潘耿峰
(廣州海格通信集團股份有限公司,廣東 廣州 510663)
一種基于共址濾波器解決同址多臺的方法
潘耿峰
(廣州海格通信集團股份有限公司,廣東 廣州 510663)
通過對X電臺的同址多臺問題進行詳細分析,提出了一種濾波的解決方法,根據(jù)電臺指標分析其可行性,并詳細說明應用于X電臺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)驗方法。
同址多臺共址濾波濾波器仿真
X電臺集成2個能與A軍電臺通信的A通道(30—90MHz)、1個能與B軍電臺通信的B通道(30—90MHz)和1個能與C軍電臺通信的C通道(100—400MHz)為一體,對應4個通道模塊和4根天線,既能單獨和A軍、B軍或C軍電臺通信,又能實現(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、B軍電臺和C軍電臺能夠相互通信。在用戶裝車試驗中發(fā)現(xiàn),當4個通道同時工作時,存在通道間相互干擾,不能同時進行通信。
為解決跳頻同臺多機問題,項目組進行電臺裝車仿真實驗。天線間距如圖1所示,4個天線各安裝在通信車的4個角上。
圖1 天線裝車圖
通過試驗分析,發(fā)現(xiàn)X電臺存在典型的同址多臺問題,具體如下:
(1)發(fā)射信號阻塞接收信號。由于天線間距短,接收天線與發(fā)射天線間信號耦合很強,如表1所示。當天線間距為1.2m時,天線間的隔離度在90MHz頻率時為24dB,在30MHz頻率時只有10dB,因此發(fā)射信號阻塞接收通道前級低噪放,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)當電臺2個通道發(fā)射、1個通道接收時,2個發(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)射信號的寬帶噪聲以及2個發(fā)射頻率的互調(diào)產(chǎn)物搬移到接收頻點的寬帶噪聲,干擾微弱接收信號。
綜合上述問題,其中以電臺2個通道發(fā)射時產(chǎn)生的互調(diào)問題最難解決,因為2個發(fā)射信號的互調(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通信頻段,淹沒遠處發(fā)射過來的接收信號。
解決同址多臺問題的最根本問題是增加天線間的隔離度,最簡單的方法是增加天線的距離,但由于電臺裝車要求,天線距離是固定的。另外一個方法是通過濾波器來增加天線間的隔離度,2個天線不同時工作在相同頻率,假設天線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,相當于天線間的隔離度增加了40dB。
假設濾波器帶外抑制為40dB,根據(jù)X電臺實際通信指標,分析增加濾波器之后射頻通道間的相互干擾問題。
(1)抗阻塞干擾。如圖2所示,X電臺發(fā)射功率為20W(43dBm),濾波器隔離度為40dB,天線隔離度為10dB,則進入接收通道信號電平為-7dBm,X電臺接收通道靈敏度電平為-117dBm,在10MHz處雙信號選擇性為110dB,此時要求收發(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)射信號在10MHz的雜散抑制大于110dB。
(3)諧波抑制。如圖3所示,X電臺發(fā)射諧波抑制要求大于50dB,則要求發(fā)射頻率的諧波點偏離接收頻點500kHz以上(接收通道在500kHz處雙信號選擇性指標為60dB)。
(4)互調(diào)抑制。如圖4所示,假設互調(diào)產(chǎn)物在其中一個發(fā)射通道的功放處產(chǎn)生,功放在43dBm輸出時的互調(diào)抑制指標為25dB,則要求其三階互調(diào)頻率偏離接收頻點50kHz以上(接收通道在500kHz處雙信號選擇性指標為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,信號帶寬為16kHz,收發(fā)頻率間隔為10MHz,則要求發(fā)射信號在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X電臺預先進行如下頻率規(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)劃時應考慮上述要求,避免產(chǎn)生有沖突的頻率設置;結(jié)合LC濾波器的工程化性能,將通信頻段30—90MHz等分為6個頻段,對應設置6個帶通濾波器,每個濾波器通帶為10MHz、過渡帶為10MHz、帶外抑制為40dB。如圖5所示,要求同時2個射頻通道工作在不相鄰的2 個頻段內(nèi)(圖中實線濾波器所示),則滿足收發(fā)頻率間隔10MHz以上。
圖5 頻段劃分圖
根據(jù)上述思路,在X電臺增加一個共址濾波器模塊,如圖6所示。共址濾波器模塊由1個電源邏輯板、3個帶通濾波板和1個高通濾波板組成。
圖6 跳頻濾波模塊框圖
電源邏輯板由相對獨立的開關電源電路和邏輯譯碼控制電路組成。開關電源電路為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,使其選通相應的帶通濾波器接入電路。
帶通濾波板內(nèi)含6個帶通濾波器,如圖7所示,通過PIN管開關電路,控制選通的頻帶。
圖7 帶通濾波板框圖
在濾波器的設計上,選擇采用一個7階串聯(lián)型高通濾波器和一個7階并聯(lián)型低通濾波器串聯(lián)的方法來實現(xiàn)帶通濾波器。這樣設計的好處是:電路沒有較大的電容和電感,因為容值在500pF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,電感繞線太密,不宜生產(chǎn)加工,且調(diào)試電感只有6個,并且在調(diào)試時可以分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器指標,再將2個濾波器串聯(lián),微調(diào)接口處電容即可實現(xiàn)所需的帶通濾波器,在指標上和帶通濾波器基本一致。2個濾波器串聯(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為:帶內(nèi)插損<0.9dB,帶內(nèi)波動<0.5dB,帶外衰減>40dB,反射衰減>20dB,過渡帶<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
實際裝配出來的電路和仿真的電路有很大區(qū)別。在仿真中,器件都是相對的理想器件,而實際電路中還存在耦合電容、引線電感以及控制電路干擾等。在設計中需做相應的處理,才能使6路濾波器的實際曲線基本符合仿真結(jié)果,達到設計指標。共址濾波器模塊設計中的處理措施和調(diào)試經(jīng)驗舉例如下:
(1)PCB布板時,采用屏蔽框6路濾波器隔開,減少各路濾波器之間的相互串擾;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,在每路濾波器中增設測試點,可分別調(diào)試高通濾波器和低通濾波器。
(2)增加控制信號的濾波電路。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,當反射衰減達到20dB而帶內(nèi)插損不達標時,應考慮PIN管的導通電流是否足夠,當PIN管導通電流不足時,其導通電阻較大,這時應減少電路直流回路的電阻,增大PIN管導通電流。
(5)在濾波器設計中,可以用ADS進行整體仿真,預先排除設計上的一些遺漏或者錯誤。
最后,在產(chǎn)品的高低溫環(huán)境試驗中,濾波器的指標都符合設計仿真結(jié)果,達到設計要求。
通過實際結(jié)果證明,本文介紹的共址濾波器模塊是解決同址多臺問題的一種有效方法,在用戶補充實驗中,改進后的X電臺成功地實現(xiàn)了4個信道同時工作,通信距離正常且通話效果良好。
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潘耿峰:通信工程師,學士畢業(yè)于桂林電子科技大學通信工程專業(yè),現(xiàn)任職于廣州海格通信集團股份有限公司,主要從事射頻電路設計工作。
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的方法[J]. 移動通信, 2015,39(16): 67-71.