CN220586257U - 一种电跳频多工器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种电跳频多工器，包括星点式结构多工方式从总端口连接的一组滤波器；所述的一组滤波器中，在总端口处在该滤波器中心频率处其它滤波器的并联阻抗无穷大；还包括移相汇接网络和移相控制模块；在移相控制模块控制下，移相汇接网络调整各滤波器端口附加相移；所述移相汇接网络采用90度电桥和模拟电压驱动的变容管实现移相，所述移相控制模块中，包括单片机；所述的单片机控制数模转换实现模拟电压驱动的变容管。本实用新型采用星点式结构多工方案，采用动态移项匹配形式实现多路跳频滤波器的良好匹配，合路效果完全保持单个滤波器的端口驻波和矩形系数，滤波器波形不变差。
Description
技术领域
本实用新型涉及电跳频领域，特别涉及一种X波段电跳频四工器。
背景技术
现代高数据率、高保密通信对通道的选择性和电磁兼容性提出了更高的要求，特别是在军事保密通信、陆地通信指挥设备、大型舰艇设备等，都有各种各样的大功率、多频段、跳频、扩频等各种无线通信设备的集成和共址架设，这就给系统的电磁兼容带来了严酷的考验。这些电磁干扰问题包括：1)临近信号的EMI问题：交叉调制、倒易混频、发射机的底部噪声；2)带外信号的EMI问题：发射机的杂波发射、接收机的失真响应；3)互调产物：包含结构性互调产物、发射机互调、接收机互调等。采用射频带通滤波器是解决带外干扰最有效的措施，滤波器允许有用信号通过，滤除其余无用的信号，无论是本站自干扰信号还是有意干扰信号，对于通信设备的正常工作起到至关重要的作用。现代通信出于保密性的要求要求射频频率可调，因而对于滤波器来说，要求滤波器具有可调谐能力，能够根据通信系统的工作频率自行调整滤波频带，实现动态滤波。
多工器是多个工作于不同滤波频带的滤波器组合，可以实现多频信号的合路器，也可以当做频分系统，实现不同频率的收发信号的分离。跳频多工器的各个组成滤波器均为电可调滤波器，可以实现多个异频频率任意叠加，合成效率高，损耗小等特点。跳频多工器可以高效的合成多个通信系统的发射机和接收机，共用一个天线实现多频通信。实现微波多工器有多种设计方案，应用较多的有星点式结构多工方案、多头线耦合多工方案、90°定向耦合器多工方案、可调相位器多工方案、环形器多工方案和定向滤波器多工方案等。文献【1】(游鑫，王锡良，宋加兴，郭翔.多工器的综合与设计.电子科技，2013,26(6)：153-156)介绍了一种通过频响特征多项式设计多工器的方法，该方法在低通原型频域中运用迭代算法计算优化多工器整体及各支路滤波器的特征多项式，考虑了多工器其余支路的电抗影响，综合得出了各支路耦合系数，不仅可设置各支路滤波器传输零点，并且大幅缩短滤波器优化时间。文献综合设计并检验一个四工器，证明该设计方法具有较高的应用价值。文献【2】(涂书敏.跳频多路耦合器的设计.船舶电子技术，2009,29(6)：106-108)采用星点式结构设计跳频多工器，为解决多路耦合时的匹配问题，对多路汇接点的阻抗特性进行分析，将多个跳频滤波器的输入阻抗合并为一个终端阻抗值，把多通道的匹配问题转换为单路信号的匹配问题，进而采用一般双端口匹配网络的设计优化法实现所需的匹配网络。文献【3】(黄建新，潘锐，程汉强.跳频多路耦合器的研制及其实现技术.2012,34(2)：90-92)设计了一种实现多路耦合器跳频工作的原理方案及其主要功能单元：滤波器组开关矩阵驱动电路和滤波器汇接网络。该方案能满足多路耦合器跟踪电台高速跳频的要求，具有腔体滤波器汇接容易，工作可靠性高、设备体积小的优点。电台发信时，通过同步串口发送当前通信频率给多路耦合器，多路耦合器进行频率解码并进行频率碰撞检测，控制单元将频率解码后发送给对应的腔体滤波器，驱动单元进行开关矩阵驱动电平转换，开通对应的开关矩阵通道，以使对应谐振腔带通滤波器接通。本方案已在几十兆赫兹的通信频段范围得到应用，所设计的跳频多路耦合器满足多部同址跳频电台宽带通信的需求，减少了天线使用的数量，节约了空间，改善了通信的电磁兼容环境，并能显著地增加通信距离，增强抗干扰能力。文献【4】(李刚，吴边，赖鑫，梁昌洪.三工器的快速综合方法.西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室)，提出了一种基于多项式综合的四工器设计方法，首先根据各个通道滤波器的指标计算出各个滤波器的特征多项式，推导出四工器响应特征多项式的计算公式，并计算得到其特征多项式；这些多项式中包含了各个通道滤波器的相互影响信息，对四工器的反射多项式的根进行重新排布，可以使四工器在四个频段均呈现出等波纹特性，利用这些根可以很方便地计算出最终的滤波器特征多项式；最后，应用经典的综合方法，就可以得到各个滤波器的耦合系数和外部Q值等参数。
