CN117639721A - 一种超窄带宽vhf频段收发滤波器组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其包括至少两个滤波模块，相邻的滤波模块之间通过中间级放大器进行连接，最后一个滤波模块的信号输出端连接一输出放大器；每个滤波模块包括两组对应的选通控制开关以及设于两组选通控制开关之间的N个声表面波滤波器；各滤波模块中的N个声表面波滤波器一一对应，共同构成N个输出通道；其中，任意一个输出通道中的声表面波滤波器的相对带宽为0.15％～0.30％，带外抑制能力Fn±1.5MHz≥40dB。本发明采用多级滤波加两级放大进行信号处理，滤波器组具有超窄带宽和极高带外抑制，相对带宽达到约0.15％，近端带外抑制能力大于75dB，满足雷达、电子战、通信等应用领域对收发抗干扰提高电磁兼容性的高要求。

Description

一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种超窄带宽VHF频段可扩展极高带外抑制收发滤波器组，可用于对雷达、电子战、通信等系统进行窄带滤波，实现收发抗干扰，提高电磁兼容性。

背景技术

目前雷达、电子战、通信等领域抗收发干扰的技术，主要是阻断或降低干扰进入系统，声表面波滤波器组可以很好地实现这一目标。

同时VHF(甚高频)频段被广泛应用于电视、广播和通信等，电磁环境复杂，干扰信号种类多强度大，所以必须对不期望信号有较高的抑制，进行良好滤波，保证系统性能。由于对VHF信号的运用与处理提出了更高的要求，为满足在实现捷变频的同时保证滤波器能够有低的插入损耗和极高的带外抑制，必须设计高性能抗干扰能力强的滤波器组。

申请号201510132104.9的发明专利一种宽带声表面波可开关滤波器组，其中的声表面波滤波器采用纵向耦合谐振式结构滤波器，从而实现低插入损耗(＜6.5dB)、高远阻带抑制(大于40dB)以及较大的带宽(4.5％-7.3％)；但是，该方案提供的滤波器组已无法满足VHF频段的复杂电磁环境所需的高抗干扰能力，其带宽宽、噪声高，且带外抑制能力差，无法对VHF频段中的不期望信号进行高抑制。

目前只有超导滤波器组可以满足VHF频段的收发抗干扰，但其成本高、体积大，且超导滤波器需要预加电制冷至少90分钟，紧急情况下根本无法使用。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组，使用多组超窄带声表面波滤波器组成的滤波器组进行滤波，并采用多级滤波加两级放大进行信号处理，其目的在于提高收发滤波器组的带外抑制能力并降低带宽。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其包括至少两个滤波模块，相邻的所述滤波模块之间通过一个或多个中间级放大器进行连接，最后一个滤波模块的信号输出端连接一输出放大器；

每个所述滤波模块包括两组对应的选通控制开关以及设于两组所述选通控制开关之间的N个声表面波滤波器；各滤波模块中的N个声表面波滤波器一一对应，共同构成N个输出通道；

其中，处于同一输出通道中的声表面波滤波器具有相同的滤波参数，任意一个输出通道中的声表面波滤波器的相对带宽为0.15％～0.30％，带外抑制能力Fn±1.5MHz≥40dB。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述中间级放大器的增益高于输出放大器，所述输出放大器的信号输出能力大于中间级放大器。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述选通控制开关包括一单刀二掷开关和两个单刀M掷开关，每个所述单刀M掷开关的一端分别连接单刀二掷开关，另一端连接M个声表面波滤波器，其中，M＝N/2；或者，

所述选通控制开关为一单刀N掷开关，所述单刀N掷开关的一端分别连接N个声表面波滤波器；或者，

所述选通控制开关包括一单刀四掷开关和四个单刀M掷开关，每个所述单刀M掷开关的一端分别连接单刀四掷开关，另一端连接M个声表面波滤波器，其中，M＝N/4。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，每个所述声表面波滤波器具有一个匹配电路；

所述匹配电路包括串联在声表面波滤波器的信号输入端的第一电感、串联在声表面波滤波器的信号输出端的第二电感，以及连接在所述第一电感的输入端与接地点之间的第一电容，连接在第一电感的输出端、声表面波滤波器的信号输入端与接地点之间的第三电感，以及连接在声表面波滤波器的信号输出端、所述第二电感的输入端与接地点之间的第四电感，连接在第二电感的输出端与接地点之间的第二电容。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述滤波模块为两组。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述滤波模块中的多个输出通道共用一个中间级放大器进行增益补偿。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述中间级放大器的增益为23dB±1dB。

