CN107124156B - 一种带增益输出的跳频滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带增益输出的跳频滤波器，包括依次连接的前级滤波器电路、射频放大电路、后级滤波器电路和射频开关电路，前级滤波器电路和后级滤波器电路均采用三通道不同频率的前级跳频滤波器并联，并在每个前级跳频滤波器或后级跳频滤波器的输入输出端设置有射频开关电路，还包括数字存储控制电路分别连接有前数字开关驱动电路和后数字开关驱动电路，前数字开关驱动电路分别连接到三通道前级跳频滤波器，后数字开关驱动电路分别连接到三通道后级跳频滤波器。本发明能够实现1.60‑5.49MHz、5.50‑14.49MHz和14.50‑29.99MHz三通道带增益输出的跳频滤波器，具有结构更加紧凑，频段功能增多，更有利于设备的微型化，也具有良好的稳定性和抗干扰能力。

Description

一种带增益输出的跳频滤波器
技术领域
本发明涉及一种带增益输出的跳频滤波器，属于一种滤波器技术领域。
背景技术
跳频技术是一种具有高抗干扰、高抗截获能力的扩频技术。当今电磁环境日趋密集、复杂，对通信机的抗干扰能力提出更高的要求。跳频滤波器就是针对新一代军用通信机研制的抗干扰的通信关键部件。一般小功率跳频滤波器置于接收机和发射机的前端（大功率跳频滤波器置于发射机的功放后级），用于信道分割，防阻塞和抑制不需要的信号。随着科技的进步，现代化的军事国防建设，现有的跳频滤波器具有射频输出增益、低噪声、高电性能短波段的跳频滤波都是由三个功能结构模块级联才能满足要求， 三个功能结构模块分别是：前级滤波模块，放大器模块，后级滤波器模块；三个功能结构模块在通信电台机柜安装结构时占用很大空间，重量重，可靠性差，维修速度慢，不利于设备的微型化。而带增益输出的跳频滤波器，将前级滤波功器块，放大器模块，后级滤波器模块，整合为一个功能结构模块，从而实现一个功能结构模块就能替代三个功能结构模块级联所拥有的性能，相比三个功能结构模块级联实现同样的性能就会存在更复杂的EMC问题，设计变得更加复杂，提高产品可靠性和维修速度，占用通信电台机柜空间更小，重量更轻，抗干扰能力更强，接收信道噪声系数更低，现有技术中同类型的产品都没有克服这些难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种带增益输出的跳频滤波器，实现其工作频率由三个通道组成：1.60-5.49MHz、5.50-14.49MHz和14.50-29.99MHz，能够实现少装结构模块就能够满足射频信号有增益输出、接收信道噪声系数低、高电性能，具有良好的稳定性和抗干扰能力，提高产品可靠性和维修速度，结构占用空间体积更小，重量更轻，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种带增益输出的跳频滤波器，包括依次连接的前级滤波器电路、射频放大电路、后级滤波器电路和射频开关电路，前级滤波器电路采用三通道不同频率的前级跳频滤波器并联，并在每个前级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，后级滤波器电路采用三通道不同频率的后级跳频滤波器并联，并在每个后级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，还包括数字存储控制电路分别连接有前数字开关驱动电路和后数字开关驱动电路，前数字开关驱动电路分别连接到三通道前级跳频滤波器，后数字开关驱动电路分别连接到三通道后级跳频滤波器。
优选的，上述射频开关电路包括输入射频开关和输出射频开关。
优选的，上述射频放大电路采用低噪声、高线性的放大器。
优选的，上述前级滤波器或后级滤波器包括PIN二极管阵列和电感耦合并联谐振回路，电感耦合并联谐振回路包括两个并联谐振回路和连接在两个并联谐振回路间的T电感耦合器，每个并联谐振回路由谐振电容阵列和谐振电感器组成，T型耦合电感器由三个电感组成，每个谐振电容阵列连接有PIN二极管。
优选的，上述数字存储控制电路的电路板采用叠层积压方式制作成四层结构，采用环氧树脂材料制作，射频开关电路的电路板采用聚四氟乙烯材料二层结构制作，数字存储控制电路的电路板的介电常数为4.5-4.7，射频开关电路的电路板的介电常数为2.20-3.00。
优选的，上述第一通道、第二通道或第三通道的前级滤波器和后级滤波器谐振电容阵列一端并联电连接在一起，另一端与PIN阵列二极管电连接，四个接入电感器一端分别与四个谐振电感器中间抽头电连接，另一端分别作为滤波器的输入端和输出端，四个谐振电感器一端与射频地电连接，另一端与谐振电容阵列的并联端电连接组成主谐振电路，并联谐振回路的T型耦合电感器三端分别电连接到输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器和射频地。
优选的，上述前级跳频滤波器和后级跳频滤波器中所有的电感器都使用低损耗铁粉芯磁环绕制。
优选的，上述第一通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为21圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为59圈，与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其绕线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为62圈;与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为8圈。
优选的，上述第二通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为11圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为33圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其线径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为36圈；与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为3圈。