目前，跳频四工器总端口匹配效果不佳，有一定概率出现频带驻波较差，通道插损过大等问题，影响系统各通道一致性性能。
实用新型内容
本实用新型针对目前跳频多工器总端口匹配效果不佳的不足，提供一种X波段电跳频多工器，该多工器采用星点式结构多工方案，采用动态移相匹配形式实现多路跳频滤波器的良好匹配，合路效果完全保持单个滤波器的端口驻波和矩形系数，多工器合成后各滤波器滤波波形不变差。
本实用新型的技术方案是：一种电跳频多工器，包括星点式结构多工方式从总端口连接的一组滤波器；所述的一组滤波器中，在总端口处在该滤波器中心频率处其它滤波器的并联阻抗无穷大；还包括移相汇接网络和移相控制模块；在移相控制模块控制下，移相汇接网络调整各滤波器端口附加相移；
所述移相汇接网络采用90度电桥和模拟电压驱动的变容管实现移相，所述移相控制模块中，包括单片机；所述的单片机控制数模转换实现模拟电压驱动的变容管。
进一步的，上述的电跳频多工器中：工作在X频段。
进一步的，上述的电跳频多工器中：是一种跳频四工器，所述的一组滤波器包括中心频率分别为f1、f2、f3和f4的滤波器1、滤波器2、滤波器3和滤波器4。
进一步的，上述的电跳频多工器中：在所述的单片机内按照下面方程组计算移相汇接网络调整4个滤波器端口的附加相移
上面Z1、Z2、Z3、Z4分别为滤波器1～4的输入端口的阻抗函数；φ1、φ2、φ3、φ4分别为滤波器1～4的端口附加相移。
本实用新型中，采用星点式结构多工方案，采用动态移项匹配形式实现多路跳频滤波器的良好匹配，合路效果完全保持单个滤波器的端口驻波和矩形系数，滤波器波形不变差。
另外，采用90°定向耦合器实现移相汇接网络，采用数模转换器实现移相控制。
本实用新型中采用的跳频滤波器阶数高，滤波器矩形系数好，四工器合路后能够完整保留单路滤波器的滤波效果。
与现有的技术比较，本实用新型采用跳频波导腔体滤波器实现四工器，跳频滤波器具有极高的Q值和极低的插损，单步频率调节精度高，四工器采用移相汇接网络实现，具有单路滤波器良好匹配，双工合路能够完整的保持单路滤波器的驻波和滤波矩形系数，实现良好的滤波效果。本发明具有结构实现简单、成本低等优点，具有良好的应用价值，目前业界还未出现此类产品，本发明填补了本领域的技术空白。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细地说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例1跳频四工器原理框图；
图2为本实用新型实施例1移相器原理图；
图3为本实用新型实施例1跳频四工器结构图；
图4A为本实用新型实施例1四工器四个跳频状态的散射参数测试结构(一)；图4B为本实用新型实施例1四工器四个跳频状态的散射参数测试结构(二)；图4C为本实用新型实施例1四工器四个跳频状态的散射参数测试结构(三)。
具体实施方式
本实施例是一种X波段电跳频四工器，如图3所示，包括第一滤波器10、第二滤波器20，第三滤波器30和第四滤波器40，它们的中心频率分别是f1、f2、f3、f4；这四个滤波器拓扑呈星点式结构多工方式从总端口连接，另外，还有移相汇接网络60和移相控制模块50，第一滤波器10、第二滤波器20，第三滤波器30和第四滤波器40组成的滤波器组中，在总端口处在该滤波器中心频率处其它滤波器的并联阻抗无穷大；移相汇接网络采用90度电桥和模拟电压驱动的变容管实现移相。移相控制模块50包括单片机和步进电机。
本实施例中，在X波段实现效果非常理想，在其它波段如S波段、L波段表现也不错，当然中气需要还可以设置更多的滤波器，如8个滤波器成为八工器，三个滤波器就是三器。
X波段电跳频四工器，包括星点式结构多工方式从总端口连接的一组滤波器；所述的一组滤波器中，还包括移相汇接网络和移相控制模块；在移相控制模块控制下，移相汇接网络调整各滤波器端口附加相移。
本实施例中，移相跳频四工器网络拓扑图如图1所示，对于四工器中的第一路滤波器10来说，第二路滤波器20，第三路滤波器30，第四路滤波器40作为电抗元件加载于总端口处，各滤波器的阻抗分别是Z1、Z2、Z3、Z4；为了使滤波器2、3、4不影响滤波器1的传输和反射特性，滤波器2、3、4在总端口处的并联阻抗在频率f1(滤波器1的中心频点)处应为无穷大，如下式所示：
