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1、数字调谐滤波器原理及方案数字调谐滤波器原理及方案时间：2009-11-05 15:54:07 来源：现代电子技术 作者：庄永河,孟 坚 国电子科技集团2 跳频滤波技术原理及方案跳频滤波器要实现滤波器中心频率的快速变换，核心是通过连续快速改变或用开关改变带通滤波器的全部或部分参数来达到的。在实际应用中，跳频滤波器主要有单元组合式滤波器组、使用可变参数器件式滤波器、数字式、数字调谐式滤波器四种实现方案。下面对各种滤波器的技术原理进行分析比较。21 单元组合式滤波器组方案单元组合式滤波器组方案如图 2，其电路原理比较容易理解，每一个带通滤波器对应一个中心频率。数字调谐的“控制码”通过“控制器”控制滤
2、波器组输入和输出的“开关阵列”，切换内部不同的滤波器子单元，达到数字调谐选频滤波的目的；也可以手动调节控制器，达到调谐选频滤波器子单元的目的。单元组合式滤波器组设计结构的优点如下：由于它的内部滤波器单元是独立的，因此可以根据要求制作各种原理的滤波器，滤波器 1 和滤波器 2 拓扑结构可以完全不同，设计和应用比较灵活；由于切换单元只进行了开关阵列的数字控制，因此数字滤波器跳频速度很快，可以达到微秒数量级；滤波单元主要由 LC 构成，不受半导体器件静态直流工作点影响，因此功率容量较大。同时，LC 可选择温度特性较好的器件，因此滤波器的中心频率温度漂移等温度特性较好。这种设计结构，原理简单，也容易实
3、现。在民用领域得到完善和发展，早期的通讯机和电视机的高频头调谐调台器等就是一个成功范例。单元组合式滤波器组的缺点也是很明显的：系统需要多少种跳频点，就需要制作多少个滤波器单元，每一个滤波器单元独立调试。多组滤波器单元，元件数量多、体积大、调试难度大。一般 8 组以上的系统需求，多组滤波器组合的大体积就麻烦了。多组滤波器组装在一个距离很近的空间，在射频或更高频段，必然会引起相互干扰。就是说滤波器不仅受接通单元集中参数和分布参数的影响，还受相邻单元的分布参数影响，往往一个滤波器单元调整好了，相邻的单元又不正常。这对滤波器的设计与调试难度，单元组合式滤波器组占用空间提出很高要求，很难在现代跳频通讯中
4、应用。因此这种设计结构方案，在小单元数量的跳频滤波器设计中是广泛采用的，但多达250 个以上跳频点的跳频通讯系统中是无法实施的。22 可变参数器件式滤波器方案可变参数器件式滤波器的方案如图 3，方案的关键是滤波器内部有一个参数可控的器件。同样，数字调谐的“控制码”通过“控制器”控制这个器件，例如通过控制压控元件、变容二极管的参数，改变了滤波器的整体参数，从而改变滤波器的中心频率，达到数字调谐选频滤波的目的。可变参数器件式滤波器方案的优点在于电路体积可以制作得很小，电路调试也比较方便，因此，配合了锁相和数字存储技术，在民用领域得到完善和发展，彩电的电调谐调台器等就是一个很成功范例。可变参数器件式
5、滤波器方案的缺点在于：“参数可变”器件线性一般都不好，可控范围较小，通过分段调谐方法可以改善；此类器件主动控制的精度都较差，虽可通过锁相等技术得到弥补，但锁相频率和速度都较低，受到锁相频率和速度的局限，可变参数器件式滤波器很难在需要高频跳频领域采用；一般这种器件温度特性较差，无法使滤波器的电性能延展到军用温度范围；受控的器件功率容量都较小，无法通过功率信号，适合作为信号处理，而不适合发射、接收机中使用。因此可变参数器件式滤波器很难在军用跳频通讯中应用。23 数字式滤波器方案数字式滤波器原理框图如图 4 所示，其方案基于数字信号处理，把输入模拟信号首先经过 AD 转换器变为数字信号，再通过微处理
6、器的 FFT(快速傅里叶变换)和 IFFT(快速傅里叶逆变换)等变换，进行滤波器函数算法处理数据，最后把处理好的信号通过 DA 转换输出。数字式滤波器方案的优点：依靠微处理器可以使用非常复杂的算法，设计合适程序，实际可完成的功能可以远远不止滤波要求，甚至可以实现各种信号分析、识别工作。软件处理方式灵活，处理精度高这是该方案的优势，也是未来所有信号处理领域的发展趋势。但是，这种方案缺点是：基于信号处理，功率容量小，无法通过功率信号传输；依赖于微处理器和 AD，DA 转换的速度，目前处理速度慢，只能适合处理几百 kHz 以下的信号；信号只能单向传输。此外，数字式滤波器还有一类分支可编程滤波器。MA
7、XIM 公司出品了单芯片可编程滤波器 MAX264，该器件内部集成了滤波器所需的电阻、电容，无需外接器件，且其中心频率、Q 值及工作模式都可通过引脚编程设置进行控制。MAX264 可工作于带通、低通、高通、带陷或是全通模式下，其通带截止频率可达 140 kHz；可以完成简易的数控调谐功能，但其可控点非常少，最高工作频率较低，温度特性也较差，远远不能满足现在工作在射频范畴的跳频电台要求，频率差距有 34 个数量级。也有人用“可编程逻辑器件(FPGA)”或“专用集成电路(ASIC)”做出相关产品，其所称“高频”也只能达到 1 MHz，对于军用通讯的要求也相差几个数量级。单芯片的可编程滤波器是发展的方向，几个数量级的差距至少需要十年以上时间的技术发展才能跟上。
