CN112311349B - 基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，包括离散分立电容C1‑C3、C6‑C8，钛酸锶钡压敏电容C4、C5，电感L1‑L7，开关二极管D1‑D6。本发明的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器采用两只BST钛酸锶钡高Q压敏电容外加六只高Q分立电容，高Q分立电容自由组合，将225MHz‑512MHz分段处理，再与高Q压敏电容并联使用，高Q值分立电容数量即可大大减小，节约了硬件成本和调试复杂性，由于高Q分立电容数量的减少，驱动电路相应减少，跳频滤波器体积功耗也相应减少，由于每段都复用了高Q压敏电容，高Q值分立电容只需要六只，从而大大节约了成本。

Description

基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器

技术领域

本发明属于通信领域跳频滤波器，适用于抗干扰通信射频前端预选器，特别适用于要求小型化、低成本、低功耗等多模终端、手持设备。

背景技术

为了避免通信时被敌方捕获干扰，现代通信要求采用跳频通信抗干扰方式。此时要求射频前端预选滤波器的中心频率要跟随系统跳频图案不停跳变。

随着多模终端的需要，要求在一个手持设备上集成电台、自组网、卫星移动通信诸多功能。射频前端预选滤波器性能对系统指标的实现尤为重要。

传统基于变容管跳频滤波器，控制简单，体积小。但由于变容二极管Q值低，滤波器选择性指标差。而且变容管受环境温度和批次性影响，在不同温度、不同批次条件下，指标特性变化较大，批量生产较为困难。

传统数控跳频滤波器，通过电子开关切换加载可变电容阵列实现滤波器中心频率的变化，性能可靠，指标优良，但驱动电路复杂，功耗体积较大，不适合应用于多模手持终端等要求低功耗、低成本设备。

发明内容

发明目的：

为了解决手持终端类产品射频前端抗干扰问题，本发明提出了一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器。

技术方案：

一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，包括离散分立电容C1-C3、C6-C8，钛酸锶钡压敏电容C4、C5，电感L1-L7，开关二极管D1-D6，电感L1的一端接入射频信号RFin，电感L1的另一端连接电感L2的一端、L3的一端，L2的另一端连接离散分立电容C1、C2、C3的一端以及钛酸锶钡压敏电容C4的第一端、电感L4的一端，离散分立电容C1、C2、C3的另一端分别对应连接D1、D2、D3的一端，D1、D2、D3的另一端连接L3的另一端、钛酸锶钡压敏电容C4的第二端并接地，电感L4的另一端连接连接离散分立电容C6、C7、C8的一端以及钛酸锶钡压敏电容C5的第一端、电感L5的一端，离散分立电容C6、C7、C8的另一端分别对应连接开关二极管D4、D5、D6的一端，电感L5的另一端连接电感L6的一端、电感L7的一端，开关二极管D4、D5、D6的另一端连接L6的另一端、钛酸锶钡压敏电容C5的第二端并接地，C3与D3的公共端连接C6与D4的公共端并接入电压VC1，C2与D2的公共端连接C7与D5的公共端并接入电压VC2，C1与D1的公共端连接C8与D6的公共端并接入电压VC3，钛酸锶钡压敏电容C4第三端即压控端与钛酸锶钡压敏电容C5的第三端即压控端连接并接入电压VC4，电感L7的一端接输出信号RFout。

进一步地，C1与D1、C2与D2、C3与D3、C6与D4、C7与D5、C8与D6的位置互换。

进一步地，钛酸锶钡压敏电容C4、C5的Q值大于100，离散分立电容C1-C3、C6-C8的Q值大于1000。

进一步地，VC1、VC2、VC3为高低两种状态高低电压-5V/28V、VC4为模拟压控电压，从2V～20V连续可变。

进一步地，通过微控制器控制VC1、VC2、VC3、VC4的电压。

进一步地，跳频通信时，根据工作频点，直接查表得到对应的12位二进制码，即可直接切换到所需工作频率，12位进制码为b-UHF/VHF、b-VC1、b-VC2、b-VC3、8位b-VC4。

