1、书书书第!卷第 期应用科技#$%&!，&()*年 月+,%-./0 12-.32.0 43/0 5.263$%$789$:&()*文章编号：);（()*）)?)?专用短波接收机射频前端预选滤波器设计与实现陈国宇，韦金辰（哈尔滨工程大学 自动化学院，黑龙江 哈尔滨)）摘0 要：介绍了一种利用归一化算法结合经典福斯特法实现射频滤波器的方法&针对专用短波接收机射频前端预选滤波器，详细阐述了无源 AB 滤波器的设计方法；分析总结了滤波器实现过程中的一些经验；利用专业仿真软件对所设计的无源 AB 预选滤波器进行仿真，并最终实现系统要求的无源 AB 滤波器&关键词：接收机；射频前端；预选滤波器中图分类号：
2、59)0 0 0 文献标识码：+!#$%&()*$+,$-&-.,/0)#*1,(.$*,)-.($1,(23)1$4)56.)-&,7&(BCD9 EF$G8F，HDI J-3G26.3（B$%.7.$K+FL$M4L-$3，C4NO-3 D37-3.N-37 P3-:.NQ-L8，C4NO-3)，B6-34）89#,)1,：56-Q,4,.N-3LN$/F2.Q 4 R48 L$-M,%.M.3L ST K-%L.N O8 FQ-37 3$NM4%-U4L-$3 4%7$N-L6M-3 2$MO-34L-$3 R-L6L6.2%4QQ-2 T$QL.N M.L6$/&56./.Q-73$K
3、,4QQ-:.AB,N.Q.%.2L./K-%L.N$K/./-24L./1H N.2.-:.N ST KN$3LG.3/-%FQGLN4L./43/L6.,$QQ-O%.Q$%FL-$3Q 2$32.N3-37 L6.,N$O%.MQ 4N./-Q2FQQ./L64L M48$22FN-3 L6./.Q-73,N$2./FN.&56.Q,.2-4%Q-MF%4L-$3 Q$KLR4N.-Q.M,%$8./L$Q-MF%4L.L6.,N.Q.%.2L./K-%L.N L$N.4%-U.L6.N.VF-N.M.3LQ$K L6.Q8QL.M&:;-)(#：N.2.-:.N；ST KN$3LG.3
4、/；,N.Q.%.2L./K-%L.N收稿日期：()*)=()&作者简介：陈国宇（;W(），男，硕士研究生，主要研究方向：控制理论与控制工程，DGM4-%：6.4:.3N4-3X(*&2$M&0 0 为了得到性能较好的射频接收机前端，滤除接收机中的各种干扰信号，保留有用信号，必须在接收机前端适合的地方放置滤波器&尤其是放置于系统第一级的预选滤波器，它的性能好坏直接影响了整个接收机射频前端的噪声系数&通过分析!级级联系统噪声系数方程可知，必须将预选滤波器的损耗降到最低，同时还必须使其具有系统需要的选择性&0 预选滤波器的选择由于预选滤波器处于整个射频前端系统的第一级，其性能对整个接收机系统产生极
5、大的影响，考虑到系统的线性度（避免非线性误差带来噪声），预选滤波器中不应有任何有源器件，因此该滤波器应设计为无源 AB 滤波器&同时，对于专用短波接收机系统来说线性的相位响应（相移）要比陡峭的衰减或幅度变化更为关键，而且线性的相移和陡峭的幅度变化是相互冲突的&综合考虑其相互影响并结合系统要求，文中设计选择了衰减曲线中波纹最小的最大平滑巴特沃兹（YFLL.NR$NL6）带通滤波器&(0 预选滤波器的设计与实现(&0 预选滤波器的设计方法目前，模拟带通滤波器的设计方法都是将要设计的滤波器的技术指标通过某种频率转变关系转换成模拟低通滤波器的技术指标，并依据这些技术指标设计出低通滤波器的转移函数，然后
6、再依据频率转换关系变成所要设计的滤波器的转移函数(&模拟带通滤波器的?个频率参数是!#、!、!、!$，其中!、!分别是带通的下限与上限频率，!#万方数据是下阻带的上限频率，!是上阻带的下限频率，首先要将它们做归一化处理#定义!$%!#!$为带通的带宽，并以此为参考频率对!轴做归一化处理，即!&!&(!$%，!&!(!$%，$!$(!$%，!(!$%#%再定义!&!$!为带通的中心频率，归一化的&!$，从而可以得出其归一化的幅频特性)（*）及归一化的低通幅频特性+（*#），进而可以得出 和#的一些主要对应关系#在&#之间找一点，它在#轴上对应的点应在(#,之间，由于!&($，那么 在 轴上对应的
