機載實況攝錄傳輸系統中濾波系統的設計＊

喬文長 段建紅

（91388部隊94分隊 湛江 524022）

1 引言

微波濾波器是現代微波中繼通信，微波衛星通信，電子對抗等系統中必不可少的組成部分。隨著功濾波器技術的產生和發展，微波濾波器也有很多種，例如LC濾波器，微帶濾波器，波導濾波器，腔體濾波器等［1］。在信息技術飛速發展的今天，微波通信頻率資源變得日益緊張，正因如此，在短時期內研制出小體積、高選擇性、性能可靠的濾波器成為濾波器的關鍵技術要求，其中腔體濾波器滿足這一要求，才使得在“高速移動”和“非視距”條件下，實現高質量的實時的無線圖像、聲音和數據傳輸成為可能。機載實況傳輸系統的濾波系統采用了矩形腔體濾波器的設計方法，使得該系統能夠在直升機、試驗船等高振動、多徑干擾的環境下穩定地傳輸高質量的音視頻數據。

2 腔體濾波器的特點

腔體濾波器由金屬整體切割而成，結構牢固；其頻率覆蓋范圍寬：0～16GHz；它的高端寄生通帶較遠，CAD仿真優化軟件設計［2］；一致性好，體積小，Q值適中；可靠性高，全溫范圍內性能穩定性可靠；輸入輸出50Ω阻抗匹配，駐波小，易于級聯帶內幅頻特性平坦插入損耗小，帶外抑制度高；設計靈活，可按用戶要求指示及安裝方式設計［3］；滿足軍用工作環境要求：－55°～＋85°。腔體濾波器在電路和電子高頻系統中有較好的選頻濾波作用［4］，并能夠抑制頻帶外無用信號及噪聲；其高牢固性和穩定性適合于軍事領域，在航空、航天、雷達、通信、電子對抗、廣播電視及各種電子測試設備中應用。

3 在機載實況傳輸系統中腔體濾波器的設計需求

1）在機載實況攝錄傳輸系統中，對發射系統來講其工作流程（如圖1所示），發射機將來自攝像機的視頻和音頻信號通過A／D轉換器變成數字信號［5］，經過編碼、調制后得到兩路正交的信號，經過功率放大器放大，再通過濾波系統，主要濾除圖像傳輸系統功放的諧波，防止干擾飛機上的其它通信設備。最后經過天饋系統發射出去。

2）對接收系統來講其工作流程和發射機的工作流程相反（如圖2所示）。從天饋系統的微波信號經饋線送到接收機的濾波系統［6］，濾除實驗船上通信發射設備的諧波干擾，影響圖像傳輸系統的接收。然后經過低噪功放系統、解調系統、解碼系統，壓縮出原始的數字信號，數字信號經過D／A轉換器后變成模擬的音視頻信號。

圖1 發射機系統

圖2 接收機系統

3）根據機載實況攝錄傳輸系統中系統要求濾波器性能要牢固可靠，體積小便于攜帶等要求，現以下面的指標作為設計腔體濾波器的技術要求。頻率：根據選定的頻段內10～20MHz；插損：小于0.3dB；帶內紋波：小于0.2dB；回波損耗：大于18dB；帶外抑制：≥40dB＠F0±10MHz。

4 腔體濾波器的性能設計

4.1 功能設計

根據機載實況攝錄系統中濾波器的設計要求，腔體濾波器的工作頻率范圍覆蓋是1000MHz～15000MHz。采用典型TE101模式設計［7］。其諧振器數目2～10或者更多。3dB相對帶寬0.3%～3%或更寬。通帶內最大VSWR可做到1.2∶1或更小（標稱為1.3∶1）。曲線、表格或公式給出的指標為普通用戶指標，結構亦為典型結構。如有插損、功率容量等特殊指標，可以專門設計。為滿足用戶指標或者結構要求，需要對通用結構進行優化設計，因此，通用結構尺寸只作參考。最低“假通帶”隨通帶的漸寬而降低［8］。

其中，1為諧振器數目；2為系列編號（BJ—“矩形波導腔”）；3表示封裝序號—20型；4表示中心頻率（1000MHz）；5表示帶寬表征符號；6表示通帶寬度（20MHz）；7表示輸入接頭；8表示輸出接頭。其輸入輸出接口如（圖3）所示。

圖3 輸入輸出接口

其電性能參數如（表1）所示，一般功率容量平均值為20W，但按用戶要求進行功率優化設計。特殊設計可滿足溫度范圍－55℃～＋85℃。

表1 電性能參數

4.2 阻帶衰減

圖4 阻帶衰減與距中心頻率3dB帶寬倍數R的關系圖

采用查圖法［9］，由圖4曲線確定阻帶衰減。這些曲線示出BJ系列腔體濾波器阻帶衰減與距中心頻率3dB帶寬倍數R的關系。下面公式用于確定阻帶衰減值：

例如：中心頻率F＝8000MHz，3dB帶寬BV＝30MHz，諧振級數N＝5，要計算濾波器在8045MHz處的衰減：

曲線查得，衰減量約為46dB。通過計算法，以下公式粗略計算租代衰減量：

計算結果一般比實際劣4～9dB，因此，上例中的抑制度為47.7dB。

圖5 外形圖

4.3 結構特征

機載實況攝錄傳輸系統中腔體濾波器的外形圖如（圖5）所示，底面設計有盲螺紋固定孔。外形尺寸的通用結構寬W通過查（表2）可得，出口方向及諧振器的排列結可按要求設計。外形尺寸長和高：

舉例：

表2 通用結構

4.4 插入損耗

“矩形波導腔”濾波器特點是Q值更高，同樣的損耗時，通帶寬度可以比“同軸腔”做得更窄［11］。計算中心頻率插損I.L0

其中BW（%）＝BW／F0×100，K＝0.1。

通過上述設計，該矩形腔體濾波器性能可靠，結構牢固，濾波性能完全滿足軍工要求，因此在機載實況攝錄傳輸系統中使用該濾波器，能夠高效率地濾除各種諧波的干擾，提高了工作質量。

5 結語

本文介紹機載實況攝錄傳輸系統中濾波器系統的設計，該濾波器采用矩形濾波器的設計方法，它具有體積小，便于安裝攜帶，性能更加可靠，使得該系統能夠在“高速移動”條件下，很好地運用。并在高頻電子環境下濾波效果極佳，實現高質量的實時的無線圖像和聲音的傳輸，使指揮員看到的攝錄實況更加清晰，能及時了解被試品的運動態勢，有利于指揮員更好地指揮。

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