一種基于共址濾波器解決同址多臺的方法

潘耿峰

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

一種基于共址濾波器解決同址多臺的方法

潘耿峰

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

通過對X電臺的同址多臺問題進行詳細分析，提出了一種濾波的解決方法，根據(jù)電臺指標分析其可行性，并詳細說明應用于X電臺共址濾波器模塊的原理、濾波器仿真以及生產(chǎn)調(diào)試的經(jīng)驗方法。

同址多臺共址濾波濾波器仿真

1　引言

X電臺集成2個能與A軍電臺通信的A通道（30—90MHz）、1個能與B軍電臺通信的B通道（30—90MHz）和1個能與C軍電臺通信的C通道（100—400MHz）為一體，對應4個通道模塊和4根天線，既能單獨和A軍、B軍或C軍電臺通信，又能實現(xiàn)不同兵種、不同體系之間的連接作用，使原本不能通信的A軍電臺、B軍電臺和C軍電臺能夠相互通信。在用戶裝車試驗中發(fā)現(xiàn)，當4個通道同時工作時，存在通道間相互干擾，不能同時進行通信。

2　原理分析

為解決跳頻同臺多機問題，項目組進行電臺裝車仿真實驗。天線間距如圖1所示，4個天線各安裝在通信車的4個角上。

圖1　天線裝車圖

通過試驗分析，發(fā)現(xiàn)X電臺存在典型的同址多臺問題，具體如下：

（1）發(fā)射信號阻塞接收信號。由于天線間距短，接收天線與發(fā)射天線間信號耦合很強，如表1所示。當天線間距為1.2m時，天線間的隔離度在90MHz頻率時為24dB，在30MHz頻率時只有10dB，因此發(fā)射信號阻塞接收通道前級低噪放，噪聲系數(shù)增加，產(chǎn)生非線性，使接收通道不能正常工作。

表1　不同頻率下的天線隔離度

（2）發(fā)射雜散及諧波落入接收頻段，干擾接收通道，使之不能正常工作。

（3）當電臺2個通道發(fā)射、1個通道接收時，2個發(fā)射頻率的互調(diào)產(chǎn)物落入接收頻段，干擾接收通道，使之不能正常工作。

（4）發(fā)射信號的寬帶噪聲以及2個發(fā)射頻率的互調(diào)產(chǎn)物搬移到接收頻點的寬帶噪聲，干擾微弱接收信號。

綜合上述問題，其中以電臺2個通道發(fā)射時產(chǎn)生的互調(diào)問題最難解決，因為2個發(fā)射信號的互調(diào)可在發(fā)射通道的功放處產(chǎn)生，也可在接收通道放大器產(chǎn)生。并且因互調(diào)產(chǎn)物而搬移的發(fā)射寬帶噪聲幾乎覆蓋整個通信頻段，淹沒遠處發(fā)射過來的接收信號。

3　解決思路

解決同址多臺問題的最根本問題是增加天線間的隔離度，最簡單的方法是增加天線的距離，但由于電臺裝車要求，天線距離是固定的。另外一個方法是通過濾波器來增加天線間的隔離度，2個天線不同時工作在相同頻率，假設天線1工作在頻率30MHz處、天線2工作在頻率40MHz處，在天線1增加帶通濾波器，其中心頻率為30MHz，在40MHz處的抑制為40dB，則天線2的發(fā)射功率在天線1處將被濾波器抑制40dB，相當于天線間的隔離度增加了40dB。

4　指標分析

假設濾波器帶外抑制為40dB，根據(jù)X電臺實際通信指標，分析增加濾波器之后射頻通道間的相互干擾問題。

（1）抗阻塞干擾。如圖2所示，X電臺發(fā)射功率為20W（43dBm），濾波器隔離度為40dB，天線隔離度為10dB，則進入接收通道信號電平為-7dBm，X電臺接收通道靈敏度電平為-117dBm，在10MHz處雙信號選擇性為110dB，此時要求收發(fā)頻率間隔為10MHz。

圖2　阻塞干擾、雜散抑制和寬帶噪聲分析圖

（2）雜散抑制。如圖2所示，根據(jù)上文要求收發(fā)頻率間隔為10MHz，則要求發(fā)射信號在10MHz的雜散抑制大于110dB。

（3）諧波抑制。如圖3所示，X電臺發(fā)射諧波抑制要求大于50dB，則要求發(fā)射頻率的諧波點偏離接收頻點500kHz以上（接收通道在500kHz處雙信號選擇性指標為60dB）。

（4）互調(diào)抑制。如圖4所示，假設互調(diào)產(chǎn)物在其中一個發(fā)射通道的功放處產(chǎn)生，功放在43dBm輸出時的互調(diào)抑制指標為25dB，則要求其三階互調(diào)頻率偏離接收頻點50kHz以上（接收通道在500kHz處雙信號選擇性指標為35dB）。其他階數(shù)的互調(diào)產(chǎn)物基本抑制到靈敏度電平以下；而因互調(diào)產(chǎn)物而產(chǎn)生的寬帶噪聲搬移，基本可抑制到靈敏度電平以下。

圖3　諧波抑制分析圖

圖4　互調(diào)抑制分析圖

（5）寬帶噪聲。如圖2所示，信號帶寬為16kHz，收發(fā)頻率間隔為10MHz，則要求發(fā)射信號在10MHz處的寬帶噪聲大于110dBc/16kHz，即109dBm/Hz。

