一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法与流程

1.本发明涉及微波射频技术及通信技术领域，特别涉及一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法。


背景技术：

2.现在，无线通讯系统高度发达，无论是军事通信还是民用通信，信号处理技术的研究水平都显得越发重要。基于信号的复杂性、多样性及易受周围环境干扰的特性，在信号处理过程中，滤波技术必不可少。无论是在雷达领域还是在微波、通讯等领域，滤波器都被广泛的应用，而对于滤波器的研究也越来越得到人们的重视。滤波器为一种二端口的网络，一个良好的滤波器可以允许有用的信号进入信号处理技术的下一环节，并且滤除无用的信号，从而保证信号可以可靠地进行传输。
3.在20世纪40年代左右，依赖于铁氧体磁性材料的跳频带通滤波器作为一个冉冉升起的新星出现在高频通信系统中，为高频通信系统及后来的军事通信系统的无线电对抗战掀开了崭新的一页。从40年代到80年代，跳频滤波器的发展处于婴儿时期，可调范围十分有限，仅仅局限于300mhz左右，且调谐性能十分不稳定。当时的跳频滤波器体积庞大、功率容量小，3db相对带宽随着调谐频率的增大增幅明显，插损及驻波系数等性能也难以满足要求，最重要的问题是跳频速度依赖于人工调谐，非常慢且不稳定。
4.跳频滤波器设计时，有一个必不可少的环节，即谐振电容的选用与排列。在综合电容阵列时，现有技术采用的方法是事先给定一组电容c1-c12的取值，进行参数扫描，即可模拟出电容阵列所有的导通截止情况，再编辑公式取出仿真后得到所有数据的中心频率、相对带宽等数据，筛选出符合条件的频点。若是不能得到足够的频点，则需要重新设定电容c1-c12的取值再进行扫描仿真，直至筛选出符合条件的频点。
5.在现有技术的跳频滤波器中，其谐振电容的选用是既定的，其电容统计分布直方图程正态分布。可以看出，在某些情况下等效组合电容值相同的点数有2-34个，点数相差悬殊，必然存在冗余设计。但是目前还没有给出电容阵列中所需电容数量的计算方法，也没有方法评估电容阵列是否存在冗余。若电容阵列中所需电容数量没有精确计算，可能造成电容器件的冗余，不利于产品的小型化；若采用较多的电容，增加了跳频滤波器电路引入寄生电容和寄生电感的风险，造成跳频滤波器相关指标的恶化。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法，以解决背景技术中的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法，基于二阶跳频滤波器电路，所述二阶跳频滤波器电路包括输入耦合电感、级间耦合电感、输出耦合电感和调谐电容；
8.所述调谐电容为可调电容阵列，包括8路电容阵列，每路电容阵列包括串联设置的
一个开关和一个电容；每个电容的一端共同连接，每个电容的另一端分别通过一个开关接地；
9.8路电容阵列中八个电容c8、c7、c6、c5、c4、c3、c2、c1的值分别对应a＝[a8,a7,a6,a5,a4,a3,a2,a1]中的值；跳频滤波器的工作频率为90mhz-225mhz，仿真得到等效组合电容值的范围为5pf-30pf；
[0010]
选定跳频滤波器的工作频率，根据跳频滤波器的工作频率确定等效组合电容值，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤s1，即电容c1的值a1最大为s1；
[0011]
如果要使得等效组合电容变化梯度为s1与s1’相间，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+s1’；
[0012]
如果要使得等效组合电容变化梯度均为s1，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+s1；
[0013]
电容c3的值a3等于a2的两倍；电容c4的值a4等于a3的两倍；电容c5的值a5等于a4的两倍；电容c6的值a6等于a5的两倍；电容c7的值a7等于a6的两倍；电容c8的值a8等于a7的两倍。
[0014]
在一种实施方式中，跳频滤波器的工作频率为225mhz时，根据仿真结果确定等效组合电容值为5pf，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤0.2pf；因此电容c1的值a1最大为0.2pf；
[0015]
如果要使得等效组合电容变化梯度为0.2pf与0.1pf相间，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.1pf，即a2的值最大为0.3pf；
[0016]
如果要使得等效组合电容变化梯度均为0.2pf，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.2pf，即a2的值最大为0.4pf；
[0017]
