本實用新型涉及專用無線通信行業(yè)，是一種應(yīng)用于長波授時頻段的有源帶通濾波器，可以用于長波授時接收機(jī)的天線輸入信號頻率濾波。
背景技術(shù)：
：濾波器是通信系統(tǒng)中最常用的器件之一，廣泛應(yīng)用于電子工程、通信設(shè)備、自動控制、儀器儀表等
技術(shù)領(lǐng)域：
，是現(xiàn)代任何一種通信系統(tǒng)中必不可少的部分。濾波器的種類很多，不同的類型都有其各自的特點，按照濾波器的性能指標(biāo)分，有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器，按照濾波器的傳輸函數(shù)類型來分，有巴特沃茲函數(shù)、切比雪夫函數(shù)、橢圓函數(shù)、高斯類函數(shù)濾波器，從元器件特性來分，又有無源濾波器和有源濾波器，技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型目的是：提供一種應(yīng)用于長波授時頻段的有源帶通濾波器，將有源帶通濾波器應(yīng)用于長波授時接收機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)一步提高長波授時接收機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和噪聲系數(shù)，以及對帶外信號的抗干擾性能。如果長波接收機(jī)的射頻前端沒有較好的頻率選擇性，就會讓一些噪聲或干擾信號進(jìn)入接收機(jī)射頻通道，產(chǎn)生交調(diào)失真，通道堵塞等問題，影響長波授時信號的正常接收和解調(diào)。本實用新型的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于長波授時頻段的有源帶通濾波器，基于兩片有源RC四通道濾波器芯片LTC1562IG-2，外置阻容器件，通過串聯(lián)8個二階RC有源帶通濾波器組成一個16階有源帶通濾波器，實現(xiàn)中心工作頻率100kHz，3dB帶寬20kHz，40dB帶寬小于40kHz的巴特沃茲型頻響特性帶通濾波器。進(jìn)一步的，所述8個二階RC有源濾波器分別由七個二階帶通濾波器和一個二階高通濾波器組成。進(jìn)一步的，兩片有源RC四通道濾波器芯片LTC1562IG-2內(nèi)部共集成有8個由雙運放和精密電容組成的電路，每個由雙運放和精密電容組成的電路通過三個外接端口V1、V2和INV外接一個二階RC有源帶通濾波器；第一到第七級二階帶通濾波器包括電阻Rinx、電阻R2x和電阻RQx，x＝1～7；電阻Rinx一端作為第x級二階帶通濾波器的輸入端，一端分別連接端口INV、電阻R2x一端和電阻RQx一端，電阻R2x另一端連接端口V2，電阻RQx另一端連接端口V1，且端口V1作為第x級二階帶通濾波器的輸出端；第八級二階高通濾波器包括電容Cin8、電阻R28和電阻RQ8；電容Cin8一端作為第8個二階帶通濾波器的輸入端，一端分別連接端口INV、電阻R28一端和電阻RQ8一端，電阻R28另一端連接端口V2，電阻RQ8另一端連接端口V1，且端口V1作為第八級二階高通濾波器的輸出端；輸入有源帶通濾波器的長波信號首先通過隔直電容C1，經(jīng)過隔直的長波信號進(jìn)入由Rin1、RQ1、R21、N1組成的第一級帶通濾波器，再分別經(jīng)過Rin2、RQ2、R22、N1組成的第二級帶通濾波器，Rin3、RQ3、R23、N1組成的第三級帶通濾波器，Rin4、RQ4、R24、N1組成的第四級帶通濾波器，Rin5、RQ5、R25、N2組成的第五級帶通濾波器，Rin6、RQ6、R26、N2組成的第六級帶通濾波器，Rin7、RQ7、R27、N2組成的第七級帶通濾波器，Cin8、RQ8、R28、N2組成的第八級高通濾波器，最終經(jīng)過隔直電容C2輸出，實現(xiàn)中心工作頻率100kHz，3dB帶寬20kHz，40dB帶寬小于40kHz的巴特沃茲型頻響特性。