一種新的時延均衡網絡設計方法

楊亮 李宏軍

摘 要 針對傳統時延均衡網絡設計方法計算量大，難度大等問題，文章給出了一種用高通和低通濾波器設計時延均衡網絡的方法。該方法跳出了傳統的格形全通網絡設計法，利用刪除首末元件后π形高通低通的特性，從電路輸入輸出阻抗的角度進行分析設計，將其并聯形成全通網絡。通過產品設計制作，證明該方法正確有效，滿足工程應用需求。

關鍵詞 時延均衡網絡；濾波器；阻抗匹配；網絡分析

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0114-03

在通信和雷達等系統中，由于信號的信息完全包含在包跡中，為了無畸變傳輸，除需關心其幅頻特性外，還需要關心它的群時延在工作頻帶內是否恒定，否則會引起信號傳輸的失真。系統中，很大一部分時延波動來自濾波器，濾波器的選擇性和時延波動兩個指標是相互矛盾的。為了保證系統的信號傳輸滿足系統要求，常需要加入時延均衡網絡使濾波器的帶內時延波動盡量小。時延均衡器的時延特性曲線一般是鼓起的饅頭狀，對原電路進行均衡補償。

1 新的時延均衡網絡的原理

常用的時延均衡電路均為格行全通網絡，一般都是從網絡函數分析的角度去進行綜合和計算，計算量大，步驟繁冗，一般的工程師很難設計出自己需要的時延均衡器。（典型傳統時延均衡網絡如圖1所示）。

在忽略元器件Q值的前提下，時延均衡器在幅頻特性上首先是一個定阻全通網絡（只改變相位頻譜）。下面將從該定阻全通網絡的電路阻抗特性進行分析，從而得到一種新的時延均衡器網絡。以50Ω系統為例，全通網絡若要全通帶內實現無反射信號，就要求端口的阻抗Z在通帶內實部為50Ω，虛部為0.為方便論述，下面將用導納來代替阻抗.由Y=1/Z可知，對應的導納關系如下：

觀察高通和低通電路的時延特性曲線可發現，無論高通濾波器還是低通濾波器，在其截止頻率處，時延特性都是一個鼓起的包，如果把低通和高通電路并聯在一起，形成全通對稱網絡，其截止頻率附近時延特性疊加，可以形成饅頭狀曲線形狀的時延均衡器。

如果將這對原型電路直接并聯連接，雖然并聯后電路公共端的導納實部能滿足，但是并聯后導納虛部，濾波器與系統阻抗失配，有反射信號存在，不能形成全通網絡。下面我們按照圖2所示，把低通電路和高通電路輸入端的第一個元件去掉，它們的幅頻和導納特性如圖3所示。

在去掉一個元件后，我們看到這對電路的幅頻特性基本沒有變化，3dB截止頻率還是原來的頻率。導納的實部基本也沒有變化，導納實部在通帶內約0.02，阻帶部分基本為0。變化的只有導納的虛部，并且低通電路的導納曲線在截止頻率處有一個朝向負軸的包，高通電路在截止頻率處有一個朝向正軸的包。

假如并聯兩個去掉元件的電路后，它們導納的虛部能相消成0，那么從公共端口看過去的網絡特性就是沒有反射信號的。并聯這對去掉元件的電路，觀察其公共端的導納曲線如圖4所示。

因此，并聯后的電路輸入端可以實現全通帶內的阻抗50Ω匹配，從而實現無反射的信號傳輸。對輸出端也采用同樣的方法實現無反射。這樣，把高通和低通輸入輸出端都去掉一個元件后，并聯在一起即可形成定阻全通網絡。由濾波器的對稱性可知，并聯后的電路還是對稱的。并聯后的全通網絡時延特性曲線是鼓起的饅頭狀，因此可以作為時延均衡器使用。

均衡量大小則可以通過原型電路的節數來控制，節數越多，均衡量越大，但是體積也越大。為減小體積，我們可以巧妙地利用濾波器的選擇性和時延波動兩個指標相互矛盾這一特性，在原型電路中加入傳輸零點，形成廣義切比雪夫函數濾波器，使濾波器的選擇性增強，從而可以有效控制時延均衡量。

2 工程實例

例如我們要設計一個頻率在77MHz～127MHz，均衡量在15ns左右的時延均衡器，即可選用7節有一個傳輸零點的原型電路（圖5）。

低通和高通濾波器截止頻率選在f0=102MHz，傳輸零點放在1.2倍截止頻率處。去掉原型電路中輸入及輸出端的第一個元器件，然后將兩個電路并聯，得到如圖6所示的電路拓撲結構。

因為有元器件Q值的影響，直接并聯后的低通和高通電路并不能嚴格3dB交疊，再考慮高通電路有懸空節點的影響，因此需要對電路進行優化。將元器件值帶入電路，并用軟件進行優化，優化后的元器件值如表1。

選用合適的電感電容進行裝配，并對裝配出來的均衡器進行調試，所得的實測曲線如圖7所示。

由實測曲線可知，在77MHz～127MHz頻率范圍內時延均衡量為14.7ns，并且在DC-200MHz范圍內VSWR≤1.5。將實測曲線的S2P文件帶入仿真電路，可得仿真曲線與實測曲線對比，由圖8可知，實測曲線與仿真曲線基本吻合，滿足工程應用。

3 結論

通過高低通濾波電路縮減元件可以實現一種新的均衡器網絡，并可以利用濾波器的節數或者傳輸零點的位置來控制時延均衡量。通過實例證明，這種方法完全可以應用于時延均衡器的設計，而且設計方法更加直觀，不需大量的計算。

參考文獻

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