用多段帶通濾波器實現(xiàn)射頻前端信號處理設(shè)計

張磊+王冬梅

[摘 要]本文介紹了一種用多段LC無源帶通濾波器代替跳頻濾波器處理射頻前端信號的設(shè)計及實現(xiàn)的方法，該濾波器指標(biāo)優(yōu)良，插入損耗2dB以內(nèi)，帶外衰減達40dB以上。較好地解決了射頻前端信號的濾波問題，不衰減有用信號，不會引起底部噪聲的抬高，經(jīng)上機試用效果良好。在保證信號質(zhì)量的前提下，大幅度降低了整機成本。

[關(guān)鍵詞]帶通濾波器、插入損耗、帶外衰減、輸入輸出阻抗

中圖分類號：TN858；TN925.93 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）39-0005-02

技術(shù)背景

本技術(shù)屬于通信設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用多段帶通濾波器實現(xiàn)射頻前端信號處理的方法。近代電子設(shè)備中，廣泛地應(yīng)用著各種型式的濾波器。在某型短波電臺的研制過程中，射頻前端原使用跳頻濾波器進行前端信號的處理，跳頻濾波器整體插入損耗大，成本高。而本案用多段LC無源帶通濾波器代替跳頻濾波器處理射頻前端信號，減小插入損耗的同時，成本大幅降低。

技術(shù)內(nèi)容

本技術(shù)的目的在于提供一種1.6MHz～30MHz頻率的多段LC帶通濾波器，在1.6MHz～30MHz頻率范圍分成多個頻段，用高低通合成的方法設(shè)計帶通濾波器，本發(fā)明中將1.6MHz～30MHz該頻率范圍分成十五段，選用L、C集總元件實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。該濾波器通帶寬度從0.4MHz～6MHz不等，阻帶衰減可達40dB以上，插入損耗僅2dB左右，較好地解決了射頻前端信號的選擇問題。在保證信號質(zhì)量的前提下，大幅度降低整機成本，成功解決了該型電臺跳頻濾波器的問題。

本技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：通路包括輸入端和輸出端以及接地端。通過低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)形成LC帶通濾波器，該濾波器通帶寬度從0.4MHz～6MHz不等，阻帶衰減最高可達40dB以上，插入損耗僅2dB左右，能夠有效濾除接收信號以外的雜波信號，不衰減有用信號，不會引起底部噪聲的抬高，經(jīng)上機試用效果良好。在保證信號質(zhì)量的前提下，大幅度降低了整機成本。

附圖說明

圖1是本技術(shù)濾波器其中某一段的原理示意圖。

圖中，C1第一電容，L1第一電感，C2第二電容，L2第二電感，C3第三電容，L3第三電感，C4第四電容，L4第四電感，C5第五電容，L5第五電感，C6第六電容，C7第七電容，C8第八電容，C9第九電容，C10第十電容，C11第十一電容，C12第十二電容，A 輸入端，B輸出端，C接地端。（本例中輸入輸出阻抗均為50Ω）

具體實施

下面結(jié)合具體實施方式對本技術(shù)進行詳細(xì)說明。

如圖1所示為本技術(shù)濾波器的原理示意圖，包括輸入端和輸出端以及接地端，是由一個低通濾波器和一個高通濾波器級聯(lián)而成。其中C1，C2，L1，C3，C4，

L2，C5，C6，L3，C7為低通濾波器部分；C8，L4，C9，C10，L5，C11，C12為高通濾波器部分。

以上各個電子器件的取值通過以下過程得到：

先需要確定帶通濾波器達到的參數(shù)要求，本例中選其中2.0MHz～3.0MHz舉例說明。2.0MHz～3.0MHz帶通濾波器是由一個3.0MHz低通濾波器和一個2.0MHz高通濾波器級聯(lián)而成。

