一种提高预/后选器隔离度的设计及应用

李 红

(陕西烽火通信集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

一种提高预/后选器隔离度的设计及应用

李 红

(陕西烽火通信集团有限公司，陕西 宝鸡 721006)

在短波通信设备中，当预选器工作时，会有载波信号泄漏到后选器中；反之，当后选器工作时，也存在载波信号泄漏到预选器中。如果预/后选器隔离度低，这些泄漏的信号会和传输信号一同被放大，对通信设备性能造成不利影响。针对这一问题，提出了一种全方位提高短波预/后选器隔离度的设计方案。讨论了保护电路的设计以及PCB排版时应注意的接地问题。测试结果表明，预/后选器的隔离度达到60 dB以上，有效地解决了因载波泄漏导致通信设备性能不佳的问题。

预/后选器；高隔离度；单刀双掷开关(SPDT)；发射机；接收机

0 引言

本短波预/后选器[1]是一种用于短波跳频电台内接收机和发射机的射频数字调谐跳频滤波器。随着现代通信技术的日益发展,对通信干扰技术提出了严峻的挑战[2]。针对通信干扰技术的发展趋势，短波跳频电台作为新一代的通信对抗设备，具有较强的抗干扰、抗截获能力，使其在现代的电子战中显示出巨大的优越性。预/后选器就是针对新一代通信对抗设备研制的关键件。预选器置于设备接收机前端，滤除工作频带以外的无用信号，提高其信噪比。后选器置于发射机功率放大器前端，滤除工作频带以外的谐波，减小其辐射干扰。因此，它对提升跳频电台的通话质量具有重要的意义。

随着预/后选器在通信系统中的广泛应用，暴露出因预/后选器收/发通道间的隔离度[3]低，引起电台发射时自激、严重时烧坏电台内的滤波单元。本文介绍了一种短波预/后选器收/发信道高隔离技术，其中涉及到的关键技术有：① 采用高隔离度SPDT开关，利用其特殊结构中的等效阻抗使泄漏信号接地；② 优化射频信号切换策略；③ 对预/后选器中的放大器进行供电管理，从而阻止泄漏信号被放大。该预/后选器的隔离度指标达到60 dB以上。对于预/后选器收/发通道泄漏载波，导致电台可靠性下降的问题，提出切实可行的解决办法，具有较强的实用性。

1 短波预/后选器基本组成及工作原理

本文提出的短波预/后选器由控制电路、跳频滤波器、放大电路和转换电路组成，预/后选器收/发通道公用跳频滤波器。可实现预选器、后选器和直通功能。

该预/后选器主要采用了数字调谐式跳频滤波器技术[4]、低噪声宽带放大器技术、微电子技术、数字技术[5]、射频信号切换技术和软件技术等，实现了2～30 MHz短波全波段覆盖的多频点窄带滤波功能。其工作原理如图1所示。

图1 预/后选器原理

短波跳频电台主控信号通过预/后选器内的单片机识别其要求，输出相应的控制信号。控制转换电路选择预选器或者后选器工作、同时控制跳频滤波器选择所需滤波器工作、或者选择直通工作。预选器收通道通过接收机射频载波信号，信号是先经过放大器，再经过跳频滤波器输出。后选器发通道通过发射机射频载波信号，信号先经过跳频滤波器，再经过放大器输出。

隔离度是指信号泄漏到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。目前，短波预/后选器隔离度指标要求不小于40 dB。如果预/后选器收/发通道隔离度低，从图1可以看出，发射机泄漏的载波信号可以通过预选器收通道输入端，经过其放大电路、跳频滤波器进入到电台接收机。在实际使用中发现，当预/后选器收/发信道隔离度低于30 dB时，会引起电台发射时自激，严重时烧坏电台内的滤波单元，甚至烧坏预选器输入端电路。

2 隔离度设计的关键问题

2.1 切换开关的选取

如图1所示，预/后选器收/发通道公用跳频滤波器，影响其隔离度指标的是由SPDT开关组成的收发转换电路。在如图2所示的转换电路模式下，采用如图3所示的低隔离度SPDT开关，隔离度测试结果最低为4 dB；采用如图4所示的高隔离度SPDT开关，隔离度测试结果最低为23 dB。因此，选用高隔离度的SPDT开关很重要。