7、点应是&(，而#在#轴上对应的点应是#这样又可找到 与#的转换关系为-&(-$&#&#,#（$）由于#$!$，#,!$，所以有#&-&#（&）%从而实现了频率转换)利用所得到的低通滤波器技术指标#,、#!、$,、$!，可设计出滤波器的转移函数+（.）)由.!&/!$!（!-!$）#（）可得)（!）+（.）0.!&/!$!（!-!$）#（*）%这样，所需的带通滤波器的传递函数可以求出)通过上述方法可以将巴特沃兹模拟带通滤波器的设计转化成巴特沃兹模拟低通滤波器的设计)注意，1 阶的低通滤波器转换到带通后，阶次变为&1)给定模拟低通滤波器的技术指标$.、!.、$!、!，其中$.为通带内允许的最大衰减
8、，$!为阻带内应达到的最小衰减，$.、$!的单位为+,，!.为通带上限角频率，!为阻带下限角频率*)$.、$!都是!的函数，它们的大小取决于+（-!）的形状，为此，定义一个衰减函数$（!），即$（!）$($.2（-!）3（-!）&$($.$0+（-!）0&#（/）%这样，式（/）把低通模拟滤波器的*个技术指标和滤波器的幅平方特性联系了起来)由于每一个滤波器的频率范围存在很大差别)为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理)设所给定的实际频率为!（或 4），归一化后的频率为#，对低通滤波器，令#!(!.#（0）%令归一化复数变量为.，.!-#，显然.-#-!(!.!(!.#（1）%巴特
9、沃兹低通模拟滤波器的设计可以按以下 个步骤来进行)$）将实际频率!归一化得归一化幅平方特性0+（-#）0&$/5&#&1#（2）%由此可以看出+（-#）&（或+（-!&）中只有&个参数 5 和 1，1 是滤波器的阶次)&）求 5 和 1由（/）式得$（#）$($.（$/5&#&1），（3）则 5&#&1!$($.($(#$，5&#!&1$($!($(-$（$(）%因为#.!$，所以5&$($.($(-$，1 4.$($!($(-$(.!($(-!$4.#!#（$）这样 5 和 1 可求)若令$.!+,，则 5!$，这样巴特沃兹低通模拟滤波器的设计就只剩下一个参数 1)）确定+（!）因为.!-#
10、，有+（.）+（-.）$/（.(-）&1$/（-$）1.&1#（$&）由$5（#$）1.&1!(解得.6(678-&6/1-$&1)!，6$，&，&1#（$）%这样，+（.）+（#.）的&1 个极点等分在!平面半径为一的圆上，相距为（!(1）9:+)为了保证所设计的滤波器是稳定的，应把左平面的极点赋予+（.），即.6(678-&6/1-$&1)!，6$，&，&1#（$*）&*应%用%科%技%第 卷万方数据这样!（）!（#）（#$）（#）%（&）若#为偶数，!（）的极点皆是共轭出现，即$，#%&$，!$!#$(（）这一对共轭极点构成一个二阶系统，即!$（）)（&$）（&#%&$）(（(）)总的转
11、移函数应是#$类型的二阶系统的级联，即!（）)#$)!$（），#为偶数(（*）)若#为奇数，它将由一个系统和（#）$个二阶系统相级联，即!（）)%（#&）$)!$（），#为奇数(（+）)这样，就得到了归一化的转移函数!（）(利用式（(）关系，即得实际需要的!（*）(为实现二端口梯形的转移函数!（*），重点在于利用!（*）求出+和+$，然后实现+和+$(转移函数的零点与+$的零点相一致，所以不必求+$(推导+$和+$的基本思想是输入,-网络的平均功率应等于,-网络输出的平均功率(为此，定义辅助有理函数,（*）和,（!$）使,（*）,（&*）-*$)&!$),（!$）),（&*）).$./0.$（