低通濾波器截止頻率fc=3.0MHz；

低通濾波器阻帶帶邊頻率f1=3.6MHz；

f1處的衰減不小于40dB；

輸入輸出阻抗均為50歐姆。

選n=7。

可得到0.1dB帶內(nèi)波動的橢圓函數(shù)歸一化低通濾波器，查表后確定橢圓函數(shù)歸一化低通濾波器的參數(shù)。

將低通濾波器標(biāo)度到截止頻率fc=BW1dB=3.0 MHz，公式如下

L*=L*R/ωc=L*50/2πfc①

C*=C/ωc*R =C/2πfc*R ②

根據(jù)上述查表、以及①、②公式計算后，可得低通部分各個器件的參數(shù)值如下：第一電感為3.11？H，第一電容為1000pF，第二電感2.0μH，第二電容為200pF，第三電感為2.0？H，第三電容為1300pF，第四電容為1100pF，第五電容為1200pF，第六電容為750pF，第七電容為680pF。

高通濾波器截止頻率fc=2.0MHz；

高通濾波器阻帶帶邊頻率f2=1.2MHz；

F2處的衰減不小于40dB；

輸入輸出阻抗均為50歐姆。

選n=5。

可得到0.1dB帶內(nèi)波動的橢圓函數(shù)歸一化低通濾波器，查表后確定橢圓函數(shù)歸一化低通濾波器的參數(shù)。將歸一化的低通濾波器轉(zhuǎn)化為高通濾波器，再將高通濾波器標(biāo)度到截止頻率fc=2.0MHz，公式如下

Cn=1/RLωc*Ln*③

Ln=RL/ωc*Cn*④

根據(jù)上述查表、以及③、④公式計算后，可得高通部分各個器件的參數(shù)值如下：第四電感為3.60？H，第五電感5.17μH，第八電容為1800pF，第九電容為8200pF，第十電容為1000pF，第十一電容為2700pF，第十二電容為2400pF。

使用時，將信號從輸入端A輸入到濾波器中，從輸出端B輸出就能夠得到符合要求的信號。這樣就將濾波器的各個器件的參數(shù)值確定下來。

根據(jù)具體的頻率劃分見表1，將1.6MHz～30MHz劃分為通帶寬度從0.4MHz～6MHz不等帶通濾波器。

該濾波器代替跳頻濾波器由三部分組成，第一部分為控制電路，一種用多段LC無源帶通濾波器代替跳頻濾波器的波段轉(zhuǎn)換由母板送來的四根數(shù)據(jù)線A0、A1、A2、A3經(jīng)譯碼電路譯碼后，控制相應(yīng)波段的通、斷以及直通。其作用是控制各波段PIN管的導(dǎo)通與截止，完成濾波器的波段轉(zhuǎn)換；第二部分為濾波網(wǎng)絡(luò)，濾波網(wǎng)絡(luò)電路由十五段帶通濾波器和相應(yīng)的PIN二極管及其外圍電路組成。第三部分為收、發(fā)轉(zhuǎn)換電路，由三極管和電子開關(guān)組成。當(dāng)電臺處于接收狀態(tài)時，電子開關(guān)處于常態(tài)，收電路接通，從天線接收到的信號經(jīng)帶通濾波器濾除噪聲干擾后，送入信道/業(yè)務(wù)模塊。當(dāng)電臺處于發(fā)射狀態(tài)時，電子開關(guān)處于吸合狀態(tài)，發(fā)電路接通，由信道/業(yè)務(wù)模塊送出的激勵信號經(jīng)帶通濾波器濾除雜波后，送入功放模塊。

多段LC無源帶通濾波器收發(fā)轉(zhuǎn)換時間短、插損小、功耗低，改善了短波電臺的信號質(zhì)量，在短波電臺接收時主要濾除接收頻帶之外的噪聲干擾，改善射頻前端的信號質(zhì)量；發(fā)射時主要濾除發(fā)射頻帶之外的雜散噪聲，改善射頻激勵的信號質(zhì)量。

參考文獻

[1] 《模擬濾波器與電路設(shè)計手冊》，（美）亞瑟B.威廉姆斯 著，路秋生 譯 電子工業(yè)出版社 2015年12月

[2] 《射頻電路設(shè)計—理論與應(yīng)用》，（美）路德維格 等 電子工業(yè)出版社 2013年8月