李　紅，柴　瑞，趙　凡，阮　斌

(陜西烽火通信集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006)

0　引言

當(dāng)今電磁信號日益密集、復(fù)雜，對通信對抗設(shè)備的反干擾能力要求越來越高。短波跳頻電臺[1]作為新一代的通信對抗設(shè)備，具有較強(qiáng)的抗干擾、抗截獲能力，使其在現(xiàn)代的電子戰(zhàn)中顯示出巨大的優(yōu)越性。短波預(yù)/后選器[2]就是針對新一代通信對抗設(shè)備研制的關(guān)鍵件。預(yù)選器置于電臺接收機(jī)前端，濾除工作頻帶以外的無用信號，提高其信噪比。后選器置于發(fā)信機(jī)功率放大器前端，濾除工作頻帶以外的諧波，減小其輻射干擾。因此，它對提升短波跳頻電臺的性能及通話質(zhì)量具有重要的意義。

本文提出的短波預(yù)/后選器的重要組成部分是數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器[3]，且收發(fā)共用。國內(nèi)外針對跳頻通信系統(tǒng)中跳頻濾波器的高性能、小型化設(shè)計(jì)和收發(fā)共用進(jìn)行了廣泛研究[4]，如：機(jī)械傳動(dòng)跳頻濾波器、大功率頻選組件和基于MEMS技術(shù)的調(diào)諧濾波器等。在實(shí)際應(yīng)用中，跳頻濾波器主要有單元組合式濾波器組、使用可變參數(shù)器件式濾波器、數(shù)字式濾波器和數(shù)字調(diào)諧濾波器4種實(shí)現(xiàn)方案。其中，數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器與其他跳頻濾波器相比，具有頻率控制特性好、高速、點(diǎn)數(shù)多、體積小、窄帶、功率高和低差損的特點(diǎn)，因而被越來越多的預(yù)/后選器采用。

數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器外部調(diào)諧碼為標(biāo)準(zhǔn)8位并行二進(jìn)制編碼，允許最多256個(gè)調(diào)諧點(diǎn)。這些諧振點(diǎn)控制碼儲存在跳頻濾波器存儲器中。不同的跳頻濾波器電容陣列中的電容存在誤差，引起濾波器諧振電路控制碼一致性差，造成存儲器中控制程序不固定；跳頻濾波器中的存儲器擦除、寫入都需要專門編程器，在使用時(shí)即使只要求修改一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)數(shù)據(jù)也需要將其從系統(tǒng)中取出，編程后再裝入系統(tǒng)；而該存儲器貼片封裝，引腳多且密集，引腳間距0.5 mm，對焊接工技能要求高。

本文利用可在線擦寫程序的單片機(jī)，提出去掉跳頻濾波器中的存儲器，由單片機(jī)控制電路直接控制跳頻濾波器諧振電路控制碼的方法，有效地解決了上述問題，并得到推廣和應(yīng)用，效果良好。

1　數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器的控制原理

傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器由硬件和軟件組成，可以達(dá)到250點(diǎn)小步進(jìn)跳頻[5]。硬件由并行EEPROM存儲器AT28C256[6]、高壓驅(qū)動(dòng)電路、PIN二極管陣列電路和諧振電路組成。諧振電路由電容陣列、電感線圈組成。軟件寫在存儲器中，存儲器接收預(yù)/后選器控制電路輸出的8位控制碼信號，根據(jù)控制指令調(diào)用內(nèi)部特定中心頻率點(diǎn)數(shù)據(jù)，輸出12路諧振電路控制碼信號。諧振電路控制信號經(jīng)過高壓驅(qū)動(dòng)器反相，再控制PIN二極管陣列電路，選擇電容陣列中的電容是否接入諧振電路組成LC諧振回路。諧振回路用于選擇短波射頻信號是否通過。電感線圈用于LC諧振電路、阻抗匹配器和耦合器。本文提出的數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器由硬件組成，同樣實(shí)現(xiàn)250點(diǎn)小步進(jìn)跳頻。12路諧振電路控制碼信號由短波預(yù)/后選器控制電路產(chǎn)生。