电容c3的值a3等于a2的两倍；电容c4的值a4等于a3的两倍；电容c5的值a5等于a4的两倍；电容c6的值a6等于a5的两倍；电容c7的值a7等于a6的两倍；电容c8的值a8等于a7的两倍。
[0018]
在一种实施方式中，为便于电容器件选型，电容c8的选值范围为a7～2*a7，电容c7的选值范围为a6～2*a6，电容c6的选值范围为a5～2*a5，电容c5的选值范围为a4～2*a4，电容c4的选值范围为a3～2*a3，电容c3的选值范围为a2～2*a2，电容c2的选值范围为a1～2*a1；
[0019]
采用上述电容器件选型规则，确保等效组合电容变化梯度小于0.2pf。
[0020]
在一种实施方式中，电容c8的值a8越趋近电容c7的值a7，点数为2的等效组合电容值的数量越多。
[0021]
在一种实施方式中，结合等效组合电容值的范围为5pf～30pf，等效电容阵列中的电容值为a＝[18,9.6,4.8,2.4,1.2,0.6,0.3,0.2]或a＝[18,12.8,6.4,3.2,1.6,0.8,0.4,0.2]。
[0022]
在一种实施方式中，所述输入耦合电感包括第一耦合电感、第二耦合电感和第七耦合电感，所述级间耦合电感包括第三耦合电感、第四耦合电感和第八耦合电感，所述输出耦合电感包括第五耦合电感、第六耦合电感和第九耦合电感，
[0023]
第一耦合电感的第一端接射频输入端口rfin，第二端同时接第七耦合电感的第一端和第二耦合电感的第一端；第七耦合电感的第二端接地，第二耦合电感的第二端接第三
耦合电感的第一端，第三耦合电感的第二端同时接第八耦合电感的第一端和第四耦合电感的第一端；第八耦合电感的第二端接地，第四耦合电感的第二端接第五耦合电感的第一端，第五耦合电感的第二端同时接第九耦合电感的第一端和第六耦合电感的第一端；第九耦合电感的第二端接地，第六耦合电感的第二端接输出端口rfout。
[0024]
在一种实施方式中，所述调谐电容有两个，并且取值相同，均为可调电容阵列；第一个调谐电容的第一端置于第二耦合电感和第三耦合电感之间，第二个调谐电容的第一端置于第四耦合电感和第五耦合电感之间；第一个调谐电容的第二端和第二个调谐电容的第二端均接地。
[0025]
本发明提供的一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法，可提高设计效率；调谐电容阵列中电容数量最优，有利于产品的小型化；保证电容数量不冗余，减小了跳频滤波器电路引入寄生电容和寄生电感的风险。
附图说明
[0026]
图1是传统的二阶跳频滤波器的耦合电路原理结构示意图。
[0027]
图2是调谐电容电路原理结构示意图。
[0028]
图3是第一种不同等效组合电容值所对应的点数示意图。
[0029]
图4是第二种不同等效组合电容值所对应的点数示意图。
[0030]
图5是第三种不同等效组合电容值所对应的点数示意图。
具体实施方式
[0031]
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0032]
图1为传统的二阶跳频滤波器的耦合电路原理图，包括输入耦合电感(l1、l2、l7)、级间耦合电感(l3、l4、l8)、输出耦合电感(l5、l6、l9)、调谐电容c和c’。
[0033]
输入耦合电感l1的第一端接射频输入端口rfin，第二端同时接输入耦合电感l7的第一端和输入耦合电感l2的第一端；输入耦合电感l7的第二端接地，输入耦合电感l2的第二端接级间耦合电感l3的第一端，级间耦合电感l3的第二端同时接级间耦合电感l8的第一端和级间耦合电感l4的第一端；级间耦合电感l8的第二端接地，级间耦合电感l4的第二端接输出耦合电感l5的第一端，输出耦合电感l5的第二端同时接输出耦合电感l9的第一端和输出耦合电感l6的第一端；输出耦合电感l9的第二端接地，输出耦合电感l6的第二端接输出端口rfout。
[0034]
调谐电容c和调谐电容c’的取值相同，且均为可调电容阵列。调谐电容c的第一端置于输入耦合电感l2的第二端和级间耦合电感l3的第一端之间，调谐电容c’的第一端置于级间耦合电感l4的第二端和输出耦合电感l5的第一端之间；调谐电容c的第二端和调谐电容c’的第二端均接地。
[0035]
在目前的跳频滤波器中，其谐振电容的选用是既定的，从电容统计分布直方图程正态分布可以看出，在某些情况下等效组合电容值相同的点在2-34个点数，点数相差悬殊，
必然存在冗余设计。目前并没有给出电容阵列中所需电容数量的计算方法，也无法计算电容阵列是否存在冗余。若电容阵列中所需电容数量没有精确计算，可能造成电容器件的冗余，不利于产品的小型化；若采用较多的电容，增加了跳频滤波器电路引入寄生电容和寄生电感的风险，造成跳频滤波器相关指标的恶化。
[0036]
本发明以如图2所示的可调电容阵列包括8个电容为例，介绍计算电容阵列中电容的最小数量及最优电容排列的方法。
[0037]
所述跳频滤波器的工作频率为90mhz-225mhz，仿真得到等效组合电容值的范围为5pf-30pf。
[0038]
电容阵列中电容c8、c7、c6、c5、c4、c3、c2、c1的值分别对应a＝[a8,a7,a6,a5,a4,a3,a2,a1]中的值；
[0039]
