阅读说明：本技术 一种阻带深度可变的带阻滤波组件 (Band-stop filtering component with variable stop band depth ) 是由 张卫 张平川 杨陆 蓝江河 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阻带深度可变的带阻滤波组件,包括带阻滤波组件、信号输入端、信号输出端,信号输入端用于输入大信号和小信号,信号输出端用于连接接收机,带阻滤波组件包括相互连接的一分二功分器和合路器,一分二功分器的两输出端连接合路器的两输入端,形成A支路、B支路,A支路上设有带阻滤波器,B支路上设有第一可控衰减器,带阻滤波组件与带阻滤波器的中心频率相同,当满足带阻滤波器的阻带深度大于第一可控衰减器的最大衰减量至少3dB的条件时,带阻滤波组件的阻带深度由第一可控衰减器的衰减量决定。本发明衰减功能具有频率选择性,且衰减量可根据需要进行调节,所以能够实现只对阻带内的信号进行衰减,而对通带内的信号不衰减。(The invention discloses a band-stop filtering component with variable stop band depth, which comprises a band-stop filtering component, a signal input end and a signal output end, wherein the signal input end is used for inputting large signals and small signals, the signal output end is used for connecting a receiver, the band-stop filtering component comprises a one-to-two power divider and a combiner which are mutually connected, two output ends of the one-to-two power divider are connected with two input ends of the combiner to form a branch A and a branch B, a band-stop filter is arranged on the branch A, a first controllable attenuator is arranged on the branch B, the center frequency of the band-stop filtering component is the same as that of the band-stop filter, and when the condition that the stop band depth of the band-stop filter is greater than the maximum attenuation of the first controllable attenuator by at least 3dB is met, the stop band depth. The attenuation function of the invention has frequency selectivity, and the attenuation can be adjusted according to the requirement, so that the attenuation of the signal in the stop band can be realized, and the signal in the pass band can not be attenuated.)

一种阻带深度可变的带阻滤波组件

技术领域

本发明涉及一种带阻滤波器，尤其涉及一种阻带深度可变的带阻滤波组件。

背景技术

由于空间电磁环境复杂，在微波接收系统中，由天线接收而进入接收机的信号常含有多种频率成分，且各信号功率电平悬殊。我们通常将功率电平相对较高，通常超过接收机瞬时动态范围上限的信号称为大信号，将功率电平相对较低的信号称为小信号。大信号包括干扰信号和感兴趣的信号，其中感兴趣的信号英文简称为SOI。

大信号功率电平超过接收机动态范围上限，会造成接收机饱和失真，并且产生“大信号阻塞”效应，使小信号“消失”而不能被后端有效采集和识别；而小信号功率电平可能低于接收机动态范围下限，也无法正确获取其信息。因此，接收系统的前端需进行信号预处理。现有信号预处理技术中，常用的有阻带深度固定的带阻滤波器、和可控衰减器技术。

带阻滤波器的工作频带包括阻带和通带，它仅对阻带内的信号进行衰减，即衰减具有频率选择性。现有带阻滤波器在微波接收系统中主要用于抑制不需要的干扰信号，要求阻带深度越大越好。

可控衰减器主要包括数控衰减器和模拟电调衰减器，可通过数字控制或模拟电压控制的方式实现衰减量在一定范围内变化，从而对信号功率进行调节。

当均为SOI的大信号和小信号同时出现在接收机瞬时带宽内，预处理就会面临问题，如下所述：

现有带阻滤波器的阻带深度由设计及工艺技术确定，制作完成后即为定值，无法在应用时控制阻带深度变化，即不能根据大信号的功率电平调节到合适的衰减量。参见图1，当带阻滤波器的阻带深度较大，为d > Δp2时，大信号将被衰减到低于接收机瞬时动态范围下限，无法被后端采集和分析，从而丢失信息。若带阻滤波器阻带的深度较小，当大信号功率电平过高时，又可能出现衰减量不够的情况。可见，现有阻带深度固定的带阻滤波器不能适应大信号功率电平可能出现的各种情况。