进一步地，上述超窄带宽VHF频段收发滤波器组中，所述滤波模块、中间级放大器和输出放大器采用半导体工艺集成在印制电路板上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，使用多组超窄带声表面波滤波器组成的滤波器组进行滤波，并采用多级滤波及多级放大进行信号处理；滤波器组具有超窄带宽和极高带外抑制，相对带宽达到约0.15％，噪声抑制和滤波效果极好；带外抑制≥75dB，在近端Fn±1.8MHz处就能到达指标；满足甚高频频段的滤波指标要求，能够解决雷达抗干扰和改善电磁兼容性。

(2)本发明提供的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，为每个声表面波滤波器配置一个匹配电路，并根据其所在输出通道的具体工作频率以及声表面波滤波器的滤波参数计算各元件的器件参数，实现与声表面波滤波器的良好匹配，以进一步提升收发滤波器组的整体性能。

(3)本发明提供的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，具有大动态输出能力，可用于小信号接收和大信号发射通路，并可根据需要方便地扩展为8通道、32通道。

(4)本发明提供的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其设计思路通过定制相应频段的滤波器可以向其它频段扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的声表面波技术的基本原理的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组的组成结构示意图；

图3为本申请实施例提供的选通控制开关4的组成结构示意图；

图4为本申请实施例提供的匹配电路的电路结构示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1-滤波模块；2-中间级放大器；3-输出放大器；4-选通控制开关；5-声表面波滤波器；6-第一电感；7-第二电感；8-第一电容；9-第三电感；10-第四电感；11-第二电容。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

此外，为了避免使技术人员对本发明的理解模糊，可能不详细地描述或示出公知的或广泛使用的技术、元件、结构和处理。尽管附图表示本发明的示例性实施例，但是附图不必按照比例绘制，并且特定的特征可被放大或省略，以便更好地示出和解释本发明。

本实施例提供的一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组，利用声表面波技术进行信号传播与处理；图1示出了声表面波技术的基本原理的示意图，输入换能器利用逆压电效应将电信号变换成声信号(声表面波)，沿晶体表面传播，到达输出换能器后，再变换成电信号，信号处理功能即在这两次变换及传播过程中完成。

图2是本实施例提供的一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组的组成结构示意图，请参阅图2，该滤波器组包括至少两个滤波模块1(以两个滤波模块为例进行说明)，相邻的两个滤波模块1之间通过中间级放大器2进行连接，最后一个滤波模块1的信号输出端连接一个输出放大器3；

每个滤波模块1包括两组对应的选通控制开关4以及设于两组选通控制开关4之间的N个声表面波滤波器5(以N＝16为例进行说明)；各滤波模块1中的N个声表面波滤波器5一一对应，共同构成N个输出通道；

其中，处于同一输出通道中的声表面波滤波器5具有相同的滤波参数，不同输出通道的输出信号的频率和带宽等参数是不同的，N个输出通道对应的是N种频率和带宽参数的滤波器。

声表面波滤波器5的带宽决定着系统等效噪声带宽，和接收机灵敏度直接相关；此外滤波器引起的带内相位波动应尽量小，声表面波滤波器5的性能指标直接影响了收发滤波器组的带宽和带外抑制能力。本方案中，任意一个输出通道中的声表面波滤波器的相对带宽为0.15％～0.30％，带外抑制能力Fn±1.5MHz≥40dB。

为了提高收发滤波器组的带外抑制能力，本实施例采取了至少两级滤波的方式，研究发现高于两级以上的滤波方式对于收发滤波器组的最终性能的提升有限，但会导致收发滤波器组的成本过高、体积过大，因此综合考虑，本实施例最终采用了具有两个滤波模块的两级滤波方式。

选通控制开关4的作用是在选频控制信号的作用下进行输出通道的切换，使同一时刻下N个输出通道中只有一个通道开启工作。以N＝16个输出通道为例对选通控制开关4的构成进行说明，图3示出了选通控制开关4的组成结构示意图，请参阅图3，该选通控制开关4包括一个单刀二掷开关和两个单刀八掷开关，每个单刀八掷开关的一端分别连接单刀二掷开关，另一端连接八个声表面波滤波器。该选通控制开关具有尺寸小、低插损、高隔离、切换速度快和直流功耗小等优点。

对于第一级滤波模块1中的位于声表面波滤波器5的左侧(即信号输入端)的选通控制开关4来说，其单刀二掷开关的第一端作为外部信号输入端，第二端用于接收选频控制信号，第三端和第四端分别连接两个单刀八掷开关的输入端；每个单刀八掷开关的输出端连接八个声表面波滤波器的信号输入端。