有益效果：本发明的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器采用两只BST钛酸锶钡高Q压敏电容外加六只高Q分立电容，高Q分立电容自由组合，将225MHz-512MHz分段处理，再与高Q压敏电容并联使用，高Q值分立电容数量即可大大减小，节约了硬件成本和调试复杂性，由于高Q分立电容数量的减少，驱动电路相应减少，跳频滤波器体积功耗也相应减少，由于每段都复用了高Q压敏电容，高Q值分立电容只需要6只，从而大大节约了成本。

附图说明

图1为压敏电容跳频滤波器原理框图；

图2为离散分立电容与二极管互换后的压敏电容跳频滤波器原理框图；

图3为钛酸锶钡压敏电容电压电容对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

本发明采用BST钛酸锶钡材料制作的高Q压敏电容器件外加高Q分立电容形成可变谐振电容，从而实现一种低成本数控跳频滤波器，此种跳频滤波器结合了传统变容管跳频滤波器体积小、控制简单，和数字跳频滤波器选择性好的优点，适用于小型化、低成本、低功耗设备。本发明采用两只BST钛酸锶钡高Q压敏电容外加六只高Q分立电容，高Q分立电容自由组合，将225MHz-512MHz分段处理，然后再与高Q压敏电容并联使用，这样高Q值分立电容数量即可大大减小，节约了硬件成本和调试复杂性。采用此种跳频滤波器方案，由于每段都复用了高Q压敏电容，高Q值分立电容只需要6只，从而大大节约了成本。再看传统数字跳频滤波器，前后双调谐，每个调谐回路又分成8段，每段至少需要2-3个高Q值电容，这样高Q值电容数量至少需要32-48只。由于高Q分立电容数量的减少，驱动电路相应减少，跳频滤波器体积功耗也相应减少。在手持或便携设备上，这种跳频滤波器具有极高的成本优势。采用新型集成压敏电容器件代替传统的变容二极管，控制简单。由于压敏电容Q值的提高，跳频滤波器插损和选择性指标也会相应提高。在此跳频滤波器中，为了提高选择性指标，尽可能的抬高谐振电容的Q值。同样，由于谐振电感的重要性，如果谐振电感Q值做不高，同样会导致选择性指标恶化，故应尽可能采用高Q值电感。采用同样的电路，将谐振电感和谐振电容具体值改变，即可将工作频段扩展到其他频段，当然此时耦合电感也要改变，这样可以提高回波损耗的指标。另外可以适当采用过耦合的办法，提高工作带宽，可将此跳频滤波器应用在宽带跳频领域。将多个此种跳频滤波器组合，外加电子开关控制，可以组合出宽带跳频滤波器，适用于当前宽带通信需求

如图1所示，跳频滤波器采用双调谐，电感耦合结构，谐振电容由C1-C3、C6-C8离散分立电容，钛酸锶钡压敏电容C4、C5并联产生。射频信号由RFin输入，经L1接入电感接入由L2、L3、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3构成的并联谐振网络，且L3、D1、D2、D3、C4有一端接地。经L4耦合电感，再经C5、C6、C7、C8、L5、L6、D4、D5、D6构成的谐振网络，且C5、D4、D5、D6、L6有一端接地，最后经L7电感，射频信号由RFout端口输出。钛酸锶钡压敏电容C4、C5的Q值大于100，离散分立电容C1-C3、C6-C8的Q值大于1000

D1-D6射频开关由PIN开关二极管制成，利用PIN二极管的正向导通、反向截止特性。需注意PIN二极管的正向导通电阻应尽可能的小，以减小跳频滤波器的插损。

C1-C3、C5-C7电容是否接入由D1-D6开关二极管控制，并最终决定跳频滤波器中心频点位置。具体控制方式参考中心频率与压控电压控制真值表，见表1。

表1

F1-F8表示8个不同的频点，频点位置由VC1、VC2、VC3控制，VC1、VC2、VC3出-5V，真值表为1，开关管导通，相应电容参与谐振。VC1、VC2、VC3出+28V，真值表为0，开关管截止，相应电容不参与谐振。

Δf表示可控变化的频率，频率微调范围由钛酸锶钡压敏电容控制，由8位DAC产生模拟电压，电压值不同，压敏电容不同，谐振频率可以微调。

开关控制信号VC1由高低两种电压控制，接入D3、D4的2脚，控制D3、D4是否导通，从而决定C3、C6电容是否接入谐振回路，VC1为-5V时D3、D4导通，C3、C6参与谐振，VC1为+28V时，D3、D4截止，C3、C6不参与谐振。