优选的，上述第三通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-80-7和绕线圈数为7圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为22圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器其线径为0.8mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为20圈；与射频地电连接的耦合电感器其线径为0.5mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为1圈。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下效果：
（1）通过三个前级跳频滤波器和后级跳频滤波器通过射频放大电路连接分别形成第一通道、第二通道和第三通道的跳频滤波器，三通道的三个频段为1.60-5.49MHz、5.50-14.49MHz和14.50-29.99MHz，相比常规的滤波器，本发明能够实现少装结构模块就能够满足射频信号有增益输出、接收信道噪声系数低、高电性能，具有良好的稳定性和抗干扰能力，提高产品可靠性和维修速度，结构占用空间体积更小，重量更轻结构更加紧凑，频段功能增多，更有利于设备的微型化，并将控制数字电路集成到四层结构的电路板上和射频电路集成到两层结构的电路板上，具有良好的稳定性和抗杂波干扰能力，滤波器中心频率的3dB带宽大于25KHz，噪声系数小于7dB，增益为0-4dB，中心频率±2.5％，相对带外抑制大于30dBc，射频功率输出10dBm时三阶互调大于50dBc，有效解决了现有技术中存在的频段扩展过多带来的安装结构空间大和不利于设备微型化的问题；
（2）射频放大电路和数字控制电路分开布局，数字信号对射频电路的干扰下降到最低，射频电路底层是完整的地平面，具有最低的地阻抗和最优的信号回路，数字控制电路的电路板采用层叠积压方式制作层四层结构和射频放大电路采用两层结构，这些特殊的结构层关系和制作方法不同于常规的设计，真正实现电路板轻薄，抗折强度高、集成电路布局更加紧凑，又能将干扰影响降到最小，为了配合更好实现所述优异性能，控制数字电路和射频采用本申请的磁环以及绕线圈数精心调制，达到统一的电路参数的匹配，从而更好地实现良好的稳定性和抗杂波干扰能力。
附图说明
图1是本发明的控制结构示意图；
图2是滤波器连接结构示意图；
图3是本发明的谐振模块电路结构示意图；
图4是本发明的数字驱动电路结构示意图；
图5是本发明的存储控制电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1-图5所示，一种带增益输出的跳频滤波器，包括依次连接的前级滤波器电路、射频放大电路、后级滤波器电路和射频开关电路，前级滤波器电路采用三通道不同频率的前级跳频滤波器并联，并在每个前级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，后级滤波器电路采用三通道不同频率的后级跳频滤波器并联，并在每个后级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，还包括数字存储控制电路分别连接有前数字开关驱动电路和后数字开关驱动电路，前数字开关驱动电路分别连接到三通道前级跳频滤波器，后数字开关驱动电路分别连接到三通道后级跳频滤波器。
选用PIN二极管时，要考虑其结电容，应尽量选择结电容小的PIN二极管，谐振电容越小越好，滤波器旁路电容其自谐振频率应比当前通道的最高频率略大。
优选的，通信机主控板以太网发送频率码到以太网接口电路，经以太网接口电路处理后输出并行地址码控制上述数字控制电路存储芯片中所对应的地址存储并行数据码输出，并行数据码控制数字开关驱动电路输出高低电平，当并行数据码为高低电平，控制数字开关驱动电路输出0V，导通PIN二极管;为低电平时，控制数字开关驱动电路输出+400V，输出的+400V截至PIN二极管，来达到选择谐振阵列电容中的哪个电容参与谐振，改变并联谐振频率，实现跳频的目的。
优选的，上述射频开关电路包括输入射频开关和输出射频开关。
优选的，上述射频放大电路采用低噪声、高线性的放大器，输入输出与滤波器直接电连接调试匹配，不需要额外的匹配电路。
优选的，上述前级滤波器或后级滤波器包括PIN二极管阵列和电感耦合并联谐振回路，电感耦合并联谐振回路包括两个并联谐振回路和连接在两个并联谐振回路间的T电感耦合器，每个并联谐振回路由谐振电容阵列和谐振电感器组成，T型耦合电感器由三个电感组成，每个谐振电容阵列连接有PIN二极管。
优选的，上述数字存储控制电路的电路板采用叠层积压方式制作成四层结构，采用环氧树脂材料制作，射频开关电路的电路板采用聚四氟乙烯材料二层结构制作，数字存储控制电路的电路板的介电常数为4.5-4.7，射频开关电路的电路板的介电常数为2.20-3.00，射频电路和数字控制电路分开布局，数字信号对射频电路的干扰下降到最低；射频电路底层是完整的地平面，具有最低的地阻抗，和最优的信号回路。
优选的，上述第一通道、第二通道或第三通道的前级滤波器和后级滤波器谐振电容阵列一端并联电连接在一起，另一端与PIN阵列二极管电连接，四个接入电感器一端分别与四个谐振电感器中间抽头电连接，另一端分别作为滤波器的输入端和输出端，四个谐振电感器一端与射频地电连接，另一端与谐振电容阵列的并联端电连接组成主谐振电路，并联谐振回路的T型耦合电感器三端分别电连接到输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器和射频地。
优选的，上述前级跳频滤波器和后级跳频滤波器中所有的电感器都使用低损耗铁粉芯磁环绕制。
优选的，上述第一通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为21圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为59圈，与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其绕线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为62圈;与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为8圈。
优选的，上述第二通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为11圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为33圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其线径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为36圈；与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为3圈。