2　預(yù)/后選器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文提出的短波預(yù)/后選器的濾波電路由二級3個(gè)波段的數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器組成，覆蓋頻率范圍1.6～30 MHz。該濾波電路是一種多達(dá)750點(diǎn)、小步進(jìn)跳頻、頻率精度高、可通過一定功率和適合射頻段的程控帶通濾波器。傳統(tǒng)的短波預(yù)/后選器控制系統(tǒng)有多種方式，常用的有2種：① 由整機(jī)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘控制，遵循I2C同步串行接口，采用移位寄存器作為控制電路；② 由整機(jī)的收發(fā)數(shù)據(jù)控制，遵循RS232C異步串行接口[7]，采用單片機(jī)作為控制電路。

以上2種控制系統(tǒng)都是產(chǎn)生11位并行控制碼，其中，8位碼是12路諧振電路控制碼的地址碼，2位碼控制跳頻濾波器波段轉(zhuǎn)換電路，1位碼控制收/發(fā)轉(zhuǎn)換電路。

本文提出的短波預(yù)/后選器控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為控制電路，產(chǎn)生15位并行控制碼，其中12位碼控制12路諧振電路工作狀態(tài)，2位碼控制跳頻濾波器波段轉(zhuǎn)換電路，1位碼控制收/發(fā)轉(zhuǎn)換電路。該控制系統(tǒng)交聯(lián)關(guān)系示意圖如圖1所示。

圖1　預(yù)/后選器控制系統(tǒng)示意

本控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加工裝、儀器和設(shè)備，就可以在線擦寫控制碼。避免了修改一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)數(shù)據(jù)也需要將存儲器從系統(tǒng)中取出，編程后再裝入系統(tǒng)的工作；另外，由于原8位控制碼改為12位控制碼，每個(gè)諧振電路控制碼都可隨機(jī)改變，每個(gè)頻率點(diǎn)濾波器可選擇最佳諧振電路，使得濾波器幅頻特性曲線最佳，能有效地提高增益平坦度，降低中心頻率偏差。

3　電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

3.1　控制電路帶載能力

短波數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器分為3個(gè)波段：1.6～4 MHz、4～10 MHz和10～30 MHz，每個(gè)波段都是獨(dú)立的跳頻濾波器，包含10～12個(gè)諧振電路，由12位控制碼控制。傳統(tǒng)的跳頻濾波器需要預(yù)/后選器控制電路提供8位控制碼，選擇其12位諧振電路控制碼。每個(gè)波段的諧振電路控制碼存儲在各自的存儲器中，每位諧振電路控制碼控制2路相同的諧振電路(跳頻濾波器為雙調(diào)諧切比雪夫響應(yīng))。而本短波預(yù)/后選器控制系統(tǒng)直接產(chǎn)生12位諧振電路控制碼，每次輸出控制二級3個(gè)波段的跳頻濾波器，每位控制碼控制4～6個(gè)諧振電路。所以在設(shè)計(jì)中要考慮控制系統(tǒng)的帶載能力，必要時(shí)增加驅(qū)動(dòng)電路。

3.2　減小波段間干擾

本控制系統(tǒng)中12位諧振電路控制碼同時(shí)控制多路數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器，相比控制傳統(tǒng)跳頻濾波器，該控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是使3段跳頻濾波器波段之間存在信號干擾。為了減小各波段間的相互干擾，電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：① 每個(gè)波段的跳頻濾波器是否接入通道，由波段轉(zhuǎn)換電路控制決定，因此，波段轉(zhuǎn)換電路應(yīng)采用高隔離度的微電子開關(guān)；② 采用電源分控技術(shù)，使每個(gè)波段的跳頻濾波器的5 V電源不同時(shí)加電，使諧振電路的干擾降低到最小。

3.3　跳頻濾波器匹配

短波預(yù)/后選器的濾波電路采用二級數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器級聯(lián)而成。本短波預(yù)/后選器中的二級跳頻濾波器共用12位諧振電路控制碼，要求2個(gè)跳頻濾波器諧振電路一致性要好，在實(shí)際生產(chǎn)中存在匹配問題。

為了解決二級數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器匹配問題，可在控制電路中增加2個(gè)Flash存儲器。

4　控制電路的實(shí)現(xiàn)