开关控制信号VC2由高低两种电压控制，接入D2、D5的2脚，控制D2、D5是否导通，从而决定C2、C7电容是否接入谐振回路，VC2为-5V时D2、D5导通，C2、C7参与谐振，VC2为+28V时D2、D5截止，C2、C7不参与谐振。

开关控制信号VC3由高低两种电压控制，接入D1、D6的2脚，控制D1、D6是否导通，从而决定C1、C8电容是否接入谐振回路，VC3为-5V时，D1、D6导通，C1、C8参与谐振，VC3为+28V时，D1、D6截止，C1、C8不参与谐振。

模拟控制信号VC4，电压范围2V～20V连续线性变化，可以控制高Q压敏电容C4、C5的容值。钛酸锶钡压敏电容线性连续变化，如图3所示。

由此，双谐振回路的频率范围由C1-C3、C6-C8电容是否接入，C4、C5压控电容范围来共同决定。

实际跳频通信时，根据频率控制字，直接查表得到VC1-VC4控制逻辑，即可直接切换到所需工作频率，总控制、切换时间小于10us，可以满足目前跳频通信的要求。表2给出了部分中心频率与控制逻辑真值表。

表2

其中，UHF/VHF表示控制工作在UHF频段即特高频，还是VHF频段即甚高频，为1时工作在特高频，为0时工作在甚高频，F1-F8表示8个不同的频点，Δf表示可控变化的频率，VC1-VC3控制开关电容C1-C3、C6-C8是否接入，决定工作在F1-F8中的哪段，VC4：由8位DAC转换得到模拟电压值，控制压敏电容，决定Δf的具体位置，精确控制具体频点。

D1-D6的具体位置可以与C1-C3、C6-C8相互调换，只需注意驱动电压需相应变化，保证PIN开关二极管导通时正向偏置，截止时反向偏置，如图2所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，包括离散分立电容C1-C3、C6-C8，钛酸锶钡压敏电容C4、C5，电感L1-L7，开关二极管D1-D6，电感L1的一端接入射频信号RFin，电感L1的另一端连接电感L2的一端、L3的一端，L2的另一端连接离散分立电容C1、C2、C3的一端以及钛酸锶钡压敏电容C4的第一端、电感L4的一端，离散分立电容C1、C2、C3的另一端分别对应连接D1、D2、D3的一端，D1、D2、D3的另一端连接L3的另一端、钛酸锶钡压敏电容C4的第二端并接地，电感L4的另一端连接离散分立电容C6、C7、C8的一端以及钛酸锶钡压敏电容C5的第一端、电感L5的一端，离散分立电容C6、C7、C8的另一端分别对应连接开关二极管D4、D5、D6的一端，电感L5的另一端连接电感L6的一端、电感L7的一端，开关二极管D4、D5、D6的另一端连接L6的另一端、钛酸锶钡压敏电容C5的第二端并接地，C3与D3的公共端连接C6与D4的公共端并接入电压VC1，C2与D2的公共端连接C7与D5的公共端并接入电压VC2，C1与D1的公共端连接C8与D6的公共端并接入电压VC3，钛酸锶钡压敏电容C4第三端即压控端与钛酸锶钡压敏电容C5的第三端即压控端连接并接入电压VC4，电感L7的一端接输出信号RFout。

2.根据权利要求1所述的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，C1与D1、C2与D2、C3与D3、C6与D4、C7与D5、C8与D6的位置互换。

3.根据权利要求1所述的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，钛酸锶钡压敏电容C4、C5的Q值大于100，离散分立电容C1-C3、C6-C8的Q值大于1000。

4.根据权利要求1所述的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，VC1、VC2、VC3为高低两种状态高低电压-5V/28V、VC4为模拟压控电压，从2V～20V连续可变。

5.根据权利要求1所述的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，通过微控制器控制VC1、VC2、VC3、VC4的电压。

6.根据权利要求3所述的一种基于钛酸锶钡压敏电容跳频滤波器，其特征在于，跳频通信时，根据工作频点，直接查表得到对应的12位二进制码，即可直接切换到所需工作频率，12位进制码为b-UHF/VHF、b-VC1、b-VC2、b-VC3、8位b-VC4。