12、!）&(（$1）式中：.（!）!2/（3!）2 是幅频响应，且.012（!）!是幅频响应的最大值(,（!$）是!的偶有理函数，,（#*$）是具有实系数的关于*的偶有理函数，且,（!$）#1(（$）,（#*$）的复零点以象限对称的形式出现，即，*!4 3!，*$!#3!，*5!34 3!，*6!#3!，和!是正实数(由于,（*）是具有实系数的有理函数，所以必须从*复平面的左半平面或右半平面选择复共轭零点对%,（#*$）的实零点成对出现，即*!，*$!#(对,（*）只选择一个零点即可%用于求二端口梯形实现的归/4（*）为/4（*）)/（*）./0)5（6）77879%7:;)57879%5:;77
13、879%7:;(（$）式中：77879是关于*的偶多项式，7:;是关于?对所设计的系统进行仿真，如图 所示%图)利用=?仿真,-滤波器仿真结果如图$所示%图$),-滤波器频率响应仿真结果$%$)预选滤波器的实现$%$%)电感元件的制作通过以上分析可以设计出符合要求的,-滤波器，但是滤波器的实现却存在一定的难度%实现滤波器，主要是实现高精度、高:值、高自谐振频率以及寄生参量较小的电感%一般来说，对于电感值较小的电感，采用漆包线直接绕制空心线圈而成&%;)1(1*6(?)(?(（$6）式中：;为电感值；(?为磁环外径；(?为磁环内径；#=为磁环磁感系数；#为线圈轧数%绕制成型后选择一&1 BC 左
14、右的电容与其串联，根据,-振荡电路原理，利用矢量网络分析仪测出其并联谐振点%通过,-与谐振频率的换算关系，56第 期陈国宇，等：专用短波接收机射频前端预选滤波器设计与实现万方数据就可以得出!的准确值!#预选滤波器的调整滤波器装配完成以后，就要测量各项电特性!如果某些性能不能满足技术要求，就要进行调整，直到达到技术要求为止!调整过程如下：$）在印制板上进行调谐，谐振回路和其他元件断开，引线应尽量短，以使调谐准确!）调谐完成以后，把各点连接起来便构成滤波器!首先测量通带的反射衰减!如果调谐好的谐振频率已发生较大的偏移，要重新检查并调整谐振频率!如果反射衰减仅在个别点上稍低于要求值，可以微调衰减峰频
15、率使之符合要求!%）如果通带衰减太大，一个原因是原件的 值太低所造成的!这时候，把不符合要求的元件找出来并替换之；另一个原因是衰减峰频率偏了，这时候要重新进行调谐!&）在测量阻带的工作衰减时，因为频率较高，如果遇到阻带要求高的滤波器，有时个别点会不符合要求!这时可微调衰减峰频率，使整个阻带特性符合要求!但衰减峰频率调过后，又会影响通带特性!需经过反复调整，才能使二者同时满足要求!%#滤波器的常见故障及排除方法（$）不通或通带衰减大$）逐节短路串联臂!如万用表指示突然增大，表明该串联臂有故障!查出串联臂有故障以后，再按照上述方法检查该节哪些元件发生故障!）如果串联臂经过检查后没有故障，就再检查并
16、联臂!检查时要逐个断开并联臂，查出某节并联臂有故障后，再用同样的方法检查该节元件有无故障!%）通带中高频端衰减增大，可测上阻带的衰减峰频率和谐振衰减!低频端衰减增大，可测下阻带的衰减峰频率和谐振衰减!（）通带内衰减波动大$）分别检查串联臂和并联臂的谐振频率!）检查电容器的绝缘电阻!%）重新调谐或更换元件!（%）阻带衰减下降$）并联臂元件 值下降!测量电感、电容的 值!）并联臂谐振频率有偏移!测量谐振频率!%）接地端子接触不良!用万用表检查!（&）非线性失真增大$）磁芯受震移位，改变了磁路的气隙，造成磁饱和，使谐波增大!可用高、低电平分别测量电路的谐振频率，若谐振频率随电平高低而变，表明磁芯有磁