本控制電路采用單片機(jī)LPC2194[8]。LPC2194基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-STM CPU[9]，并帶有256 kByte嵌入的高速Flash存儲器，可以將數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器的諧振電路控制碼存入該高速Flash存儲器中，而不需要另外增加存儲芯片(存在濾波器匹配問題)；A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44 μs，保證了預(yù)/后選器跳頻速度；I/O口可以承受5 V電壓，高電平輸出電流最小-4 mA，低電平輸出電流最小4 mA，不需要另加驅(qū)動(dòng)電路，可以直接控制PIN二極管高壓驅(qū)動(dòng)電路，優(yōu)化了控制方式，提高了預(yù)/后選器的可靠性和跳頻速度。

控制電路由單片機(jī)和RS-232轉(zhuǎn)換電路[10]組成。單片機(jī)通過RS-232接口，接收到整機(jī)串行控制命令后，將串行碼轉(zhuǎn)換成15位并行碼，其中：P0～P11為諧振電路控制碼，P12和P13為波段控制碼，分別控制數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器和波段轉(zhuǎn)換電路，選擇所需濾波器或直通工作；P14為收發(fā)控制碼，控制收/發(fā)轉(zhuǎn)換電路，選擇預(yù)選器或者后選器工作。

本控制系統(tǒng)中，為了方便在線更改諧振電路控制碼，軟件在HEX文件的基礎(chǔ)上，增加了BIN文件。實(shí)際操作中，必須先燒寫HEX文件。若更改諧振電路控制碼，再燒寫更改好的可執(zhí)行BIN文件即可。

5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上研制的短波預(yù)/后選器經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可以達(dá)到如下指標(biāo)：

① 工作頻率范圍：1.6～30 MHz。

② 增益：1.5～3.5 dB。

③ -3 dB帶寬：

1.6～4 MHz：≥│±1.8%│；

4～10 MHz：≥│±1.5%│；

10～30 MHz：≥│±1%│。

1.6～4 MHz：≥20 dB；

4～30 MHz：≥45 dB。

⑤ 換頻時(shí)間：≤10 ms。

中心頻率為2 MHz和29 MHz時(shí)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上的測試曲線如圖2和圖3所示，測試結(jié)果如表1所示。

圖2　2 MHz特性曲線

圖3　29 MHz特性曲線

表12 MHz和29 MHz測試結(jié)果

工作頻率/MHz增益/dB-3dB帶寬/%10%選擇性/dB左[1]右[1]左[1]右[1]結(jié)論22．352．872．423136合格292．471．361．625157合格注1：距離工作頻率相對值

由表1可以看出，提出的短波預(yù)/后選器在保證了選擇性指標(biāo)的前提下，有較好的通帶帶寬，滿足短波跳頻電臺跳頻帶寬的需要。

由于本控制系統(tǒng)軟件增加在線更改數(shù)據(jù)功能，與原短波預(yù)/后選器相比，其換頻時(shí)間會延長近0.7 ms。該控制系統(tǒng)下的短波預(yù)/后選器換頻時(shí)間測試圖如圖4和圖5所示，最大換頻時(shí)間為9.48 ms，符合不大于10 ms的設(shè)計(jì)要求。

圖4　有信號到無信號換頻時(shí)間

圖5　無信號到有信號換頻時(shí)間

6　結(jié)束語

本文提出了一種短波預(yù)/后選器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，解決了不能在線修改數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器控制碼的問題，有利于提高產(chǎn)品部分性能和可靠性。經(jīng)過測試，該控制系統(tǒng)的短波預(yù)/后選器與原產(chǎn)品相

比，各頻率點(diǎn)增益變化低(可選擇最佳諧振電路)，說明跳頻濾波器增益平坦，但換頻時(shí)間延長近0.7 ms，其他性能指標(biāo)相當(dāng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和整機(jī)測試，表明采用該控制系統(tǒng)的短波預(yù)/后選器能夠滿足短波跳頻電臺數(shù)字化、高性能的發(fā)展要求。

另外，由于該控制系統(tǒng)可以直接控制數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器12路諧振電路控制碼，如果顧客需要，在合理設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)諧跳頻濾波器中的12路諧振電路的基礎(chǔ)上，在10～30 MHz頻段，跳頻步進(jìn)由80 kHz提升到40 kHz成為可能。

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