功耗普遍偏大，且PIN二極體導通時，需要低電壓、高電流；PIN二極體截止時，需要高電壓、低電流，基本功耗在 0.4-0.5W(3.3V/120mA，100V/2mA)；本實用新型的數控跳頻濾波器選用的單刀N擲開關和單刀雙擲開關都是微功耗的器件，總功耗在30～40mW，滿足小型化、低功耗要求。

附圖說明

圖1，為本實用新型總體框圖。

圖2，為本實用新型的分段濾波器框圖。

圖3，為本實用新型的某段分段濾波器電路圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1所示，為本實用新型總體框圖。將寬帶射頻信號首先進行分段處理，根據頻率的跨度不同將濾波器分為若干頻率段，即分段濾波器1到分段濾波器N。若需要N段分段濾波器，跳頻濾波器的輸入、輸出端則需要放置一組單刀N擲開關(SPNT)來滿足切換要求。跳頻濾波器正常工作時，首先判斷工作頻率屬於哪段分段濾波器，確定以後控制單刀 N擲開關導通該段分段濾波器，截止其他段分段濾波器。然後在選通的分段濾波器內接入不同的調諧電容，使之諧振到所要的工作頻率。分段濾波器的頻率控制字可以通過公式計算得出，單刀N擲開關的頻率控制字可根據濾波器的頻段劃分得出。兩組頻率控制數據在換頻時同時送出，換頻時間由單刀N擲開關和分段濾波器內的SPDT共同決定，換頻時間較長的器件決定跳頻濾波器的頻率切換時間。

1.分段濾波設計

寬帶射頻信號進行頻段劃分，由最低頻率信號和最高頻率信號的倍頻程跨度決定，倍頻程跨度越大，要進行全頻段濾波所需要的頻段劃分就越多。分段濾波器的倍頻程不能過大，若倍頻程過大將造成指標下降、工程量產困難等問題；若倍頻程過小將造成分段過多等問題。一般而言，分段濾波器的倍頻程控制在2～3個較為合適。分段濾波器的數量確定單刀N擲開關的分段數。單刀N擲開關的指標主要關注：插入損耗、隔離度、線性度、開關切換速度等指標。該類型射頻信號開關，採用先進設計生產工藝，功耗極低，體積小，指標高，完全能滿足設計要求。

2.雙調諧迴路設計

分段濾波器內部採用雙調諧迴路設計，進一步提高濾波器的選擇性和帶內平坦度指標。雙調諧迴路採用共用元器件的耦合方式，雙調諧迴路通頻帶是單調諧迴路通頻帶的 1.4倍，雙調諧迴路的矩形係數遠小於單諧振迴路的矩形係數，距理想係數1比較接近。由此證明雙耦合諧振迴路的諧振特性較單諧振迴路更為理想，即其選擇性也比較好，通頻帶也更寬一些，這能較好地解決系統要求的通帶內響應平坦，通帶外較大衰減的需求。

分段濾波器採用雙調諧迴路設計方案，使得該濾波器具有中心對稱性，二進位電容組和單刀雙擲開關都具有以中心耦合電感為中心對稱的結構特性。相互對稱的電容通過單刀雙擲開關同時接入或切出調諧網絡，接入的電容容值決定濾波器的中心頻率，接入容值越大，濾波器中心頻率越低。

分段濾波器中的電容和電感都選擇高Q值型號，這樣可以使得濾波器具有較高的矩形係數和較低的插入損耗。分段濾波器框圖如圖2所示。

3.集成開關設計

寬帶跳頻濾波器由諧振電感、兩組對稱的二進位電容組(BCS)和單刀雙擲開關(SPDT) 矩陣組成選諧帶通濾波器。二進位電容組有N對分離電容，它們由SPDT矩陣控制，根據頻率字信息，控制部分輸出N路控制信號，經邏輯開關選通不同的電容，使電容進入工作狀態，形成不同的容值搭配，來改變濾波器的中心頻率，實現選頻功能。單刀雙擲開關的開關切換速度為納秒級，在頻率切換時幾乎不用考慮其影響。跳頻濾波器採用N路並行數據控制，提高了換頻速度，採用選通控制設計有效的解決頻帶跨度寬的問題。該跳頻濾波器的換頻時間小於10μS，能滿足系統的指標要求。採用雙調諧迴路的方式，可以調高信道的選擇性，增強信道抗幹擾能力。

以單刀雙擲開關替代傳統的PIN二極體，可以將複雜的高低電壓控制電路去掉，在保持指標不下降的基礎上，簡化設計工作量，提高系統的可靠性。

實施例：

圖3為本實用新型的某段分段濾波器框圖。該濾波器頻率覆蓋為30MHz-512MHz，換頻響應時間：≤10uS，插入損耗：8dB，遠端抑制：≥60dB，最大輸入信號幅度：≥+30dBm，總功耗：≤40mW。

由於該寬帶濾波器倍頻程達到17以上，故將其劃分為5段進行濾波處理，具體實施的原理框圖如圖1所示，其中一段的詳細原理圖見圖3所示。選擇的單刀N擲開關為單刀 5擲開關(SP5T)，該SP5T，採用V1-V5，5位控制信號選通相應的分波段濾波器，在分波段濾波器內部，採用C1-C6，6位控制信號選通相應的高Q電容進行濾波器中心頻率變換。

選擇的單刀5擲開關(SP5T)，部分指標如下：

插入損耗：≤0.5dB；

隔離度：35dB；

IP3：55dBm(13dBm/tone)；

開關切換速度：100ns(最大值)；

功耗：200μA(3.0V)。

選擇的單刀雙擲開關，部分指標如下：

插入損耗：≤0.3dB；

隔離度：25dB；

IP0.1dB：+37dBm；

開關切換速度：100ns(最大值)；

功耗：100μA(3.0V)。