同理，对滤波器2来说，滤波器1、3、4在总端口处的并联阻抗在频率f2(滤波器2的中心频点)处应为无穷大；对滤波器3来说，滤波器1、2、4在总端口处的并联阻抗在频率f3(滤波器3的中心频点)处应为无穷大；对滤波器4来说，滤波器1、2、3在总端口处的并联阻抗在频率f4(滤波器4的中心频点)处应为无穷大，即有下列公式成立：
Z1、Z2、Z3、Z4分别为为滤波器1～4的输入端口的阻抗函数；φ1、φ2、φ3、φ4分别为滤波器1～4的端口附加电长度(即相移)；Z1～Z4，φ1～φ4均为频率的函数。根据方程1～4即可计算出各个滤波器附加电长度，解不唯一，从而在不改变单个通道滤波器的前提下实现了四工器的合成。
对于跳频滤波器来说，不同的跳频状态需要配比的相移也不同，因而需要移相汇接网络按方程(1)～(4)根据各跳频滤波器实时计算出当前跳频状态的相移值，实现四个跳频滤波器良好匹配。移相网络φ1、φ2、φ3、φ4的电路实现方式如图2所示，采用90度电桥和模拟电压驱动的变容管实现移相网络，控制电压由单片机控制数模转换实现。
移相控制模块中，包括单片机；所述的单片机控制数模转换实现模拟电压驱动的变容管。系统接收到跳频指令后，由步进电机控制模块实现跳频滤波器实现制定频率的滤波器，同时移相汇接网络根据给定的公式计算出各滤波器之路相移参数，通过单片机控制数模转化实现各路移相器变容二极管的驱动电压，进而实现特定的相移参数，完成四个跳频滤波器的合路匹配。
本实施例中，跳频四工器结构如图3所示，包含四个相同结构(或者不同结构)的跳频滤波器、一个步进电机控制模块、一个移相汇接网络模块。系统接收到跳频指令后，由步进电机控制模块实现跳频滤波器实现制定频率的滤波器，同时移相汇接网络根据公式(1)～(4)计算出各滤波器之路相移参数，通过单片机控制数模转化实现各路移相器变容二极管的驱动电压，进而实现特定的相移参数，完成四个跳频滤波器的合路匹配。跳频四工器两个随机跳频状态的散射参数实测效果如图4A、B、C所示。
本实施例中：
采用星点式结构多工方案，采用动态移项匹配形式实现多路跳频滤波器的良好匹配，合路效果完全保持单个滤波器的端口驻波和矩形系数，滤波器波形不变差。
采用90°定向耦合器实现移相汇接网络，采用数模转换器实现移相控制。
本方案采用的跳频滤波器阶数高，滤波器矩形系数好，四工器合路后能够完整保留单路滤波器的滤波效果。
采用星点式结构多工方案，采用动态移项匹配形式实现多路跳频滤波器的良好匹配，合路效果完全保持单个滤波器的端口驻波和矩形系数，滤波器波形不变差。
采用90°定向耦合器实现移相汇接网络，采用数模转换器实现移相控制。
本实施例采用的跳频滤波器阶数高，滤波器矩形系数好，四工器合路后能够完整保留单路滤波器的滤波效果。
与现有的技术比较，本实施例采用跳频波导腔体滤波器实现四工器，跳频滤波器具有极高的Q值和极低的插损，单步频率调节精度高，四工器采用移相汇接网络实现，具有单路滤波器良好匹配，双工合路能够完整的保持单路滤波器的驻波和滤波矩形系数，实现良好的滤波效果。本发明具有结构实现简单、成本低等优点，具有良好的应用价值，目前业界还未出现此类产品，本发明填补了本领域的技术空白。
Claims (4)
1.一种电跳频多工器，包括星点式结构多工方式从总端口连接的一组滤波器；所述的一组滤波器中，在总端口处在该滤波器中心频率处其它滤波器的并联阻抗无穷大；其特征在于：还包括移相汇接网络和移相控制模块；在移相控制模块控制下，移相汇接网络调整各滤波器端口附加相移；
所述移相汇接网络采用90度电桥和模拟电压驱动的变容管实现移相，所述移相控制模块中，包括单片机；所述的单片机控制数模转换实现模拟电压驱动的变容管。
2.根据权利要求1所述的电跳频多工器，其特征在于：工作在X频段。
3.根据权利要求2所述的电跳频多工器，其特征在于：是一种跳频四工器，所述的一组滤波器包括中心频率分别为f1、f2、f3和f4的滤波器1、滤波器2、滤波器3和滤波器4。
4.根据权利要求3所述的跳频多工器，其特征在于：在所述的单片机内按照下面方程组计算移相汇接网络调整4个滤波器端口的附加相移
上面Z1、Z2、Z3、Z4分别为滤波器1～4的输入端口的阻抗函数；φ1、φ2、φ3、φ4分别为滤波器1～4的端口附加相移。
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