而可控衰减器没有频率选择性，其衰减量变化将导致其整个工作频带内的信号幅度发生变化。参见图2，调节可控衰减器的衰减量使大信号被衰减到接收机瞬时动态范围内，此时小信号也一同被衰减；当小信号原始功率电平较低，为Δp2 <Δp1时，将被衰减至低于接收机瞬时动态范围下限，无法被后端采集和处理，从而丢失有用信息。

因此，共存于接收机瞬时带宽内的大信号与小信号可能出现各种功率电平的组合情况，采用现有的带阻滤波器和/或可控衰减器无法适应并有效处理，易造成有用信息丢失。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，对信号的衰减具有频率选择性，即只对阻带范围的信号进行衰减，且衰减量、阻带深度可根据需要进行控制的一种阻带深度可变的带阻滤波组件。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种阻带深度可变的带阻滤波组件，包括带阻滤波组件、信号输入端、信号输出端，所述信号输入端用于输入大信号和/或小信号，所述信号输出端用于连接接收机，所述带阻滤波组件包括相互连接的一分二功分器和合路器，一分二功分器的两输出端连接合路器的两输入端，形成A支路、B支路，所述A支路上设有带阻滤波器，B支路上设有第一可控衰减器，一分二功分器的输入端连接信号输入端，合路器的输出端连接信号输出端；

所述带阻滤波器的阻带深度大于第一可控衰减器的最大衰减量至少3dB；

所述带阻滤波组件与带阻滤波器的中心频率相同，带阻滤波组件的参考态与第一可控衰减器的参考态对应，最大阻带深度与第一可控衰减器的最大衰减量对应，且当第一可控衰减器的衰减量变化时，带阻滤波组件的阻带深度变化与第一可控衰减器的衰减态一一对应。

作为优选：所述B支路上，第一可控衰减器和合路器之间，设有一信号延迟单元，所述合路器与信号输出端间设有一第二可控衰减器；

所述信号延迟单元用于调节A支路和B支路的传输相位，使二者相位差为零；

所述第二可控衰减器参数与第一可控衰减器相同，且衰减量的调整方向相反，用于补偿第一可控衰减器调整时引起的通带损耗变化。

作为优选：所述第二可控衰减器与信号输出端间设有一放大器，所述放大器用于提高信号增益。

作为优选：所述B支路上，第一可控衰减器和合路器之间，设有一信号延迟单元、一带通滤波器；

所述信号延迟单元用于调节A支路和B支路的传输相位，使二者相位差为零；

所述带通滤波器与A支路的带阻滤波器中心频率相同；

带通滤波器的通带宽度小于带阻滤波器的阻带宽度10%～30%。

作为优选：所述第二可控衰减器与信号输出端间设有一放大器，所述放大器用于提高信号增益。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计了一种阻带深度可变的带阻滤波组件，属于微波电路技术领域，主要用于微波接收系统尤其是大实时带宽接收系统，用于接收前端的信号预处理。本发明衰减功能具有频率选择性，且衰减量可根据需要进行调节，所以能够实现只对阻带内的信号进行衰减，而对通带内的信号不衰减。即应用于微波接收系统，对处理同时出现在接收机瞬时带宽内的大信号和小信号，可达到如下效果：

（1）利用阻带抑制不需要的大信号，防止“大信号阻塞”效应；

（2）对需要分析的大信号，如感兴趣的信号，根据其功率电平调节阻带深度，使大信号功率电平衰减到接收机瞬时动态范围内，便于后端采样和分析；

（3）对通带内的小信号不衰减，使其功率电平保持在接收机瞬时动态范围内，便于后端采样和分析。从而保证接收系统有效地获取更多SOI信息，具有很强的实用价值。

附图说明

图1为现有技术中采用带阻滤波器导致大信号丢失的示意图；

图2为现有技术中采用可控衰减器导致小信号丢失的示意图；

图3为本发明电路原理图；

图4为本发明工作原理图；

图5为本发明实施例3的电路原理图；

图6为本发明实施例4的电路原理图；

图7为本发明将阻带深度调节到d1的应用图；

图8为本发明将阻带深度调节到d2的应用图。

图中：1、一分二功分器；2、合路器；3、带阻滤波器；4、第一可控衰减器；5、信号延迟单元；6、第二可控衰减器；7、放大器；8、带通滤波器；9、主路；10、A支路；11、B支路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：本实施例给出现有技术中导致大信号、小信号丢失的情况。参见图1，现有带阻滤波器的阻带深度由设计及工艺技术确定，制作完成后即为定值，无法在应用时控制阻带深度变化，即不能根据大信号的功率电平调节到合适的衰减量。从图1可知，当现有带阻滤波器的阻带深度较大，d>Δp2，大信号将被衰减到低于接收机瞬时动态范围下限，无法被后端采集和分析，从而丢失信息。若现有带阻滤波器阻带的深度较小，当大信号功率电平过高时，又可能出现衰减量不够的情况。可见，现有阻带深度固定的现有带阻滤波器不能适应大信号功率电平可能出现的各种情况。

参见图2，调节可控衰减器的衰减量使大信号被衰减到接收机瞬时动态范围内，此时小信号也一同被衰减；当小信号原始功率电平较低，为Δp2 <Δp1时，将被衰减至低于接收机瞬时动态范围下限，无法被后端采集和处理，从而丢失有用信息。

因此，共存于接收机瞬时带宽内的大信号与小信号可能出现各种功率电平的组合情况，采用现有带阻滤波器和/或可控衰减器无法适应并有效处理，易造成有用信息丢失。

实施例2：参见图3、图4，一种阻带深度可变的带阻滤波组件，包括带阻滤波组件、信号输入端、信号输出端，所述信号输入端用于输入大信号和/或小信号，所述信号输出端用于连接接收机，所述带阻滤波组件包括相互连接的一分二功分器1和合路器2，一分二功分器1的两输出端连接合路器2的两输入端，形成A支路10、B支路11，所述A支路10上设有带阻滤波器3，B支路11上设有第一可控衰减器4，一分二功分器1的输入端连接信号输入端，合路器2的输出端连接信号输出端；

所述带阻滤波器3的阻带深度大于第一可控衰减器4的最大衰减量至少3dB；

所述带阻滤波组件与带阻滤波器3的中心频率相同，带阻滤波组件的参考态与第一可控衰减器4的参考态对应，最大阻带深度与第一可控衰减器4的最大衰减量对应，且当第一可控衰减器4的衰减量变化时，带阻滤波组件的阻带深度变化与第一可控衰减器4的衰减态一一对应。

本产品结构包括A支路10、B支路11，而合路器2的输出端与信号输出端之间为主路9。本实施例的结构，使位于A支路10的带阻滤波器3的阻带深度应大于位于B支路11的可控衰减器的最大衰减量，差值不小于3dB。这是本电路需满足的基本条件，在满足上述基本条件的情况下，所述带阻滤波组件的最大阻带深度由位于B支路11的第一可控衰减器4的最大衰减量决定。由于A支路10、B支路11存在功率分配和合成的原因，所述带阻滤波组件的最大阻带深度实际大于位于B支路11的可控衰减器的最大衰减量，差值一般约10dB左右，与一分二功分器1、合路器2以及B支路11第一可控衰减器4的***损耗有关。

从图4可以看出，当位于B支路11的第一可控衰减器4不衰减，也就是位于参考态时，带阻滤波组件也位于参考态；当第一可控衰减器4置某衰减量，进入进入衰减态1时，带阻滤波组件的阻带深度为阻带深度1，当第一可控衰减器4置另一衰减量，进入衰减态2时，对应所述带阻滤波组件的阻带深度为阻带深度2。也就是说，所述带阻滤波组件的参考态与B支路11的可控衰减器的参考态对应，最大阻带深度与B支路11的可控衰减器的最大衰减量对应，中间每一种可出现的阻带深度都是与B支路11的可控衰减器的某种衰减态一一对应。换句话说，所述带阻滤波组件的中心频率由A支路10的带阻滤波器3决定；当满足“B支路11带阻滤波器3的阻带深度大于A支路10第一可控衰减器4的最大衰减量至少3dB”的条件时，带阻滤波组件的阻带深度由第一可控衰减器4的衰减量决定。