所述跳频滤波器的工作频率为225mhz时，等效组合电容值为5pf，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤0.2pf。由此得出，电容c1的值a1最大为0.2pf。
[0040]
如果要使得等效组合电容变化梯度为0.2pf与0.1pf相间，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.1pf，即a2的值最大为0.3pf。
[0041]
如果要使得等效组合电容变化梯度均为0.2pf，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.2pf，即a2的值最大为0.4pf。
[0042]
在等效组合电容变化梯度为0.2pf与0.1pf相间、等效组合电容变化梯度均为0.2pf这两种情况下，电容阵列中的电容c3的值a3等于a2的两倍；
[0043]
电容c4的值a4等于a3的两倍；
[0044]
电容c5的值a5等于a4的两倍；
[0045]
电容c6的值a6等于a5的两倍；
[0046]
电容c7的值a7等于a6的两倍；
[0047]
电容c8的值a8等于a7的两倍；
[0048]
为了便于电容器件选型，电容c8的可选值范围为a7～2*a7，电容c7的可选值范围为a6～2*a6，电容c6的可选值范围为a5～2*a5，电容c5的可选值范围为a4～2*a4，电容c4的可选值范围为a3～2*a3，电容c3的可选值范围为a2～2*a2，电容c2的可选值范围为a1～2*a1；采用上述电容器件选型规则，才能保证等效组合电容变化梯度小于0.2pf。
[0049]
电容c8的值a8越趋近电容c7的值a7，点数为2的等效组合电容值的数量越多。
[0050]
结合等效组合电容值的范围为5pf～30pf，等效电容阵列中的电容值为a＝[18,9.6,4.8,2.4,1.2,0.6,0.3,0.2]或a＝[18,12.8,6.4,3.2,1.6,0.8,0.4,0.2]。
[0051]
如图3所示为，等效电容阵列中的电容值为a＝[18,9.6,4.8,2.4,1.2,0.6,0.3,0.2]的不同等效组合电容值所对应的点数。
[0052]
如图4所示为，等效电容阵列中的电容值为a＝[16,9.6,4.8,2.4,1.2,0.6,0.3,0.2]的不同等效组合电容值所对应的点数。
[0053]
如图5所示为，等效电容阵列中的电容值为a＝[33,24,12,6.4,3.2,1.6,0.8,0.4]的不同等效组合电容值所对应的点数。电容c8、c7、c6、c5、c4、c3、c2、c1的值分别对应a＝[a8,a7,a6,a5,a4,a3,a2,a1]中的值。
[0054]
本发明采用统计方法，根据相关初始值，快速计算出等效组合电容值分布及其点数。优化调谐电容阵列中电容的数量，使其达到最优。在电容c1的值a1取最大值0.2pf的情
况下，如果要使得等效组合电容变化梯度为0.2pf与0.1pf相间，则电容阵列中电容c2的值a2为a1+0.1pf，即a2的值为0.3pf；如果要使得等效组合电容变化梯度均为0.2pf，则电容阵列中电容c2的值a2为a1+0.2pf，即a2的值为0.4pf。电容c3的值a3＝2*a2；电容c4的值a4＝2*a3；电容c5的值a5＝2*a4；电容c6的值a6＝2*a5；电容c7的值a7＝2*a6；电容c8的值a8＝2*a7。
[0055]
为了便于电容器件选型，电容c8的可选值范围为a7～2*a7，电容c7的可选值范围为a6～2*a6，电容c6的可选值范围为a5～2*a5，电容c5的可选值范围为a4～2*a4，电容c4的可选值范围为a3～2*a3，电容c3的可选值范围为a2～2*a2，电容c2的可选值范围为a1～2*a1。采用上述电容器件选型规则，才能保证等效组合电容变化梯度始终小于0.2pf。
[0056]
若对跳频滤波器进行仿真后得到所需的电容值范围比本实施例中的电容值范围大，8位电容阵列或不满足电容取值范围，可通过以上方法计算出所需电容阵列中的最小位数，9位电容阵列、10位电容阵列...均适用本发明的方法。
[0057]
本发明提出的方法，给出了精确计算电容阵列中所需电容最小数量及电容阵列最优排布的计算方法，避免电容阵列中电容的冗余，最大限度减少了电容的数量。
[0058]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法，基于二阶跳频滤波器电路，所述二阶跳频滤波器电路包括输入耦合电感、级间耦合电感、输出耦合电感和调谐电容；其特征在于，所述调谐电容为可调电容阵列，包括8路电容阵列，每路电容阵列包括串联设置的一个开关和一个电容；每个电容的一端共同连接，每个电容的另一端分别通过一个开关接地；8路电容阵列中八个电容c8、c7、c6、c5、c4、c3、c2、c1的值分别对应a＝[a8,a7,a6,a5,a4,a3,a2,a1]中的值；跳频滤波器的工作频率为90mhz-225mhz，仿真得到等效组合电容值的范围为5pf-30pf；选定跳频滤波器的工作频率，根据跳频滤波器的工作频率确定等