图2 收发信号切换电路

图3 MASWSS0117电路[6]

图4 HMC349MS8GE电路[7]

图5 HMC241QS16电路[8]

本文提出的短波预/后选器需要进行3个频率段直通、收发等功能的转换。波段转换电路采用SP4T开关，实现3个频率段和直通功能之间的转换。收/发转换电路采用SPDT开关，实现预选器和后选器之间的转换。

选择3种MMIC开关，其主要性能(仅列举典型值)对比如表1所示。

表1 3种开关主要性能对比表

型号名称插损隔离度dBdB类型电路示意MASWSS0117GaAsPHEMTSPDT0．325反射式图3HMC349MS8GEGaAsMESFETSPDT0．870吸收式图4HMC241QS16GaAsSP4T0．845吸收式图5

从表1可以看出，隔离度高的开关，插入损耗大，隔离度低的开关，插入损耗小。高隔离度的开关如图4和图5所示，当RF端口断开时，该端口串接50 Ω电阻和电容后接地。低隔离度的开关如图3所示，当RF端口断开时，该端口悬空。开关端口断开时接地比悬空隔离度分别高40 dB、20 dB，但插损也相应增加0.5 dB。尽管高隔离度的开关会使收/发通道内的有用信号有所减弱，但可通过收/发通道中的低噪声集成宽带放大器来弥补它的插入损耗。

经过试验验证，由Hittite公司生产的高隔离度射频开关，因具有损耗小、失真性能优异、隔离度高的特点而被采用，即采用GaAs SP4T HMC241QS16[9]电路作为波段转换电路；采用GaAs MESFET SPDT HMC349MS8GE电路作为收/发转换电路。

HMC241QS16电路具有一路信号输入/输出口RFC，四路信号输出/输入口RF1～RF4，可实现信号波段选择和射频输入端与输出端直通的功能。波段转换功能真值表如表2所示。

表2 波段功能真值表

波段功能AB信号通道状态2～4MHz00RFC口和RF1口导通，与其他RF口断开，且泄漏信号到地。4～10MHz10RFC口和RF2口导通，与其他RF口断开，且泄漏信号到地。10～30MHz01RFC口和RF3口导通，与其他RF口断开，且泄漏信号到地。射频输入端与输出端直通11RFC口和RF4口导通，与其他RF口断开，且泄漏信号到地。

HMC349MS8GE电路具有一路信号输入/输出口RFC，两路信号输出/输入口RF1～RF2。可实现预选器和后选器通道选择的功能。预/后选器功能真值表如表3所示。

表3 预/后选器功能真值表

预/后选器功能Vctl信号通道状态预选器工作1RFC口和RF1口导通，与RF2口断开，且泄漏信号到地。后选器工作0RFC口和RF2口导通，与RF1口断开，且泄漏信号到地。

2.2 转换电路设计

采用高隔离度开关，但按照如图2所示的转换电路设计，预/后选器的收/发隔离度指标没有达到器件隔离度性能，主要原因是收/发通道中的放大器将泄漏的微弱信号放大所致。后改进线路，采用如图6所示的转换电路，隔离度测试结果最低为54 dB。

图6 改进后收发信号切换电路

2.3 供电电路设计

改进预/后选器中2个放大器供电电路，原来的同时供电，改为分别供电，即增加供电分控电路，使得预/后选器中的放大器不同时供电。选通工作时供电，可降低产品功耗、壳体温度，再次提高预/后选器之间的隔离度。测试结果又提高了10 dB。

原3个波段跳频滤波器同时5 V供电，增加5 V供电分控电路，使得3个波段的跳频滤波器不同时供电。选通工作时供电，可降低产品功耗和减小各波段之间信号干扰。

2.4 其他电路设计

在产品的实际设计中，为了保证高隔离度性能，还应采取的措施如下：

① 为了保证开关高隔离度性能，应严格按照其使用说明接地要求设计PCB板。如开关底部的金属底板应良好接地，使开关断开时，进入断开端口的泄漏载波信号可靠到地，可保证其隔离度性能。