進(jìn)一步的，令電阻R2x和電阻R28為電阻R2，電阻R2決定每個二階RC有源濾波器的中心頻率fo，計算公式如下：其中：R1和C集成在濾波器芯片內(nèi)部，R1＝7958Ω，C＝100pF。進(jìn)一步的，令電阻RQx和電阻RQ8為電阻RQ，電阻RQ決定每個二階RC有源濾波器的Q值，計算公式如下：其中：R1和C集成在濾波器芯片內(nèi)部，R1＝7958Ω，C＝100pF。進(jìn)一步的，本實用新型的有益效果是：本實用新型的濾波器是一種巴特沃茲函數(shù)型有源帶通濾波器。本實用新型的帶通濾波器是一種有源濾波器，它不同于無源濾波器，是由無源元器件電阻(R)、電容(C)和專用有源RC濾波器芯片構(gòu)成。其具有很多獨特的特點，因為不需要用到電感等元器件，所以沒有電感固有的非線性特性，也沒有磁場泄漏，不需要對電路進(jìn)行磁場屏蔽，降低了濾波器對其他電路的干擾，縮小了體積，降低了成本和重量。因為電路內(nèi)部有有源運算放大器，濾波器也沒有插入損耗，減輕了放大部分電路的負(fù)擔(dān)。由于濾波器具有輸入電阻高，輸出阻抗低的特點，非常有利于前后級電路的匹配。整個濾波器電路沒有需要調(diào)整的可調(diào)元器件，在設(shè)計定型后，批量生產(chǎn)中不需要花費大量時間用于調(diào)測，生產(chǎn)調(diào)試工藝簡單，效率高，使用可靠故障率低，非常適用于大批量生產(chǎn)應(yīng)用。本實用新型的有源帶通濾波器是工作在長波授時頻段的，按照長波授時信號的帶寬特性進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計，可以用于長波授時接收機(jī)的天線輸入信號頻率濾波，對從天線接收到的外部空間雜亂長波頻段信號進(jìn)行有用頻率的篩選，把需要的信號選出來，抑制掉不需要的噪聲和干擾信號，有利于接收機(jī)后端信號放大和采樣電路更穩(wěn)定的工作和更有效率的處理有用頻率信號。而且該濾波器是通過有源RC電路實現(xiàn)，沒有輸入插損，不會對減小輸入小信號的幅度，基本不會惡化天線接收到的微弱信號的信噪比，還可以改善接收機(jī)的通道增益，降低放大部分電路的負(fù)擔(dān)，對提高長波授時接收機(jī)的靈敏度和抗干擾能力都有較大的作用。附圖說明圖1為有源帶通濾波器電路圖；圖2為二階RC有源濾波器通用結(jié)構(gòu)圖；圖3為二階RC帶通濾波器結(jié)構(gòu)圖；圖4為二階RC高通濾波器結(jié)構(gòu)圖；圖5為軟件FilterCAD設(shè)計主界面；圖6為有源帶通濾波器頻響圖；圖7為第一級帶通濾波器輸出頻響圖；圖8為第二級帶通濾波器輸出頻響圖；圖9為第三級帶通濾波器輸出頻響圖；圖10為第四級帶通濾波器輸出頻響圖；圖11為第五級帶通濾波器輸出頻響圖；圖12為第六級帶通濾波器輸出頻響圖；圖13為第七級帶通濾波器輸出頻響圖；圖14為第八級帶通濾波器輸出頻響圖。