一種新型VHF跳頻多工器方案探討

2010-08-04 06:36:32李鐵彪

通信技術 2010年9期

李鐵彪

（海軍駐新鄉地區通信軍事代表室，河南新鄉 453009）

0 引言

隨著現代通信技術的快速發展，通信收發設備越來越多，接收機靈敏度日益提高，從而對通道的選擇性和電磁兼容環境提出了更高的要求[1]。特別在通信設備集群化、高效化的情況下，比如衛星通信，陸地通信指揮設備，大型艦艇設備等，都有各種各樣的大功率、多頻段、跳頻、擴頻等各種無線通信設備的集成和共址架設，這就給系統的電磁兼容（EMC）帶來了嚴酷的考驗[2-4]。因為系統集成后，各設備間的電磁干擾直接關系到系統集成后能否發揮各單機原有的性能，從而影響整個系統的通信質量[5]。

這些電磁干擾問題包括：①臨近信號的EMI問題：交叉調制、倒易混頻、發射機的底部噪聲；②帶外信號的 EMI問題：發射機的雜波發射、接收機的失真響應；③互調產物：結構性互調產物、發射機互調、接收機互調[6]。圖1給出了VHF頻段發射機在跳頻模式下，傳統技術解決方案（分離天線）所帶來的通信距離損失的情況。可見開機數目越多，接收機通信距離越短。

圖1 發射機開機數目與接收機通信距離的關系

除了共址架設的收發機電磁兼容問題，眾多收發設備如果采用分離天線，有限平臺集成的天線數目太多將嚴重影響通信質量，天線的方向圖也會發生極大變化[7-8]。微波多工器是解決集群通信系統中電磁兼容問題的主要途徑之一。主要研究一種 VHF頻段的跳頻多工器實現方案，給出具體的技術方案和驗證。

1 90°定向耦合器多工方案

在過去的幾十年中出現了各種微波多工器的設計方案，應用較多的有星點式結構多工方案、多頭線耦合多工方案、90°定向耦合器多工方案、可調相位器多工方案、環形器多工方案和定向濾波器多工方案等，其中90°定向耦合器多工方案具有調試簡單、通道間無干擾、功率容量大，擊穿電壓高和適宜模塊化設計等優點，特別適合級聯型的多路通信系統[9-10]。如圖2所示為典型的90°定向耦合器多工方案原理圖。每個通道有兩個完全相同的濾波器和兩個完全相同的90°定向耦合器。

圖2 90°定向耦合器多工方案原理

該方案主要優點是90°定向耦合器的方向性，使得濾波器之間的相互干擾最小化。因此，90°定向耦合器多工器適合模塊化設計，它允許靈活增加新的通道，新的通道對原來的多工器沒有任何影響。另外一個重要的優點是每次只有一半的功率通過濾波，這給高功率多工器設計中的濾波器功率容量設計降低了要求。

2 90°定向耦合器設計

無線通信系統往往需要將多部電臺同址安裝，并要求多部電臺能同時進行跳頻工作。針對30～88 MHz VHF跳頻合路器所需的90°定向耦合器進行設計。

由于帶寬覆蓋 30～88 MHz的較寬頻帶，所以選用多節對稱耦合傳輸線來實現。采用最平坦設計，傳輸線端口特性阻抗為 50Ω，查表可得 3階對稱傳輸線的歸一化的偶模阻抗，進而計算相應的奇偶模阻抗值，如表1所示。

表1 30～88 MHz 90°定向耦合器阻抗值

由于 30～88 MHz頻率低，四分之一波長尺寸大，可選擇的線型較多。寬邊耦合帶狀線具有體積小、功率容量大、損耗小、分配（合成）端口平衡性能等特點，能夠滿足小型化的要求,如圖3所示。選用介電常數為2.65,厚度為2.75 mm,中間介質厚度為0.15 mm的寬邊耦合帶狀線，并采用EESOF微波軟件進行仿真，綜合尺寸如下：第一節線：W1=W2=2 mm,D=2.32 mm, 長度為235.7 mm；第二節線：W1=W2=0.74 mm,D=0.12 mm, 長度為539 mm。

圖3 寬邊耦合帶狀線截面

將上述參數在電路仿真基礎上，進一步在 HFSS軟件中建立定向耦合器結構模型進行仿真，如圖4所示，仿真結果如圖5和圖6所示，在30～88 MHz頻率范圍內，定向耦合器端口1與2以及端口1與4之間耦合度大于-3.5 dB,端口1與3之間隔離度大于21 dB，四個端口駐波很好小于1.22，傳輸相位差為-90°，耦合度的平坦度為±0.95 dB，相位差的平坦度為±5°。