优选的，上述第三通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-80-7和绕线圈数为7圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为22圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器其线径为0.8mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为20圈；与射频地电连接的耦合电感器其线径为0.5mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为1圈。
数字开关驱动电路，如图3所示，当D0为高电平时，AP1输出为0V，当D1为低电平时，AP1输出为400V，图中，高耐压的开关三极管，组成推挽开关电路，当@A4为高电平时，DP4输出0V，当@A4为低电平时，DP4输出+400V。
如图5所示，为大数据容量的存储芯片。
上述跳频滤波器还包括外壳，外壳分两面安装：一面安装数字电路的电路板，另外一面安装射频电路的电路板，数字电路和射频电路的电连接使用镀银铜丝，前、后级滤波器的三个通道并联安装
本发明中的带增益输出的跳频滤波器，不同于常规的跳频滤波器，为实现所述功能，所述射频电路的接入电感器、并联谐振电感器、T型耦合电感器采用上述的制作材料和尺寸，各个元器件的设计、匹配组合使用，都通过大量的综合调试安装后，才能具有良好的稳定性，滤波器中心频率的3dB带宽大于25KHz，噪声系数小于7dB，增益为0-4dB，中心频率±2.5％相对带外抑制大于30dBc，射频功率输出10dBm时三阶互调大于50dBc。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：包括依次连接的前级滤波器电路、射频放大电路、后级滤波器电路和射频开关电路，前级滤波器电路采用三通道不同频率的前级跳频滤波器并联，并在每个前级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，后级滤波器电路采用三通道不同频率的后级跳频滤波器并联，并在每个后级跳频滤波器输入输出端设置有射频开关电路，还包括数字存储控制电路分别连接有前数字开关驱动电路和后数字开关驱动电路，前数字开关驱动电路分别连接到三通道前级跳频滤波器，后数字开关驱动电路分别连接到三通道后级跳频滤波器；射频开关电路包括输入射频开关和输出射频开关；前级滤波器或后级滤波器包括PIN二极管阵列和电感耦合并联谐振回路，电感耦合并联谐振回路包括两个并联谐振回路和连接在两个并联谐振回路间的T电感耦合器，每个并联谐振回路由谐振电容阵列和谐振电感器组成，T型耦合电感器由三个电感组成，每个谐振电容阵列连接有PIN二极管；第一通道、第二通道或第三通道的前级滤波器和后级滤波器谐振电容阵列一端并联电连接在一起，另一端与PIN阵列二极管电连接，四个接入电感器一端分别与四个谐振电感器中间抽头电连接，另一端分别作为滤波器的输入端和输出端，四个谐振电感器一端与射频地电连接，另一端与谐振电容阵列的并联端电连接组成主谐振电路，并联谐振回路的T型耦合电感器三端分别电连接到输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器和射频地。
2.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：射频放大电路采用低噪声、高线性的放大器。
3.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：数字存储控制电路的电路板采用叠层积压方式制作成四层结构，采用环氧树脂材料制作，射频开关电路的电路板采用聚四氟乙烯材料二层结构制作，数字存储控制电路的电路板的介电常数为4.5-4.7，射频开关电路的电路板的介电常数为2.20-3.00。
4.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：前级跳频滤波器和后级跳频滤波器中所有的电感器都使用低损耗铁粉芯磁环绕制。
5.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：第一通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为21圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为59圈，与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其绕线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为62圈;与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为8圈。
6.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：第二通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-50-7和绕线圈数为11圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为33圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器，其线径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为36圈；与射频地电连接的耦合电感器，其线径为0.5 mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为3圈。
7.根据权利要求1所述的一种带增益输出的跳频滤波器，其特征在于：第三通道四个接入电感器其绕线直径为0.5mm-0.6mm、磁环规格D-80-7和绕线圈数为7圈；四个谐振电感器其绕线直径为0.8 mm -1.0mm、磁环规格D-80-17和绕线圈数为22圈；与输入侧的谐振电感器、输出侧的谐振电感器电连接的耦合电感器其线径为0.8mm -1.0mm、磁环规格D-94-17和绕线圈数为20圈；与射频地电连接的耦合电感器其线径为0.5mm -0.6mm、磁环规格D-37-7和绕线圈数为1圈。
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