CN113630352B - 一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，包括信号输入端和信号输出端，在信号输入端和信号输出端之间设有高通移相网络和与高通移相网络并联的谐振回路；当信号频率远离谐振点时，信号只从高通移相网络通过，当信号频率位于谐振点时，信号同时从高通移相网络和谐振回路通过；高通移相网络在信号通过时使信号产生相移，谐振回路在信号通过时使信号产生与信号通过高通移相网络时产生的相移相反的相移。本发明一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，具有良好的频率选择性和不小于60dB的陷波深度，是一种理想的同址干扰抑制电路。

Description

一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路

技术领域

本发明属于抗干扰电路领域，尤其涉及一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路。

背景技术

目前短波/超短波在通信领域得到了广泛的应用，短波/超短波电台主要传送模拟调幅信号，包括语音信号和短时间的数据通信等业务。随着信息化的发展，通信需求量也越来越大，在大型载体上有时就会有多个短波/超短波大功率发射机和接收机同时工作，来自电台发射机的信道干扰波的幅度比信号的幅度要大很多。而且干扰波的波形比较复杂，干扰波的基频也不固定。虽然采取了很多优化手段去安装这些天线，但是由于接收天线都是宽带全向天线，造成近距离的高功率发射机发射出的信号不可避免的进入到接收天线当中，这种对接收机而言的干扰信号有时候会非常强烈。测试结果表明，在接收天线处可以接收到高达30W的干扰信号。这种强烈的干扰(同址干扰)往往会导致接收机阻塞、灵敏度下降，使接收机无法正常工作甚至损坏。因此短波/超短波电台之间的相互干扰对其在大型系统平台内部的集成提出了严峻挑战，这是短波/超短波电台所亟待解决的问题。

为了解决这类同址干扰问题，目前国内外通常采用时分制方法，其基本思想是分时使用产生干扰和受干扰的设备。这种方法限制了设备的工作时间和时机，严重影响了设备的使用效能。一些国内外学者还提出一种利用矢量合成叠加原理的射频干扰对消技术，即在接收端产生与干扰等幅反相的信号进行叠加相消。然而这种信号对消技术存在技术难度高、控制精密且敏感、设备体积大、造价昂贵等问题，难以实现。此外，数字域干扰抑制适用于干扰信号能无失真进入数字域的场合，当干扰信号导致射频前端出现失真时，数字域处理将无能为力。

目前，缺少一种用于对抗短波/超短波电台同址干扰的基于集总参数元件的陷波技术。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，能够抑制来自临近大功率电台发射机窄带强同址干扰，在进行放大和转换之前用射频陷波滤波器把混入信号中的强窄带干扰滤去，不仅能保护A/D免于阻塞，增大信号的动态范围，还可省去进行数字自适应滤波所需的运算时间，增加处理结果的实时性，提升电台接收工作性能。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

本发明提出的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，包括信号输入端和信号输出端，在信号输入端和信号输出端之间设有高通移相网络和与高通移相网络并联的谐振回路；

当信号频率远离谐振点时，信号只从高通移相网络通过，当信号频率位于谐振点时，信号同时从高通移相网络和谐振回路通过；

高通移相网络在信号通过时使信号产生相移，谐振回路在信号通过时使信号产生与信号通过高通移相网络时产生的相移相反的相移。

进一步的，高通移相网络在信号通过时使信号产生的相移为正90度相移，谐振回路在信号通过时使信号产生的相移为负90度相移。

进一步的，谐振回路采用导纳逆变谐振回路。

进一步的，导纳逆变谐振回路包括第一电感、第二电感、第一电容和调谐单元；

第一电感一端与信号输入端连接，另一端与第一电容连接；第一电容另一端与第二电感连接，第二电感另一端与信号输出端连接；调谐单元与第一电容连接。

进一步的，调谐单元采用变容二极管。

进一步的，变容二极管包括第一变容二极管和第二变容二极管，第一变容二极管负极与第一电容连接，正极接地；第二变容二极管负极与第一电容另一端连接，正极接地。

进一步的，高通移相网络和谐振回路没有共用的电感和电容。高通移相网络与导纳逆变谐振回路没有共用的电感和电容，便于各支路的独立调节和优化的同时，也更加有利于相位相消。

进一步的，高通移相网络包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感和第五电感。

第二电容一端与信号输入端连接，另一端与第三电容连接；第三电容另一端与信号输出端连接；第三电感与第二电容连接信号输入端的一端连接，第三电感另一端接地；第四电感与第二电容连接第三电容的一端连接，第四电感另一端接地；第五电感与第三电容连接信号输出端的一端连接，第五电感另一端接地。