根據(jù)上述推算結(jié)果，若濾波器帶外抑制為40dB，需對X電臺預先進行如下頻率規(guī)劃：

（1）收發(fā)頻率間隔10MHz以上。

（2）發(fā)射二次諧波間隔接收頻率500kHz以上。

（3）發(fā)射三階互調(diào)產(chǎn)物間隔接收頻率50kHz以上。

在頻率規(guī)劃時應考慮上述要求，避免產(chǎn)生有沖突的頻率設置；結(jié)合LC濾波器的工程化性能，將通信頻段30—90MHz等分為6個頻段，對應設置6個帶通濾波器，每個濾波器通帶為10MHz、過渡帶為10MHz、帶外抑制為40dB。如圖5所示，要求同時2個射頻通道工作在不相鄰的2 個頻段內(nèi)（圖中實線濾波器所示），則滿足收發(fā)頻率間隔10MHz以上。

圖5　頻段劃分圖

5　共址濾波模塊設計

根據(jù)上述思路，在X電臺增加一個共址濾波器模塊，如圖6所示。共址濾波器模塊由1個電源邏輯板、3個帶通濾波板和1個高通濾波板組成。

圖6　跳頻濾波模塊框圖

電源邏輯板由相對獨立的開關電源電路和邏輯譯碼控制電路組成。開關電源電路為DC-DC變換模塊，提供跳頻濾波板所需的電源；邏輯譯碼控制電路直接從X電臺總線背板上接收四路射頻通道的工作模式和頻率等參數(shù)信息，控制帶通濾波板，使其選通相應的帶通濾波器接入電路。

帶通濾波板內(nèi)含6個帶通濾波器，如圖7所示，通過PIN管開關電路，控制選通的頻帶。

圖7　帶通濾波板框圖

在濾波器的設計上，選擇采用一個7階串聯(lián)型高通濾波器和一個7階并聯(lián)型低通濾波器串聯(lián)的方法來實現(xiàn)帶通濾波器。這樣設計的好處是：電路沒有較大的電容和電感，因為容值在500pF以上的高Q電容要么耐壓太低，要么體積太大；而電感量在500nH以上時，電感繞線太密，不宜生產(chǎn)加工，且調(diào)試電感只有6個，并且在調(diào)試時可以分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器指標，再將2個濾波器串聯(lián)，微調(diào)接口處電容即可實現(xiàn)所需的帶通濾波器，在指標上和帶通濾波器基本一致。2個濾波器串聯(lián)的電路圖和仿真波形分別如圖8、圖9所示。

根據(jù)上述仿真結(jié)果，理論上濾波器的指標為：帶內(nèi)插損＜0.9dB，帶內(nèi)波動＜0.5dB，帶外衰減＞40dB，反射衰減＞20dB，過渡帶＜10MHz。

圖8　帶通濾波器仿真電路圖

圖9　帶通濾波器仿真幅頻曲線圖

6　工程化實現(xiàn)

實際裝配出來的電路和仿真的電路有很大區(qū)別。在仿真中，器件都是相對的理想器件，而實際電路中還存在耦合電容、引線電感以及控制電路干擾等。在設計中需做相應的處理，才能使6路濾波器的實際曲線基本符合仿真結(jié)果，達到設計指標。共址濾波器模塊設計中的處理措施和調(diào)試經(jīng)驗舉例如下：

（1）PCB布板時，采用屏蔽框6路濾波器隔開，減少各路濾波器之間的相互串擾；印制板在濾波電路區(qū)域一般不鋪地銅，減少電感和印制板之間的耦合電容。同時，在每路濾波器中增設測試點，可分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器。

（2）增加控制信號的濾波電路。由于濾波器的交流通道和直流控制通道是一致的，所以在每路控制信號上都采用電感并聯(lián)電容下地的濾波電路，避免控制電路引入干擾。

（3）由于電路上的耦合電容因素，濾波器端接阻抗不是純50Ω電阻，因此必須相應調(diào)整濾波電路接口處的電容容值，一般是減少并聯(lián)處的電容容值。

（4）在調(diào)試中，當反射衰減達到20dB而帶內(nèi)插損不達標時，應考慮PIN管的導通電流是否足夠，當PIN管導通電流不足時，其導通電阻較大，這時應減少電路直流回路的電阻，增大PIN管導通電流。

（5）在濾波器設計中，可以用ADS進行整體仿真，預先排除設計上的一些遺漏或者錯誤。

最后，在產(chǎn)品的高低溫環(huán)境試驗中，濾波器的指標都符合設計仿真結(jié)果，達到設計要求。

7　結(jié)束語

通過實際結(jié)果證明，本文介紹的共址濾波器模塊是解決同址多臺問題的一種有效方法，在用戶補充實驗中，改進后的X電臺成功地實現(xiàn)了4個信道同時工作，通信距離正常且通話效果良好。

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潘耿峰：通信工程師，學士畢業(yè)于桂林電子科技大學通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州海格通信集團股份有限公司，主要從事射頻電路設計工作。

A Solution to Solving Co-Site Multi-Radios Based on Co-Site Filtering

PAN Geng-feng
(Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company, Guangzhou 510663, China)

The problem of co-site multi-radios of Radio X was analyzed in depth and a filtering solution was proposed. According to specifi cations of the radio, the feasibility of the solution was addressed. In addition, the principles of co-site fi ltering module, fi lter simulation, experience and method of manufacturing and debugging, which were applied to Radio X, were elaborated.

co-site multi-radiosco-site fi lteringfi lter simulation

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.16.013

TN924

A

1006-1010(2015)16-0067-05

2015-07-08

責任編輯：袁婷yuanting@mbcom.cn

引用格式：潘耿峰. 一種基于共址濾波器解決同址多臺的方法[J]. 移動通信, 2015,39(16): 67-71.