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发射机输出带通滤波器关键技术特性

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    在我们之前发表的《满足DTMB和CMMB的发射机输出带通滤波器指标研究》(以下简称《研究》)一文中提到了,对于发射机输出带通滤波器,为了满足DTMB和CMMB标准的要求,需要考虑的技术指标有很多,包括工作频率、通带带宽、功率容量、反射损耗、插入损耗、带外衰减等等。实际上,为了保证上述指标的要求,发射机输出带通滤波器的很多技术特性就已经被确定了,不能随意更改,否则滤波器无法满足标准要求。本文就对滤波器的这些关键技术特性做一些深入讨论。


滤波器谐振腔的数量

     滤波器是由数个谐振腔级连构成的。谐振腔的数量越多,滤波器的带外衰减越陡峭,但滤波器通带内的插入损耗就会越大,滤波器的加工成本也会相应增加。在《研究》一文中我们给出了满足DTMB和CMMB标准滤波器的带外衰减要求。经过我们多年的研究和经验,我们给出以下重要结论:


  • 包含4个谐振腔的带通滤波器,无论其是否设计了交叉耦合结构,其带外衰减都无法满足标准要求。因此,发射机输出带通滤波器不可以采用4腔或更少谐振腔的结构。


  • 包含6个谐振腔的带通滤波器,如果不设计不相邻谐振腔间的交叉耦合结构,为了满足滤波器中心频率+/-4.2MHz的衰减需要达到4dB的要求,经过实验我们可以看到,此时滤波器反射损耗的有效带宽(即反射损耗大于26.5dB的频率范围)只有7.15MHz,而滤波器通带角位置(即中心频率+/-3.8MHz)的反射损耗指标较差。因此,我们不建议发射机输出带通滤波器采用不带交叉耦合的6腔结构。


  • 包含6个谐振腔的带通滤波器,并且设计了1个或者2个不相邻谐振腔之间的交叉耦合结构,可以很好的满足滤波器带外衰减的要求,同时可以保证通带角的插入损耗在合理区间内。因此,6腔带交叉耦合的结构是发射机输出带通滤波器适宜采用的。


  • 包含更多谐振腔(如8个)的带通滤波器,虽然其带外衰减指标较6腔滤波器更佳,但由于包含的谐振腔更多,其通带内的插入损耗更大。因此,我们不建议发射机输出带通滤波器采用多于6个谐振腔的结构。


综上所述,包含6个谐振腔并设计了不相邻谐振腔的交叉耦合,是发射机输出带通滤波器的理想拓扑结构。


全频段可调vs固定频道

       某些滤波器生产厂家为了降低成本,为用户提供的滤波器无法实现470~800MHz全频段可调,而是将滤波器的工作频率固定在某个频道上。这种做法首先未能满足标准中对滤波器工作频率的要求,同时也剥夺了用户后期改频的可能性。更为重要的是,固定频道的滤波器往往没有温度补偿的设计,因此这种滤波器的温度稳定性非常差。在后面的讨论中可以看到,没有设计温度补偿的滤波器是无法正常工作的。因此,我们强烈建议发射机均要配备全频段可调的带通滤波器产品。


温度稳定性

       由于滤波器本身发热或者环境温度变化的原因,滤波器在工作过程中温度变化可能超过30度。对于一个工作在UHF频段的典型同轴谐振腔,当温度上升1度时,由于热胀冷缩的原因,谐振腔的谐振频率会降低20kHz左右。因此,当滤波器温度上升30度时,它的整个通带会向低漂移600kHz左右,这个频率偏移是非常大的。在下图中可以看到,向低端漂移了600kHz后,中心频率-4.2MHz位置的带外衰减只有0.8dB,已经小于4dB,不再满足标准要求;而中心频率+3.8MHz位置的插入损耗已经超过10dB,系统已经无法正常工作。因此,发射机输出带通滤波器的温度稳定性是非常重要的指标,不带温度补偿设计的滤波器是不能使用的。一般的,要求发射机输出带通滤波器的温度稳定性指标应小于2kHz/℃。当温度上升30度时,滤波器的频率漂移不大于60kHz。


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