一种新型LC电调带通滤波器和LC电调带阻滤波器

摘要

本发明公开了一种新型LC电调带通滤波器和LC电调带阻滤波器，包括依次连接的带通（或带阻）调谐选频电路、偏置电路、电压控制电路和频率编码存储器，所述带通（或带阻）调谐选频电路上设置有用作调谐元件的BST陶瓷压敏电容器，电压控制电路上设置有D/A变换器，频率编码存储器将控制系统发出的控制码传输给电压控制电路的D/A变换器，电压控制电路输出相应控制电压，并将控制电压通过偏置电路传输到带通（或带阻）调谐选频电路的BST陶瓷压敏电容器，控制BST陶瓷压敏电容器调谐到相应频率。本发明比开关电容阵列跳频滤波器功耗低、体积小、成本低，比变容二极管电调滤波器动态（通常＜10dBm）大，可达33-34dBm，特别适用于手持或背负式通信电台。

说明书

技术领域

本发明涉及一种滤波器，特别涉及一种新型LC电调带通滤波器（BPF)和LC电调带阻滤波器(BRF)。

背景技术

在瓦级功率（输入动态P_-1≥30dBm）的手持或背负式军用电台中，国际著名厂商Polezero公司生产的可调带通或可调带阻滤波器均采用PIN开关—电容阵列技术方案，所需功耗如下：

国内1W级可调带通滤波器也采用PIN开关电容阵列技术方案，电源功耗如下：

国内1W级可调带通滤波器虽功耗较低，但相同带宽，插损较大。国内未见可调带阻滤波器生产。

美国Paratek Microwave公司和Agile RF公司虽然生产BST（钛酸锶钡）可调带通滤波器，但其电路设计方法未予公开。

上述PIN开关电容阵列式可调带通滤波器存在以下缺陷：电源功耗大，在手持机军用电台使用不理想。

CN203522719U共址滤波器专利说明，在108-400MHz超短波双电台工作时，存在大量调频广播信号和电视广播信号等大干扰信号，这些不衰减地进入接收前端模块，对电台的灵敏度和交叉调制影响极大，增加陷波滤波器（即带阻滤波器），可有效抑制杂散干扰，互调干扰和阻塞干扰，使通信灵敏度和通信距离明显提升，并使抗频带外大信号干扰能力有了提高。在电子对抗宽带接收系统，希望采用可调带阻滤波器，有效抑制调频广播信号和电视广播信号等大干扰信号。崭露头角的超宽带（UWB ）技术要求使用很宽的无线电频谱，这意味着不期望的窄带无线电信号有可能会干扰UWB 系统，解决方案是在UWB通带上引入了一个可进行电切换或电调谐的窄带带阻（陷波）滤波器。这种电子可重构滤波器也是宽带雷达或电子军用系统所渴望得到的。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种大动态、低功耗新型LC电调带通滤波器和LC电调带阻滤波器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：本发明的新型LC电调带通滤波器，包括依次连接的带通调谐选频电路、偏置电路、电压控制电路和频率编码存储器，所述带通调谐选频电路上设置有用作调谐元件的BST陶瓷压敏电容器，电压控制电路上设置有D/A变换器，频率编码存储器将控制系统发出的控制码传输给电压控制电路的D/A变换器，电压控制电路输出相应控制电压，并将控制电压通过偏置电路传输到带通调谐选频电路的BST陶瓷压敏电容器，控制BST陶瓷压敏电容器调谐到相应频率。

作为优选，所述带通调谐选频电路包括七个高Q固定电感、两个可调BST陶瓷压敏电容器组构成的双调谐电路，第一、二、三电感从输入端至输出端依次串联，第四电感一端连接在输入端，另一端接地，第五电感一端连接在第一电感和第二电感之间，另一端接地，第六电感一端连接在第二电感和第三电感之间，另一端接地，第七电感一端连接在输出端，另一端接地，第一组BST陶瓷压敏电容器一端连接在第一电感和第五电感之间，另一端接地，第二组BST陶瓷压敏电容器一端连接在第六电感和第三电感之间，另一端接地。

