潘耿峰

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

一種基于共址濾波器解決同址多臺(tái)的方法

潘耿峰

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

通過(guò)對(duì)X電臺(tái)的同址多臺(tái)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，提出了一種濾波的解決方法，根據(jù)電臺(tái)指標(biāo)分析其可行性，并詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)用于X電臺(tái)共址濾波器模塊的原理、濾波器仿真以及生產(chǎn)調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)方法。

同址多臺(tái)共址濾波濾波器仿真

1　引言

X電臺(tái)集成2個(gè)能與A軍電臺(tái)通信的A通道（30—90MHz）、1個(gè)能與B軍電臺(tái)通信的B通道（30—90MHz）和1個(gè)能與C軍電臺(tái)通信的C通道（100—400MHz）為一體，對(duì)應(yīng)4個(gè)通道模塊和4根天線，既能單獨(dú)和A軍、B軍或C軍電臺(tái)通信，又能實(shí)現(xiàn)不同兵種、不同體系之間的連接作用，使原本不能通信的A軍電臺(tái)、B軍電臺(tái)和C軍電臺(tái)能夠相互通信。在用戶裝車試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)4個(gè)通道同時(shí)工作時(shí)，存在通道間相互干擾，不能同時(shí)進(jìn)行通信。

2　原理分析

為解決跳頻同臺(tái)多機(jī)問(wèn)題，項(xiàng)目組進(jìn)行電臺(tái)裝車仿真實(shí)驗(yàn)。天線間距如圖1所示，4個(gè)天線各安裝在通信車的4個(gè)角上。

圖1　天線裝車圖

通過(guò)試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)X電臺(tái)存在典型的同址多臺(tái)問(wèn)題，具體如下：

（1）發(fā)射信號(hào)阻塞接收信號(hào)。由于天線間距短，接收天線與發(fā)射天線間信號(hào)耦合很強(qiáng)，如表1所示。當(dāng)天線間距為1.2m時(shí)，天線間的隔離度在90MHz頻率時(shí)為24dB，在30MHz頻率時(shí)只有10dB，因此發(fā)射信號(hào)阻塞接收通道前級(jí)低噪放，噪聲系數(shù)增加，產(chǎn)生非線性，使接收通道不能正常工作。

表1　不同頻率下的天線隔離度

（2）發(fā)射雜散及諧波落入接收頻段，干擾接收通道，使之不能正常工作。

（3）當(dāng)電臺(tái)2個(gè)通道發(fā)射、1個(gè)通道接收時(shí)，2個(gè)發(fā)射頻率的互調(diào)產(chǎn)物落入接收頻段，干擾接收通道，使之不能正常工作。

（4）發(fā)射信號(hào)的寬帶噪聲以及2個(gè)發(fā)射頻率的互調(diào)產(chǎn)物搬移到接收頻點(diǎn)的寬帶噪聲，干擾微弱接收信號(hào)。

綜合上述問(wèn)題，其中以電臺(tái)2個(gè)通道發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的互調(diào)問(wèn)題最難解決，因?yàn)?個(gè)發(fā)射信號(hào)的互調(diào)可在發(fā)射通道的功放處產(chǎn)生，也可在接收通道放大器產(chǎn)生。并且因互調(diào)產(chǎn)物而搬移的發(fā)射寬帶噪聲幾乎覆蓋整個(gè)通信頻段，淹沒(méi)遠(yuǎn)處發(fā)射過(guò)來(lái)的接收信號(hào)。

3　解決思路

解決同址多臺(tái)問(wèn)題的最根本問(wèn)題是增加天線間的隔離度，最簡(jiǎn)單的方法是增加天線的距離，但由于電臺(tái)裝車要求，天線距離是固定的。另外一個(gè)方法是通過(guò)濾波器來(lái)增加天線間的隔離度，2個(gè)天線不同時(shí)工作在相同頻率，假設(shè)天線1工作在頻率30MHz處、天線2工作在頻率40MHz處，在天線1增加帶通濾波器，其中心頻率為30MHz，在40MHz處的抑制為40dB，則天線2的發(fā)射功率在天線1處將被濾波器抑制40dB，相當(dāng)于天線間的隔離度增加了40dB。

4　指標(biāo)分析

假設(shè)濾波器帶外抑制為40dB，根據(jù)X電臺(tái)實(shí)際通信指標(biāo)，分析增加濾波器之后射頻通道間的相互干擾問(wèn)題。

（1）抗阻塞干擾。如圖2所示，X電臺(tái)發(fā)射功率為20W（43dBm），濾波器隔離度為40dB，天線隔離度為10dB，則進(jìn)入接收通道信號(hào)電平為-7dBm，X電臺(tái)接收通道靈敏度電平為-117dBm，在10MHz處雙信號(hào)選擇性為110dB，此時(shí)要求收發(fā)頻率間隔為10MHz。