具體實施方式本實用新型基于兩片低噪聲、低失真有源RC四通道濾波器芯片LTC1562IG-2，外置阻容器件，通過串聯(lián)8個二階RC有源帶通濾波器組成一個16階有源帶通濾波器，實現(xiàn)中心工作頻率100kHz，3dB帶寬20kHz，40dB帶寬小于40kHz的巴特沃茲型頻響特性帶通濾波器，具體電路如圖1所示，由兩個濾波器主芯片和外圍RC網(wǎng)絡(luò)組成。圖中的每個二階RC有源濾波器都具有相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，虛線框中的雙運放和精密電容被集成進(jìn)濾波器主芯片內(nèi)，外置的Zin、RQ、R2決定了單個二階濾波器的頻響特性和增益，當(dāng)Zin是電阻時，可以實現(xiàn)帶通或低通濾波器，當(dāng)Zin是電容時，可以實現(xiàn)高通或帶通濾波器，具體哪種頻響還需要有輸出方式?jīng)Q定，可詳見表2。圖1中，輸入有源帶通濾波器的長波信號首先通過隔直電容C1，阻斷濾波器與外部的直流成分，以避免外部直流電平影響濾波器的直流工作狀態(tài)，經(jīng)過隔直的長波信號進(jìn)入由Rin1、RQ1、R21、N1組成的第一級帶通濾波器，再分別經(jīng)過Rin2、RQ2、R22、N1組成的第二級帶通濾波器，Rin3、RQ3、R23、N1組成的第三級帶通濾波器，Rin4、RQ4、R24、N1組成的第四級帶通濾波器，Rin5、RQ5、R25、N2組成的第五級帶通濾波器，Rin6、RQ6、R26、N2組成的第六級帶通濾波器，Rin7、RQ7、R27、N2組成的第七級帶通濾波器，Cin8、RQ8、R28、N2組成的第八級高通濾波器，最終經(jīng)過隔直電容C2輸出，實現(xiàn)如圖6的帶通頻響特性。圖1中：1是第一級帶通濾波器電路；2是第二級帶通濾波器電路；3是第三級帶通濾波器電路；4是第四級帶通濾波器電路；5是第五級帶通濾波器電路；6是第六級帶通濾波器電路；7是第七級帶通濾波器電路；8是第八級帶通濾波器電路；9是第一組8個二階RC有源帶通濾波器電路；10是第二組8個二階RC有源帶通濾波器電路。本實用新型的長波授時頻段有源帶通濾波器由兩組8個二階RC有源帶通濾波器組成，工作中心頻率和帶寬等技術(shù)指標(biāo)專門針對長波授時信號的頻譜特征來設(shè)計和優(yōu)化，以適應(yīng)長波接收機(jī)從天線接收的空間信號中提取有用的長波信號，并能最大效率的放大和數(shù)字采樣處理。有源帶通濾波器的中心工作頻率依據(jù)長波授時信號的載波頻率設(shè)計為100kHz，考慮到高低溫環(huán)境對元器件阻容值的影響，3dB帶寬進(jìn)行了余量設(shè)計以適應(yīng)全工作溫度范圍內(nèi)，不會因為高低溫頻率偏移而將有用信號濾除，影響接收機(jī)長波授時信號的正常接收和可靠工作，最終3dB帶寬設(shè)計為20kHz。通過在Linear公司提供的濾波器設(shè)計軟件FilterCAD上多次仿真后，確定選用巴特沃茲型16階帶通濾波器是最優(yōu)的電路方式，可以在中心頻率和帶寬已定的情況下實現(xiàn)最優(yōu)矩形系數(shù)。表1序號名稱阻容值并聯(lián)電阻1并聯(lián)電阻21Rin1165kΩ180kΩ2MΩ2RQ175kΩ75kΩNC3R2135.7kΩ36kΩ4.3MΩ4Rin2196kΩ220kΩ1.8MΩ5RQ2309kΩ430kΩ1.1MΩ6R2227.4kΩ33kΩ160kΩ7Rin346.4kΩ47kΩ3.6MΩ8RQ393.1kΩ130kΩ330kΩ9R2338.3kΩ39kΩ2.2MΩ10Rin4121kΩ220kΩ270kΩ11RQ4118kΩ120kΩ7.5MΩ12R2428kΩ30kΩ430kΩ13Rin546.4kΩ47kΩ3.6MΩ14RQ5143kΩ150kΩ3.3MΩ15R2540.2kΩ43kΩ620kΩ16Rin680.6kΩ82kΩ4.7MΩ17RQ680.6kΩ82kΩ4.7MΩ18R2630.1kΩ33kΩ510kΩ19Rin768.1kΩ75kΩ750kΩ20RQ7412kΩ430kΩ10MΩ21R2742.2kΩ43kΩ2.4MΩ22Cin833pF//23RQ871.5kΩ82kΩ560kΩ24R2832.4kΩ33kΩ1.8MΩFilterCAD軟件濾波器設(shè)置界面如圖5所示，根據(jù)濾波器的各項指標(biāo)要求，分別設(shè)置軟件中濾波器類型、中心頻率、通帶帶寬、阻帶帶寬、頻響類型和階數(shù)等參數(shù)后，生成電路程式和器件值，電路程式如圖1所示，器件參數(shù)值如表1所示，由于大部分電阻的阻值在百一或百五精度系列里是無法找到的，為了提高電路實現(xiàn)的合理性和器件的通用性，采用了兩個最常規(guī)的百五電阻并聯(lián)等效的方式，提高可生產(chǎn)性和降低物料成本，具體電阻取值可參見表1。本實用新型有源帶通濾波器的8個二階RC有源濾波器分別由七個二階帶通濾波器和一個二階高通濾波器組成，1～7二階RC有源帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中左邊是電路的原理結(jié)構(gòu)，右邊是帶通濾波器的頻響示意圖，第8個二階RC有源高通濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖中左邊是電路的原理結(jié)構(gòu)，右邊是高通濾波器的頻響示意圖。圖3和圖4中：11是濾波器芯片內(nèi)部集成的有源運放和精密電容；12是二階RC有源濾波器輸入電阻Rin或電容Cin，主要用于確定濾波器的類型，具體見表2，本實用新型中帶通濾波器為電阻輸入V1輸出方式頻響，高通濾波器為電容輸入V1輸出方式頻響；表2Zin類型V1輸出頻響V2輸出頻響R帶通濾波器低通濾波器C高通濾波器帶通濾波器13是二階RC有源濾波器電阻R2，該電阻決定每個二階RC濾波器的中心頻率fo，計算公式如下：R1和C集成在濾波器芯片內(nèi)部，R1＝7958Ω，C＝100pF。14是二階RC有源濾波器電阻RQ，該電阻決定每個二階RC濾波器的Q值，計算公式如下：R1和C集成在濾波器芯片內(nèi)部，R1＝7958Ω，C＝100pF。15是二階RC有源帶通濾波器和高通濾波器頻率響應(yīng)圖。經(jīng)過對濾波器參數(shù)配置，帶寬和階數(shù)優(yōu)化仿真設(shè)計，最終完成濾波器設(shè)計電路圖如圖1所示，電路各元器件參數(shù)如表1所示，并用常規(guī)百五系列電阻并聯(lián)等價的方式替代不規(guī)則阻值器件，實現(xiàn)易生產(chǎn)、低成本的優(yōu)點。仿真出的各個二階輸出頻響圖如圖7～圖14，從圖中可以看出，有源帶通濾波器的頻響特性逐步改善和優(yōu)化的過程，帶內(nèi)變的越來越平坦，帶外抑制能力越來越強(qiáng)，抑制度越來越高，矩形系數(shù)越來越好，直至實現(xiàn)最終的頻響輸出，在長波授時接收機(jī)的實際應(yīng)用中，為設(shè)備的抗帶外干擾，接收靈敏度，互調(diào)等指標(biāo)作出了較大貢獻(xiàn)，保證了長波授時信號的正常接收。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3