进一步的，陷波电路的陷波深度不小于60dB。

进一步的，陷波电路可以直接在信号输入端和信号输出端之间级联N级，N为正整数。本发明提出的陷波电路,因为没有共用的电感和电容，因此在级联N级时后，产生陷波滤波作用的同时，不会相互干扰影响。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提出的陷波电路具有良好的频率选择性和不小于60dB的陷波深度，能够抑制来自临近大功率电台发射机窄带强同址干扰，在进行放大和转换之前用射频陷波滤波器把混入信号中的强窄带干扰滤去，不仅能保护A/D免于阻塞，增大信号的动态范围，还可省去进行数字自适应滤波所需的运算时间，增加处理结果的实时性，提升电台接收工作性能，是一种理想的同址干扰抑制电路。

(2)高通移相网络与导纳逆变谐振回路没有共用的电感或电容，便于各支路的独立调节和优化，同时本发明提出的陷波电路可以直接在信号输入端和信号输出端之间级联多级，在产生陷波滤波作用的同时，不会相互干扰影响。

(3)电路电感数量相比于传统相移相消电路更少，工艺实现难度更低，并兼具有陷波深度大、相对带宽窄、选择性好等特点。

附图说明

图1是本发明优选实施例的基于相位相消的频率连续可调陷波电路原理图；

图2是本发明优选实施例的相移相消陷波原理拓扑图；

图3是本发明优选实施例的中心频点f0处高通移相网络和导纳逆变谐振回路的相移对比图。

图4是本发明优选实施例的陷波特性随中心频率变化曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1所示，本优选实施例提出的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，其信号输入端的电路和信号输出端的电路以匹配电阻等效替代。在本优选实施例中，基于相位相消的频率连续可调陷波电路是由高通移相网络和导纳逆变谐振回路构成。

当信号频率远离谐振点时，信号只从高通移相网络通过，当干扰信号频率位于谐振点时，信号同时从高通移相网络和导纳逆变谐振回路通过。

如附图2所示，当信号频率远离谐振点时，信号只从高通移相网络通过，信号幅度的变化由高通移相网络的插损决定，且信号产生正90度相移。当干扰信号频率位于谐振点时，信号将同时从高通移相网络和导纳逆变谐振回路通过，在相位上分别产生正90度和负90度相移，即相位差为180度，干扰信号的相位将叠加相消。理论上在中心频率处将产生无穷大衰减的陷波。需要说明的是，信号从高通移相网络和导纳逆变谐振回路通过，在相位上分别产生正90度和负90度相移是最优方案，若在相位上分别产生正(90±20)度和负(90±20)度相移，同样能够实现干扰信号的叠加相消，但陷波滤波的性能会有所下降，具体根据工程实际指标可进行不同的设计，以同时满足工程实际需要。

在本优选实施例中，导纳逆变谐振回路包括第一电感、第二电感、第一电容、第一变容二极管和第二变容二极管，其中第一电感和第二电感的值为L2，第一电容的值为C2，第一变容二极管的值为C3m，第二变容二极管的值为C3p。

第一电感一端与信号输入端连接，另一端与第一电容连接；第一电容另一端与第二电感连接，第二电感另一端与信号输出端连接；第一变容二极管和第二变容二极管的负极分别与第一电容不同端连接，第一变容二极管和第二变容二极管的正极接地。调节变容二极管C3m和C3p的值能够改变导纳逆变谐振回路的谐振点，使得本实施例的陷波电路的频率连续可调。

在本优选实施例中，高通移相网络包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感和第五电感，第二电容一端与信号输入端连接，另一端与第三电容连接；第三电容另一端与信号输出端连接；第三电感与第二电容连接信号输入端的一端连接，第三电感另一端接地；第四电感与第二电容连接第三电容的一端连接，第四电感另一端接地；第五电感与第三电容连接信号输出端的一端连接，第五电感另一端接地。其中第二电容、第三电容的电容值均为C1，第三电感和第五电感值为L1，第四电感值是第三电感和第五电感的一半，为L1/2。

相较于传统基于相位相消原理的电路，即2010美国海军实验室DouglasR.Jachowski设计的电路，本优选实施例提出的陷波电路在高通移相网络与导纳逆变谐振回路没有共用的电感或电容，这样便于各自支路的独立调节和优化，在调整导纳逆变谐振回路的元件L2、C2、C3m和C3p时，不会影响高通移相网络元件C1、L1，该方案电路可以直接在匹配电阻端级联N级，在产生陷波滤波作用的同时，而不会相互干扰影响。同时本优选实施例所采用的电感数目为5个，而2010美国海军实验室Douglas R.Jachowski设计的电路共采用了7个电感，因此本优选实施例所采用的电感数目更少，工程实现更加容易。