对于第一级滤波模块1中的位于声表面波滤波器5的右侧(即信号输出端)的选通控制开关4来说，每个单刀八掷开关的输入端连接八个声表面波滤波器的信号输出端，每个单刀八掷开关的输出端连接单刀二掷开关；单刀二掷开关的输出端连接中间级放大器2的输入端。

对于第二级滤波模块1中的位于声表面波滤波器5的左侧(即信号输入端)的选通控制开关4来说，其单刀二掷开关的第一端连接中间级放大器2的输出端，第二端用于接收选频控制信号，第三端和第四端分别连接两个单刀八掷开关的输入端；每个单刀八掷开关的输出端连接八个声表面波滤波器的信号输入端。

对于第二级滤波模块1中的位于声表面波滤波器5的右侧(即信号输出端)的选通控制开关4来说，每个单刀八掷开关的输入端连接八个声表面波滤波器的信号输出端，每个单刀八掷开关的输出端连接单刀二掷开关；单刀二掷开关的输出端连接输出放大器3的输入端。

此外，同样以16个输出通道为例，选通控制开关4还可以采用多个单刀四掷开关组合的形式；但是所用元件更多、电路更复杂、成本更高体积更大。

本方案提供的超窄带宽VHF频段收发滤波器组可根据需要扩展为8通道、32通道或其他通道数，选通控制开关4的具体构成进行对应调整即可。以8通道为例，选通控制开关4可以仅使用一个单刀八掷开关，也可以使用一个单刀二掷开关和两个单刀四掷开关组合的形式。

在一个优选的实施方式中，滤波模块1中的多个输出通道共用一个中间级放大器2进行增益补偿。如图2所示，本实施例中，8个输出通道共用一个中间级放大器2，因此具有16个输出通道的滤波器组使用了两个中间级放大器2。如此可以减少滤波器组中的器件数量，有利于减小体积并降低成本。

中间级放大器2和输出放大器3均采用低噪声放大器，中间级放大器2的增益高于输出放大器3，输出放大器3的信号输出能力大于中间级放大器2。中间级放大器2侧重补偿增益，其增益要高，动态输出能力可以小于输出放大器3；而输出放大器3侧重大动态输出，增益可以小于中间级放大器2，动态输出能力要大一些。

在一个具体示例中，中间级放大器2的增益为23dB±1dB。

本方案采用两级滤波加两级放大进行信号处理，由于两级滤波器串联插损大，降低了灵敏度，为此在两级滤波之间插入放大器用以补偿插损，后级放大器采用大动态低噪声放大器，两级级联后可以满足带内插损小、带外抑制高输出动态大的目的。滤波器组具有大动态输出能力，可用于小信号接收和大信号发射通路。

为了进一步提高收发滤波器组的整体性能，本实施例为每个声表面波滤波器5配置了一个匹配电路；声表面波滤波器的匹配至关重要，只有滤波器进行良好匹配，才能保证总体指标的实现。

图4是本实施例提供的匹配电路的电路结构示意图，请参阅图4，该匹配电路为π型匹配电路，其包括串联在声表面波滤波器5的信号输入端的第一电感6、串联在声表面波滤波器5的信号输出端的第二电感7，以及连接在第一电感6的输入端与接地点之间的第一电容8，连接在第一电感6的输出端、声表面波滤波器5的信号输入端与接地点之间的第三电感9，以及连接在声表面波滤波器5的信号输出端、第二电感7的输入端与接地点之间的第四电感10，连接在第二电感7的输出端与接地点之间的第二电容11。

需要说明的是，每个输出通道上的声表面波滤波器5对应的匹配电路中各元件的器件参数是不同的，其是根据输出通道的具体工作频率以及声表面波滤波器5的滤波参数进行计算得到。在某个输出通道对应的匹配电路中，第一电感6、第二电感7的电感量分别为10nH、10nH；第一电容8的电容值为12pF，第三电感9的电感量为10nH，第四电感10的电感量为11nH，第二电容11的电容值为10pF。

在一个具体示例中，收发滤波器组中的滤波模块、中间级放大器和输出放大器采用半导体工艺集成在印制电路板上。采用二次稳压将直流电源加到印制电路板上，并进行良好电源滤波，以有效的抑制电源线上高频串扰信号。对外信号接口采用通用型射频插座。整体结构进行一体化设计，即印制电路板装在有隔断的盒体内，印制电路板的尺寸应尽量小型化，盒体内部连接做好隔离和安排。