作为优选，所述BST陶瓷压敏电容器为两个或偶数个，两个或偶数个BST陶瓷压敏电容器可以串联连接或并联连接成相同的两组，分别用于两调谐回路。

作为优选，所述偏置电压电路由隔离电阻和带温度补偿功能的分压电阻构成。

一种新型LC电调带阻滤波器，包括依次连接的带阻调谐选频电路、偏置电路、电压控制电路和频率编码存储器，所述带阻调谐选频电路上设置有用作调谐元件的BST压敏电容器组，电压控制电路上设置有D/A变换器，频率编码存储器将控制系统发出的控制码传输给电压控制电路的D/A变换器，电压控制电路输出相对控制电压，并将控制电压通过偏置电路传输到带阻调谐选频电路的BST压敏电容器组，控制BST压敏电容器组调谐到相应频率。

作为优选，所述BST陶瓷压敏电容器为1个或多个，1个或多个BST陶瓷压敏电容器串联连接或并联连接成一组。

作为优选，所述带阻调谐选频电路包括一个电感器和一组调谐用BST压敏电容器，电感一端连接在输入端，另一端与一组调谐用BST压敏电容器串联后接地。

作为优选，所述偏置电压电路由隔离电阻和带温度补偿功能的分压电阻构成。

作为优选，所述LC电调带阻滤波器串联在LC电调带通滤波器两端，以进一步提高抗频带外大信号干扰能力。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明电调带通滤波器和电调带阻滤波器比开关电容阵列式跳频滤波器功耗低、体积小、成本低，比变容二极管电调滤波器动态（通常＜10dBm）大，可达33-34dBm，特别适用于手持或背负式通信电台。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图；

图2为图1中带通调谐选频电路图；

图3为图1中带阻调谐选频电路图；

图4为标准电容耦合谐振带通滤波器电路图；

图5为标准电感耦合谐振带通滤波器电路图；

图6为标准电感耦合双调谐带通滤波器电路图；

图7为fH时电路电感耦合双调谐带通滤波器电路图；

图8为fL时电路电感耦合双调谐带通滤波器电路图；

图9为输入输出Γ型加载后最终复合电感耦合双调谐带通滤波器电路图；

图10为可调带阻滤波器电路图；

图11为BST陶瓷压敏电容器的串联应用电路图；

图12为BST陶瓷压敏电容器的并联应用电路图；

图13为470MHz-3000MHz可调带通滤波器电路图；

图14为30MHz-512MHz可调带通滤波器电路图；

图15为30MHz可调带通滤波器特性图；

图16为40MHz可调带通滤波器特性图；

图17为50MHz可调带通滤波器特性图；

图18为800MHz可调带通滤波器特性图；

图19为600MHz可调带通滤波器特性图；

图20为470MHz可调带通滤波器特性图；

图21为108MHz可调带阻滤波器特性图；

图22为174MHz可调带阻滤波器特性图；

图23为800MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图24为800MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图25为600MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图26为600MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图27为470MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图28为470MHz带通滤波器前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图29为800MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图30为800MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图31为600MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图32为600MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图33为470MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器电路图；

图34为470MHz带通滤波器带2f0抑制，同时前后带1/2f0带阻滤波器特性图；

图35为800MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器电路图；

图36为800MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器特性图；

图37为600MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器电路图；

图38为600MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器特性图；

图39为470MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器电路图；

图40为470MHz带通滤波器带2f0抑制，前后带0.8f0带阻滤波器特性图；

图41为470MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器电路图；

图42为470MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器特性图；

图43为600MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器电路图；

图44为600MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器特性图；

图45为800MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器电路图；

图46为800MHz带通滤波器前带0.8f0、后带1.6f0带阻滤波器特性图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明的新型LC电调带通滤波器，包括依次连接的带通调谐选频电路、偏置电路、电压控制电路和频率编码存储器，所述带通调谐选频电路上设置有用作调谐元件的BST陶瓷压敏电容器，电压控制电路上设置有D/A变换器，频率编码存储器将控制系统发出的控制码传输给电压控制电路的D/A变换器，电压控制电路输出相应控制电压，并将控制电压通过偏置电路传输到带通调谐选频电路的BST陶瓷压敏电容器，控制BST陶瓷压敏电容器调谐到相应频率。