17、饱和现象，应予更换!）电容元件接触不良，虚焊等形成活动性电阻，引起谐波增大!可用阻抗电桥测试电容器的接触电阻，用万用表检查原件接头的接触电阻!（(）平衡滤波器的平衡衰减下降$）串联臂元件变值或对地绝缘不良，造成上下不对称!应逐节测量平衡衰减以确定故障所在!）并联臂有对地短路现象!应检查并联臂元件对地绝缘程度!（)）阻抗特性不好（反射衰减太小）$）分别检查串联臂和并联臂的谐振频率!）检查元件值有无变化!%#结束语总之，专用短波接收机在设计和实现上越来越趋向高性能、高集成度方向发展!在性能上，接收机主要是向高线性、大动态范围、高灵敏度、高分辨率等方面发展!而要实现这些目标最重要的是实现接收机性能优
18、良的滤波器!文中正是根据这样的需求，从理论算法的角度分析并实现了一种满足专用短波接收机射频前端系统指标要求的预选滤波器!参考文献：$刘长军，黄卡玛，闫丽萍!射频通信电路设计*!北京：科学出版社，+(!胡广书!数字信号处理理伦、算法与实现*!第二版!北京：清华大学出版社，+%!%,-./01-.234/2 5!6789/.9!.:;*?ABC=DEFCG CKCGG*!北京：电子工业出版社，+&!&*/.LM-34 2，27N36 4，O./36-!:FCG G?=CGGIH DGIH*3Q-3O AIF RAESCRAECEG?J.:=DE FCGHI*!北京：电子工业出版社，+$!责任编辑：
19、张晓京&应#用#科#技#第%卷万方数据专用短波接收机射频前端预选滤波器设计与实现专用短波接收机射频前端预选滤波器设计与实现作者：陈国宇，韦金辰，CHEN Guo-yu，WEI Jin-chen作者单位：哈尔滨工程大学,自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001刊名：应用科技英文刊名：APPLIED SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：2006,33(11)被引用次数：2次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.刘长军;黄卡玛;闫丽萍 射频通信电路设计 20052.胡广书 数字信号处理-理论、算法与实现 20033.ULRICH L R;DAVID P;NEWKIRK R F
20、Microwave circuit design for wireless 20044.MIROSLAV D;DEJAN V;BRIAN L Filter design for signal processing using MATLAB and mathematica 20045.JOSEPH J Secrets of RF circuit design 2001 本文读者也读过(8条)本文读者也读过(8条)1.徐俊 VHF接收机预选滤波器设计与实现期刊论文-硅谷2008(17)2.邓志勇 短波接收机本振源及前端电路控制系统的设计与实现学位论文20103.解建勇.孙素慧.XIE Jian-y
21、ong.SUN Su-hui 通用短波接收机射频前端设计期刊论文-无线电通信技术2009,35(3)4.文智力.戴旭初 一种新型的全数字短波接收机期刊论文-微型机与应用2004,23(9)5.王冰切.苏东林.曾国奇.张素敏.Wang Bingqie.Su Donglin.Zeng Guoqi.Zhang Sumin 电子战跳频接收机的互调抑制设计和测试期刊论文-武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2007,31(3)6.刘大伟 宽带接收机电调预选滤波器与射频前端的研究和实现学位论文20047.邢果.戚文芽.XING Guo.QI Wen-ya 基于AD6620的中频滤波器的设计期刊论文-电讯技术2006,46(5)8.谢金娟 短波接收机前端高中频电路的设计与实现学位论文2010 引证文献(2条)引证文献(2条)1.徐俊 VHF接收机预选滤波器设计与实现期刊论文-硅谷 2008(17)2.聂江峰.张效民.彭文标 一种新型射频高通滤波器的设计研究期刊论文-电声技术 2012(7)本文链接：http:/