将关键的模拟电路与数字电路分开，使模拟信号和数字信号线不交叉，如果必须的话，要使用正交，以减小耦合的可能性；敏感信号进行过孔包地处理。

设计合理地线，大面积覆铜，印制电路板进行合理布局，模拟地和数字地分开并通过EMI(电磁干扰)元件隔离。分层设计采用四层板，顶层和底层为信号层，第二层和第三层都为“地”层，走线要求控制单端阻抗50欧，确保印制板、模块、插座、屏蔽外壳良好接地，设计良好的插件屏蔽结构。

本实施例还分析了超窄带宽VHF频段收发滤波器组中一输出通道的幅频特性曲线，幅频特性曲线的横轴表征工作频率，纵轴表征滤波器组的带外抑制能力；曲线外近端和远端噪声基底清晰，带外抑制能力约为80dB。此外幅频特性曲线的带宽极窄，相对带宽约为0.15％。以上数据表明，本方案提供的滤波器组具有超窄带宽和极高带外抑制，相对带宽达到约0.15％，噪声抑制和滤波效果极好；带外抑制≥75dB，在近端Fn±1.8MHz处就能到达指标；满足甚高频频段的滤波指标要求，能够解决雷达抗干扰和改善电磁兼容性。

需要说明的是，本方案的设计思路通过定制相应频段的滤波器也可以向除甚高频频段之外的其它频段进行扩展。

本发明提供了一种具有超窄带、低插入损耗、极高带外抑制的收发滤波器组，使用多组超窄带声表面波滤波器组成的滤波器组进行滤波，并采用多级滤波加两级放大进行信号处理。滤波器组可对接收回波信号或发射信号的窄带滤波，并实现与发射信号和本振信号同步捷变频。滤波器组具有大动态输出能力，既可用在小信号接收通路滤除干扰噪声，也可用在大信号发射通路滤除杂散谐波，保持发射频谱纯净。滤波器组具体性能如下：

a)各频点的增益应≥5dB；

b)各频点幅度波动应≤1dB；

c)各频点的1dB带宽BW-1dB≥0.15％相对带宽；

d)Fn±1.8MHz带外抑制≥75dB。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，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 (8)

1.一种超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，包括至少两个滤波模块，相邻的所述滤波模块之间通过中间级放大器进行连接，最后一个滤波模块的信号输出端连接一输出放大器；

每个所述滤波模块包括两组对应的选通控制开关以及设于两组所述选通控制开关之间的N个声表面波滤波器；各滤波模块中的N个声表面波滤波器一一对应，共同构成N个输出通道；

其中，处于同一输出通道中的声表面波滤波器具有相同的滤波参数，任意一个输出通道中的声表面波滤波器的相对带宽为0.15％～0.30％，带外抑制能力Fn±1.5MHz≥40dB。

2.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述中间级放大器的增益高于输出放大器，所述输出放大器的信号输出能力大于中间级放大器。

3.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述选通控制开关包括一单刀二掷开关和两个单刀M掷开关，每个所述单刀M掷开关的一端分别连接单刀二掷开关，另一端连接M个声表面波滤波器，其中，M＝N/2；或者，

所述选通控制开关为一单刀N掷开关，所述单刀N掷开关的一端分别连接N个声表面波滤波器；或者，

所述选通控制开关包括一单刀四掷开关和四个单刀M掷开关，每个所述单刀M掷开关的一端分别连接单刀四掷开关，另一端连接M个声表面波滤波器，其中，M＝N/4。

4.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，每个所述声表面波滤波器具有一个匹配电路；

所述匹配电路包括串联在声表面波滤波器的信号输入端的第一电感、串联在声表面波滤波器的信号输出端的第二电感，以及连接在所述第一电感的输入端与接地点之间的第一电容，连接在第一电感的输出端、声表面波滤波器的信号输入端与接地点之间的第三电感，以及连接在声表面波滤波器的信号输出端、所述第二电感的输入端与接地点之间的第四电感，连接在第二电感的输出端与接地点之间的第二电容。

5.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述滤波模块为两组。

6.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述滤波模块中的多个输出通道共用一个中间级放大器进行增益补偿。

7.如权利要求6所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述中间级放大器的增益为23dB±1dB。

8.如权利要求1所述的超窄带宽VHF频段收发滤波器组，其特征在于，所述滤波模块、中间级放大器和输出放大器采用半导体工艺集成在印制电路板上。