圖2　阻塞干擾、雜散抑制和寬帶噪聲分析圖

（2）雜散抑制。如圖2所示，根據(jù)上文要求收發(fā)頻率間隔為10MHz，則要求發(fā)射信號(hào)在10MHz的雜散抑制大于110dB。

（3）諧波抑制。如圖3所示，X電臺(tái)發(fā)射諧波抑制要求大于50dB，則要求發(fā)射頻率的諧波點(diǎn)偏離接收頻點(diǎn)500kHz以上（接收通道在500kHz處雙信號(hào)選擇性指標(biāo)為60dB）。

（4）互調(diào)抑制。如圖4所示，假設(shè)互調(diào)產(chǎn)物在其中一個(gè)發(fā)射通道的功放處產(chǎn)生，功放在43dBm輸出時(shí)的互調(diào)抑制指標(biāo)為25dB，則要求其三階互調(diào)頻率偏離接收頻點(diǎn)50kHz以上（接收通道在500kHz處雙信號(hào)選擇性指標(biāo)為35dB）。其他階數(shù)的互調(diào)產(chǎn)物基本抑制到靈敏度電平以下；而因互調(diào)產(chǎn)物而產(chǎn)生的寬帶噪聲搬移，基本可抑制到靈敏度電平以下。

圖3　諧波抑制分析圖

圖4　互調(diào)抑制分析圖

（5）寬帶噪聲。如圖2所示，信號(hào)帶寬為16kHz，收發(fā)頻率間隔為10MHz，則要求發(fā)射信號(hào)在10MHz處的寬帶噪聲大于110dBc/16kHz，即109dBm/Hz。

根據(jù)上述推算結(jié)果，若濾波器帶外抑制為40dB，需對(duì)X電臺(tái)預(yù)先進(jìn)行如下頻率規(guī)劃：

（1）收發(fā)頻率間隔10MHz以上。

（2）發(fā)射二次諧波間隔接收頻率500kHz以上。

（3）發(fā)射三階互調(diào)產(chǎn)物間隔接收頻率50kHz以上。

在頻率規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮上述要求，避免產(chǎn)生有沖突的頻率設(shè)置；結(jié)合LC濾波器的工程化性能，將通信頻段30—90MHz等分為6個(gè)頻段，對(duì)應(yīng)設(shè)置6個(gè)帶通濾波器，每個(gè)濾波器通帶為10MHz、過(guò)渡帶為10MHz、帶外抑制為40dB。如圖5所示，要求同時(shí)2個(gè)射頻通道工作在不相鄰的2 個(gè)頻段內(nèi)（圖中實(shí)線濾波器所示），則滿足收發(fā)頻率間隔10MHz以上。

圖5　頻段劃分圖

5　共址濾波模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)上述思路，在X電臺(tái)增加一個(gè)共址濾波器模塊，如圖6所示。共址濾波器模塊由1個(gè)電源邏輯板、3個(gè)帶通濾波板和1個(gè)高通濾波板組成。

圖6　跳頻濾波模塊框圖

電源邏輯板由相對(duì)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)電源電路和邏輯譯碼控制電路組成。開(kāi)關(guān)電源電路為DC-DC變換模塊，提供跳頻濾波板所需的電源；邏輯譯碼控制電路直接從X電臺(tái)總線背板上接收四路射頻通道的工作模式和頻率等參數(shù)信息，控制帶通濾波板，使其選通相應(yīng)的帶通濾波器接入電路。

帶通濾波板內(nèi)含6個(gè)帶通濾波器，如圖7所示，通過(guò)PIN管開(kāi)關(guān)電路，控制選通的頻帶。

圖7　帶通濾波板框圖

在濾波器的設(shè)計(jì)上，選擇采用一個(gè)7階串聯(lián)型高通濾波器和一個(gè)7階并聯(lián)型低通濾波器串聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。這樣設(shè)計(jì)的好處是：電路沒(méi)有較大的電容和電感，因?yàn)槿葜翟?00pF以上的高Q電容要么耐壓太低，要么體積太大；而電感量在500nH以上時(shí)，電感繞線太密，不宜生產(chǎn)加工，且調(diào)試電感只有6個(gè)，并且在調(diào)試時(shí)可以分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器指標(biāo)，再將2個(gè)濾波器串聯(lián)，微調(diào)接口處電容即可實(shí)現(xiàn)所需的帶通濾波器，在指標(biāo)上和帶通濾波器基本一致。2個(gè)濾波器串聯(lián)的電路圖和仿真波形分別如圖8、圖9所示。