控制电压由配置带D/A变换器的偏置电源电压控制电路和带现场可编程的频率编码存储器提供。通信电台工作时，如需要发射或接收某个频率的信号时，由电台的控制系统给现场可编程的频率编码器发出一个控制码，该编码器就给D/A变换器一个指令，输出相对应控制电压，该控制电压通过偏置电路加到BST压敏电容器上，使电容调谐到相应频率上。实际制作过程刚刚相反，是在电路调试合格后，将频率—电容量—偏置电压的关系通过偏置电路和D/A变换器变为数据，写入现场可编程存储器。

具体实施例一

参见图2、图4-图9和图13-20，所述带通调谐选频电路包括七个高Q固定电感、两组可调BST（钛酸锶钡）陶瓷压敏电容器构成的双调谐电路，第一、二、三电感从输入端至输出端依次串联，第四电感一端连接在输入端，另一端接地，第五电感一端连接在第一电感和第二电感之间，另一端接地，第六电感一端连接在第二电感和第三电感之间，另一端接地，第七电感一端连接在输出端，另一端接地，第一组BST陶瓷压敏电容器一端连接在第一电感和第五电感之间，另一端接地，第二组BST陶瓷压敏电容器一端连接在第六电感和第三电感之间，另一端接地，所述偏置电压电路由隔离电阻和带温度补偿功能的分压电阻构成。

参见根据常用两种并联谐振带通滤波器电路：电容耦合谐振带通滤波器和电感耦合谐振带通滤波器。根据两电路的对偶原理，可由电容耦合谐振带通滤波器电路和电感耦合谐振带通滤波器电路参数。数据分析表明，电感耦合双调谐并联谐振带通滤波器在Lp、L₁₂固定时，当CP∝1/(f0)²时，相对带宽保持不变，而Ls有所变化，下面给出标准电感耦合双调谐带通滤波器的设计公式：

选定L0、G0（G0=1/Z0）后，对给定相对带宽w，有

Cr>

J₀₁=>12=

对最大平坦特性>2=C₁,g₀=1,g₁=g₂=1.4142

耦合电容C₁=C₂=

C₁₂>

静并联电容C₀>r-C₁’-C₁₂

C₁’>]

将电感 电容互换L₀→>r

L₀>0C_r→ ,Ci →Li , Li>

选定C_P、Z₀后，对给定相对带宽w，有

L_P>r–>1’-1/L₁₂)^-1

L_r>01>12>

对最大平坦特性,g₀=1,g₁=g₂=1.4142

∴L₁=

L₁₂>r>/w>p>r>1’-1/L_12>)^-1

L₁’>1×[1+(Z₀/ω₀L₁)²]

当ω₀改变时，∵C_p∝1/（2πf0)²

∴L_r、L₁₂不变。

为设计可调带通滤波器，覆盖可调频率范围fH和fL，保持BW3db/fo=w相对带宽不变，且在fH-fL范围内输入、输出电压驻波比保持良好有两种方法：

一是选择较低Lp值，使Cp足够大，使fH和fL下Ls_fL与Ls_fH相差较小，这种方法适用于PIN开关电容阵列电路，可以不另加输入输出匹配电路，设计的中心频率fo选择（fH×fL）^1/2>

二是在要求Cp较小的状况（如BST目前市售最大容量8.2pf，即使10只并联，也只有82pf），会导致fH和fL 下 Ls_fL＞＞Ls_fH，必须外加Γ型或T型高通滤波电路改善输入、输出匹配，同时可以改善电感耦合双调谐带通滤波器低频端的矩形系数，其中Γ型滤波器更适合Ls_fL与Ls_fH相差较大的状况，此时为保证fH、fL两端输入、输出电压驻波比较接近，即保证整个可调带宽内匹配状态最优化，最终设计的中心频率fo不再选择（fH×fL）^1/2>

电路结构由标准电感耦合双调谐带通滤波器输入、输出端加Γ型高通滤波器组成。

设计程序：根据BW3db/fo和fH、fL可调上、下限双调谐带通滤波器频率指标，选定a×BW3dB/fo，a ≈ 1.1-2，选定LP1并加以固定，求出fH和fL下的标准电感耦合双调谐带通滤波器电路图7、图8。对应LS1_{f>= LS1fH +( LS1fL - LS1fH) / [(fH/fL)+1]，对应求出fo为设计中心频率，由2πfo×LP2=100Ω，求出LP2，由LS1fo－bLP2=LS1fo，>}