② 接地[10]。接地是电子设备的一个很重要问题，是抑制噪声防止干扰的主要方法。电路接地方式基本上有3类：单点接地、多点接地和混合接地。设计采用大面积接地方案，减小接地电阻，其中模拟信号地、数字信号地、干扰性大信号地、敏感性小信号地分别单点相连，减小地线串扰。

③ 屏蔽。屏蔽是对2个部件空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。产品结构件设计时，采用整个腔体工艺，各单元安装在各自腔体中。另外，收/发通道中射频信号线采用衰减常数小的SFF屏蔽同轴射频电缆，某些敏感器件采用单独屏蔽，增加抗电磁干扰能力。

④ 为了使预选器输入端在很强的电磁干扰下能继续良好地工作，免受强信号环境影响而造成其隔离度性能下降，甚至烧坏，应增加保护电路。

3 试验结果

在上述设计原理基础上研制的短波预/后选器，以短波高端频率29 MHz为例(频率越高，隔离度越差)，4个端口之间的隔离度测试结果如表4所示。

表4 29 MHz隔离度测试结果 (dB)

从表4可以看出，本文提出的短波预/后选器隔离度指标最低达到68 dB，优于目前40 dB的要求，相比其他同类产品的隔离度指标提升近20 dB，适应短波通讯设备高性能的发展需要。

4 结束语

短波预/后选器在应用中，引起短波跳频电台自激、烧坏其滤波单元等问题，严重影响到通信系统的性能和可靠性。本文针对这一问题，利用高隔离度SPDT开关、射频信号切换设计技巧、接地和收保护电路等多项技术，提出一种高隔离度的短波预/后选器设计方法。该隔离度技术具有电路简单、体积小和成本低等特点，对解决短波预/后选器中收/发通道隔离度差的问题具有实际意义。

[1] 李红，包真明，冯菊芬,等.一种短波预/后选器[P].中国.ZL 2014 1 0457936.7，2016-05-25.

[2] 解静.基于数字滤波器组的宽带数字阵列干扰技术[J].无线电通信技术,2014，40(5)：6-8.

[3] 王玉章，田殷．宽带小型化高隔离度SPDT开关的研制[J].现代电子技术，2011(2)：154-156.

[4] 庄永河，孟坚.数字调谐滤波器原理及方案[J].现代电子技术，2009(17)：75-78.

[5] 张建伟，展雪梅.FIR数字滤波器的设计与实现[J].无线电工程，2010，40(6)：54-56.

[6] MASWSS0117.MACOM公司射频开关数据手册[S].

[7] HMC349MS8GE.Hittite公司射频开关数据手册[S].

[8] HMC241QS16.Hittite公司射频开关数据手册[S].

[9] 张振宇.1.6MHz～30MHz电调滤波器的设计与实现[J].无线电工程，2016，46(8)：61-64.

[10] 张威，金宏兴．超短波电台电磁兼容设计[J].通信与广播电视，2005(1)：17-21.

ADesignforImprovingPre/Post-selectorIsolationandItsApplication

LI Hong

(ShaanxiFenghuoCommunicationGroupCo.,Ltd,BaojiShaanxi721006,China)

In the shortwave communication device,when the pre-selector is operating,a carrier signal can leak into the post-selector;on the other hand,when the post-selector is working,a carrier signal leaks into the pre-selector as well.If the pre/post selector isolation is low,these leaked signals can be amplified together with the transmitted signal,becoming strong enough to damage the performance of the communication device.In order to solve this problem,a design scheme is proposed to improve the isolation of shortwave pre/post selector.The protection circuit design and grounding problem in PCB layout are discussed.The test results show that the isolation of the pre/post selector can reach more than 60 dB.The weak performance problem of communication device caused by the carrier leakage can be effectively solved in this way.

pre/post selector;high isolation;SPDT switch;transmitter;receiver

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.12.18

李红.一种提高预/后选器隔离度的设计及应用[J].无线电工程,2017,47(12):79-82.[LI Hong.A Design for Improving Pre/Post-selector Isolation and Its Application[J].Radio Engineering,2017,47(12):79-82.]

TN405.95

A

1003-3106(2017)12-0079-04

2017-08-30

李红女，(1967—)，工程师。主要研究方向：滤波器件的研发设计。