根據(jù)上述仿真結(jié)果，理論上濾波器的指標(biāo)為：帶內(nèi)插損＜0.9dB，帶內(nèi)波動(dòng)＜0.5dB，帶外衰減＞40dB，反射衰減＞20dB，過(guò)渡帶＜10MHz。

圖8　帶通濾波器仿真電路圖

圖9　帶通濾波器仿真幅頻曲線圖

6　工程化實(shí)現(xiàn)

實(shí)際裝配出來(lái)的電路和仿真的電路有很大區(qū)別。在仿真中，器件都是相對(duì)的理想器件，而實(shí)際電路中還存在耦合電容、引線電感以及控制電路干擾等。在設(shè)計(jì)中需做相應(yīng)的處理，才能使6路濾波器的實(shí)際曲線基本符合仿真結(jié)果，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。共址濾波器模塊設(shè)計(jì)中的處理措施和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)舉例如下：

（1）PCB布板時(shí)，采用屏蔽框6路濾波器隔開(kāi)，減少各路濾波器之間的相互串?dāng)_；印制板在濾波電路區(qū)域一般不鋪地銅，減少電感和印制板之間的耦合電容。同時(shí)，在每路濾波器中增設(shè)測(cè)試點(diǎn)，可分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器。

（2）增加控制信號(hào)的濾波電路。由于濾波器的交流通道和直流控制通道是一致的，所以在每路控制信號(hào)上都采用電感并聯(lián)電容下地的濾波電路，避免控制電路引入干擾。

（3）由于電路上的耦合電容因素，濾波器端接阻抗不是純50Ω電阻，因此必須相應(yīng)調(diào)整濾波電路接口處的電容容值，一般是減少并聯(lián)處的電容容值。

（4）在調(diào)試中，當(dāng)反射衰減達(dá)到20dB而帶內(nèi)插損不達(dá)標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮PIN管的導(dǎo)通電流是否足夠，當(dāng)PIN管導(dǎo)通電流不足時(shí)，其導(dǎo)通電阻較大，這時(shí)應(yīng)減少電路直流回路的電阻，增大PIN管導(dǎo)通電流。

（5）在濾波器設(shè)計(jì)中，可以用ADS進(jìn)行整體仿真，預(yù)先排除設(shè)計(jì)上的一些遺漏或者錯(cuò)誤。

最后，在產(chǎn)品的高低溫環(huán)境試驗(yàn)中，濾波器的指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)仿真結(jié)果，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)際結(jié)果證明，本文介紹的共址濾波器模塊是解決同址多臺(tái)問(wèn)題的一種有效方法，在用戶補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)中，改進(jìn)后的X電臺(tái)成功地實(shí)現(xiàn)了4個(gè)信道同時(shí)工作，通信距離正常且通話效果良好。

[1] 甘本祓,吳萬(wàn)春. 現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1973.

[2] 朱紅琛. CHESS系統(tǒng)的跳頻通信技術(shù)[J]. 通信技術(shù), 1998(2): 73-76.

[3] 徐曉夏,陳泉林,鄒文瀟,等. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2008.

[4] 陳洪亮,田社平,吳雪,等. 電路分析基礎(chǔ)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009.

[5] 森榮二. LC濾波器設(shè)計(jì)與制作[M]. 薛培鼎,譯. 北京: 科技出版社, 2004.

[6] 徐興福. ADS2008射頻電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)例[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2009.

[7] 朱蕾,陳昆和. 跳頻濾波器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)量技術(shù), 2011,34(8): 114-117.

[8] 郭宗良. 跳頻電臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 現(xiàn)代通信, 2004(4): 21-22.

[9] 宋波,陳江,于再興. 跳頻濾波器初探[J]. 軍事通信技術(shù), 2001,22(1): 68-70.

[10] 梅文華,王淑波,邱永紅,等. 跳頻通信[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005.★

潘耿峰：通信工程師，學(xué)士畢業(yè)于桂林電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，主要從事射頻電路設(shè)計(jì)工作。

A Solution to Solving Co-Site Multi-Radios Based on Co-Site Filtering

PAN Geng-feng
(Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company, Guangzhou 510663, China)

The problem of co-site multi-radios of Radio X was analyzed in depth and a filtering solution was proposed. According to specifi cations of the radio, the feasibility of the solution was addressed. In addition, the principles of co-site fi ltering module, fi lter simulation, experience and method of manufacturing and debugging, which were applied to Radio X, were elaborated.

co-site multi-radiosco-site fi lteringfi lter simulation

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.16.013

TN924

A

1006-1010(2015)16-0067-05

2015-07-08

責(zé)任編輯：袁婷yuanting@mbcom.cn

引用格式：潘耿峰. 一種基于共址濾波器解決同址多臺(tái)的方法[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(16): 67-71.