中心频点f0处，高通网络和导纳逆变谐振回路的相移对比图如图3所示。从图中可以看出，在中心频点f0处，干扰信号通过高通网络产生正90度相移，干扰信号通过导纳逆变谐振回路产生负90度相移，二者将在中心频点f0附近3dB陷波带宽为产生带阻特性。从图中可以看出3dB陷波带宽的宽度取决于导纳逆变谐振回路相移在中心频点f0的斜率，即斜率越大3dB陷波带宽越窄，并且3dB陷波带宽是由导纳逆变谐振回路的电感、电容和变容二极管参数决定。

下面将给出本优选实施例提出的陷波电路的理论推导部分。

采用二阶高通π型网络构成正90度高通移相网络，在保证带内相移为

的情况下，已知高通网络最小频率f_min，利用高通二阶π型网络相移可推导出高通网络最大频率f_max、截止频率f_c以及陷波中心频率f₀为：

f₀＝f_c/sin(π/4n)

然后联立网络的阻抗和相移，可得高通网络的电感和电容的解析解：

接着在保证陷波深度以及3dB陷波带宽满足要求的前提下，通过模拟仿真得到负90度导纳逆变谐振回路的各元器件值。需要说明的是，在理论上中心频率f₀处的陷波深度为无穷大，通过改变相移偏差

可使得在调谐范围内其它频点的陷波深度满足设计指标。

因此，根据上述陷波电路的理论推导，首先计算出正90度高通移相网络的元器件电感L1和电容C1值，然后在保证陷波深度以及3dB陷波带宽满足要求的前提下，通过模拟仿真的方法得到导纳逆变谐振回路的元器件电感L2、电容C2的值。调节变容二极管C3m和C3p的值，可以得到不同中心频率对应的陷波曲线，陷波特性随中心频率变化曲线如附图4所示。从图中可以看出：本发明提出的一种基于高通相位相消的新型频率连续可调陷波电路，具有良好的频率选择性和不小于60dB的陷波深度，是一种理想的同址干扰抑制电路。

本优选实施例提出的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，具有良好的频率选择性和不小于60dB的陷波深度，能够抑制来自临近大功率电台发射机窄带强同址干扰，在进行放大和转换之前用射频陷波滤波器把混入信号中的强窄带干扰滤去，不仅能保护A/D免于阻塞，增大信号的动态范围，还可省去进行数字自适应滤波所需的运算时间，增加处理结果的实时性，提升电台接收工作性能，是一种理想的同址干扰抑制电路。高通移相网络与导纳逆变谐振回路没有共用的电感或电容，便于各支路的独立调节和优化，同时本发明提出的陷波电路可以直接在信号输入端和信号输出端之间级联多级，在产生陷波滤波作用的同时，不会相互干扰影响。电路电感数量相比于传统相移相消电路更少，工艺实现难度更低，并兼具有陷波深度大、相对带宽窄、选择性好等特点。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，包括信号输入端和信号输出端，其特征在于：还包括设置于信号输入端和信号输出端之间的高通移相网络和与所述高通移相网络并联的谐振回路；

所述高通移相网络包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感和第五电感；

第二电容一端与信号输入端连接，另一端与第三电容连接；第三电容另一端与信号输出端连接；第三电感与第二电容连接信号输入端的一端连接，第三电感另一端接地；第四电感与第二电容连接第三电容的一端连接，第四电感另一端接地；第五电感与第三电容连接信号输出端的一端连接，第五电感另一端接地；

所述谐振回路采用导纳逆变谐振回路，所述导纳逆变谐振回路包括第一电感、第二电感、第一电容和调谐单元；

第一电感一端与信号输入端连接，另一端与第一电容连接；第一电容另一端与第二电感连接，第二电感另一端与信号输出端连接；调谐单元与第一电容连接；

所述调谐单元采用变容二极管，所述变容二极管包括第一变容二极管和第二变容二极管，第一变容二极管负极与第一电容连接，正极接地；第二变容二极管负极与第一电容另一端连接，正极接地；

当信号频率远离谐振点时，信号只从高通移相网络通过，当信号频率位于谐振点时，信号同时从高通移相网络和谐振回路通过；

所述高通移相网络在信号通过时使信号产生相移，所述谐振回路在信号通过时使信号产生与信号通过高通移相网络时产生的相移相反的相移。

2.如权利要求1所述的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，其特征在于：所述高通移相网络在信号通过时使信号产生的相移为正90度相移，所述谐振回路在信号通过时使信号产生的相移为负90度相移。

3.如权利要求1所述的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，其特征在于：所述高通移相网络和谐振回路没有共用的电感和电容。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，其特征在于：所述陷波电路的陷波深度不小于60dB。

5.如权利要求4所述的一种基于相位相消的频率连续可调陷波电路，其特征在于：所述陷波电路可以直接在信号输入端和信号输出端之间级联N级，N为正整数。

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