效组合电容值，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤s1，即电容c1的值a1最大为s1；如果要使得等效组合电容变化梯度为s1与s1’相间，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+s1’；如果要使得等效组合电容变化梯度均为s1，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+s1；电容c3的值a3等于a2的两倍；电容c4的值a4等于a3的两倍；电容c5的值a5等于a4的两倍；电容c6的值a6等于a5的两倍；电容c7的值a7等于a6的两倍；电容c8的值a8等于a7的两倍。2.如权利要求1所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，跳频滤波器的工作频率为225mhz时，根据仿真结果确定等效组合电容值为5pf，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤0.2pf；因此电容c1的值a1最大为0.2pf；如果要使得等效组合电容变化梯度为0.2pf与0.1pf相间，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.1pf，即a2的值最大为0.3pf；如果要使得等效组合电容变化梯度均为0.2pf，则电容阵列中电容c2的值a2最大为a1+0.2pf，即a2的值最大为0.4pf；电容c3的值a3等于a2的两倍；电容c4的值a4等于a3的两倍；电容c5的值a5等于a4的两倍；电容c6的值a6等于a5的两倍；电容c7的值a7等于a6的两倍；电容c8的值a8等于a7的两倍。3.如权利要求2所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，为便于电容器件选型，电容c8的选值范围为a7～2*a7，电容c7的选值范围为a6～2*a6，电容c6的选值范围为a5～2*a5，电容c5的选值范围为a4～2*a4，电容c4的选值范围为a3～2*a3，电容c3的选值范围为a2～2*a2，电容c2的选值范围为a1～2*a1；采用上述电容器件选型规则，确保等效组合电容变化梯度小于0.2pf。4.如权利要求3所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，电容c8的值a8越趋近电容c7的值a7，点数为2的等效组合电容值的数量越多。5.如权利要求4所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，结合等效组合电容值的范围为5pf～30pf，等效电容阵列中的电容值为a＝[18,9.6,4.8,2.4,1.2,0.6,0.3,0.2]或a＝[18,12.8,6.4,3.2,1.6,0.8,0.4,0.2]。6.如权利要求1所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，所述输入耦合电感包括第一耦合电感、第二耦合电感和第七耦合电感，所述级间耦合电感包括第三耦合电感、第四耦合电感和第八耦合电感，所述输出耦合电感包括第五耦合电感、第六耦合电感
和第九耦合电感，第一耦合电感的第一端接射频输入端口rfin，第二端同时接第七耦合电感的第一端和第二耦合电感的第一端；第七耦合电感的第二端接地，第二耦合电感的第二端接第三耦合电感的第一端，第三耦合电感的第二端同时接第八耦合电感的第一端和第四耦合电感的第一端；第八耦合电感的第二端接地，第四耦合电感的第二端接第五耦合电感的第一端，第五耦合电感的第二端同时接第九耦合电感的第一端和第六耦合电感的第一端；第九耦合电感的第二端接地，第六耦合电感的第二端接输出端口rfout。7.如权利要求6所述的跳频滤波器中电容阵列综合的方法，其特征在于，所述调谐电容有两个，并且取值相同，均为可调电容阵列；第一个调谐电容的第一端置于第二耦合电感和第三耦合电感之间，第二个调谐电容的第一端置于第四耦合电感和第五耦合电感之间；第一个调谐电容的第二端和第二个调谐电容的第二端均接地。

技术总结
本发明公开一种跳频滤波器中电容阵列综合的方法，属于微波射频技术及通信领域。选定跳频滤波器的工作频率，根据跳频滤波器的工作频率确定等效组合电容值，通过仿真得到等效组合电容允许变化的阶梯梯度≤S1，即电容C1的值a1最大为S1；如果要使得等效组合电容变化梯度为S1与S1’相间，则电容阵列中电容C2的值a2最大为a1+S1’；如果要使得等效组合电容变化梯度均为S1，则电容阵列中电容C2的值a2最大为a1+S1。本发明给出了精确计算电容阵列中所需电容最小数量及电容阵列最优排布的计算方法，避免电容阵列中电容的冗余，最大限度减少了电容的数量。数量。数量。


技术研发人员：马世娟 黄九荣 肖永平 倪晓东
受保护的技术使用者：中科芯集成电路有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/13