采用BST陶瓷压敏电容器的LC可调带通滤波器，保持相对带宽BW3dB/fo基本不变。针对市售BST陶瓷压敏电容器的电容量范围和电容变比≤3.5设计。表1，470MHz-3000MHz系列可调带通滤波器，BW3dB/fo=5%电路参数；表2，30MHz-512MHz系列可调带通滤波器，BW3dB/fo=5%和10%电路参数，实测输入动态P-1达34dBm。

表1

表2

具体实施例二

参见图11，所述BST陶瓷压敏电容器为两个，两个BST陶瓷压敏电容器串联连接成相同的两组，分别用于两调谐回路。图中R1为隔离电阻，R2/R3为偏置分压式电阻，可以将BST陶瓷压敏电容器有效电压增量放大，当R2/R3采用热敏电阻时，可以对带通滤波器的温度特性进行补偿，其余与实施例一相同。

具体实施例三

参见图12，所述BST陶瓷压敏电容器为两个，两个BST陶瓷压敏电容器并联连接成相同的两组，分别用于两调谐回路。图中R4为隔离电阻，R5/R6为偏置分压式电阻，可以将BST陶瓷压敏电容器有效电压增量放大，当R5/R6采用热敏电阻时，可以对带通滤波器的温度特性进行补偿，其余与实施例一相同。

具体实施例四

参见图3、图10、图21和图22，一种新型LC电调带阻滤波器，包括依次连接的带阻调谐选频电路、偏置电路、电压控制电路和频率编码存储器，所述带阻调谐选频电路上设置有用作调谐元件的BST压敏电容器，电压控制电路上设置有D/A变换器，频率编码存储器将控制系统发出的控制码传输给电压控制电路的D/A变换器，电压控制电路输出相对控制电压，并将控制电压通过偏置电路传输到带阻调谐选频电路的BST压敏电容器，控制BST压敏电容器调谐到相应频率，所述BST陶瓷压敏电容器为一个或多个，一个或多个BST陶瓷压敏电容器可以串联连接或并联连接成一组，所述带阻调谐选频电路包括一个电感器和一组调谐用BST陶瓷压敏电容器，电感一端连接在输入端，另一端与一组调谐用BST压敏电容器串联后接地。所述偏置电压电路由隔离电阻和带温度补偿功能的分压电阻构成。

下面给出电路参数的计算公式：

Lp=（Z0/2 +ESR)/(2π×BW3dB)

Cp=1/[(2πf0)²×Lp]

ESR为Lp或Cp引入的等效串联电阻，当Lp固定，Cp变化时，该带阻滤波器电路拓扑有BW3dB绝对带宽保持不变的特性。Cp可以由PIN开关电容阵列实现（相应ESR随PIN开关通断有所变化，从而影响BW3dB阻带带宽有所变化）。本发明采用BST陶瓷压敏电容器，可比PIN开关电容阵列BW3dB变化小，且能承受更大输入功率，且工作频率上限更高。

采用BST陶瓷压敏电容器的LC可调带阻滤波器（当ESR=0时），电路参数见表3，30-1500MHz LC可调带阻滤波器参数。

表3

具体实施例五

参见图23-46，所述LC电调带阻滤波器串联在LC电调带通滤波器两端，即LC电调带通滤波器前后直接串联所述LC电调带阻滤波器，以进一步提高抗频带外大信号干扰能力。所述LC电调带阻滤波器也可以单独用于电子对抗宽带接收系统或超宽带（UWB ）通讯系统，有效抑制调频广播和电视广播信号等大干扰信号。所述LC电调带阻滤波器可与LC电调带通滤波器同步按f0/2或2/3f0等调频，也可根据现场背景扫描获得的带外大干扰信号给出陷波指令，使带阻滤波器工作在相应频率。

470-800MHz带通滤波器前后带235-400MHz带阻滤波器（10MHz阻带带宽），电路和特性见表4。

表4

470-800MHz带通滤波器带2f0抑制前后带235-400MHz带阻滤波器（10MHz阻带带宽），电路和特性见表5。

表5

470-800MHz 带通滤波器带2f0抑制，前后带313.3-533.3MHz带阻滤波器（20.408MHz带宽），电路和特性见表6。

表6

470-800MHz 带通滤波器前带0.8f0陷波BRF(20.48MHz带宽)，后带1.6f0陷波BRF(81.92MHz带宽)，电路和特性见表7。

表7

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。