我们在对本发明产品进行调整时，首先要看输入的是什么信号，例如，只有大信号f1出现在接收机瞬时带宽内时，则先设置带阻滤波组件的阻带中心频率为f1，以衰减大信号；再看大信号的功率电平超出接收机瞬时动态范围上限多少，对应调整第一可控衰减器4的衰减量，从而调整本产品的阻带深度，使大信号功率电平处于接收机瞬时动态范围内。

若只有大信号f2出现在接收机瞬时带宽内时，则不被衰减，只要能无损耗地通过即可。

若大信号f1、小信号f2同时出现在接收机瞬时带宽内时，调整方法与仅有大信号f1时相同。

实施例3：参见图5，一种阻带深度可变的带阻滤波组件，包括带阻滤波组件、信号输入端、信号输出端，所述信号输入端用于输入大信号和/或小信号，所述信号输出端用于连接接收机，所述带阻滤波组件包括相互连接的一分二功分器1和合路器2，一分二功分器1的两输出端连接合路器2的两输入端，形成A支路10、B支路11，所述A支路10上设有带阻滤波器3，B支路11上设有第一可控衰减器4，一分二功分器1的输入端连接信号输入端，合路器2的输出端连接信号输出端；

所述带阻滤波器3的阻带深度大于第一可控衰减器4的最大衰减量至少3dB；

所述带阻滤波组件与带阻滤波器3的中心频率相同，带阻滤波组件的参考态与第一可控衰减器4的参考态对应，最大阻带深度与第一可控衰减器4的最大衰减量对应，且当第一可控衰减器4的衰减量变化时，带阻滤波组件的阻带深度变化与第一可控衰减器4的衰减态一一对应。

所述B支路11上，第一可控衰减器4和合路器2之间，设有一信号延迟单元5，所述合路器2与信号输出端间设有一第二可控衰减器6；所述信号延迟单元5用于调节A支路10和B支路11的传输相位，使二者相位差为零；所述第二可控衰减器6参数与第一可控衰减器4相同，且衰减量的调整方向相反，用于补偿第一可控衰减器4调整时引起的的通带损耗变化。

所述第二可控衰减器6与信号输出端间设有一放大器7，所述放大器7用于提高信号增益。

本实施例3是在实施例2上的进一步改进，增加了信号延迟单元5、第二可控衰减器6、放大器7。

利用信号延迟单元5来调节A、B两个支路间的传输相位差使之趋于零，以提高各频率成分的功率合成效率，从而改善本发明通带内的幅度平坦度。

利用第二可控衰减器6进行预衰减，当改变第一可控衰减器4的衰减量时，反向微调第二可控衰减器6的衰减量，可补偿所述带阻滤波组件由于改变阻带深度而引起的通带幅度变化，采用等功分/合路器2时，在未进行补偿的情况下，通带幅度最大变化约3dB。

利用放大器7对整个工作频带内的信号提供增益，以改善所述带阻滤波组件的***损耗。

在本实施例中：第一可控衰减器4是构成带阻滤波组件的基本单元，用于调节所述带阻滤波组件的阻带深度，必不可少。

但是在调节第一可控衰减器4的衰减量时，我们希望的是只改变阻带的深度，而通带损耗不要随之变化，但是由于本发明工作原理带来的缺陷，实际通带损耗会随着阻带深度的调节而有一定程度的变化，其变化量最大为3dB左右，因此本实施例增加了第二可控衰减器6补偿的方案。在图5中，当第一可控衰减器4无衰减时，第二可控衰减器6就已经预置了一定的衰减量；当第一可控衰减器4的衰减量增大时，通带损耗会随之在一定程度上增大，此时若适当减小第二可控衰减器6的衰减量，即可起到补偿作用，即维持通带损耗不变。

具体变化情况：当第一可控衰减器4的衰减量从0-10dB增大时，通带损耗增大相对较快，随着第一可控衰减器4的衰减量继续增大，通带损耗增大的速度逐渐变慢，直至几乎不再随第一可控衰减器4的衰减量而增大。

这对于带阻滤波组件的实际应用会造成不利影响。因此，我们设计第二可控衰减器6就是用于补偿通带损耗的变化：当第一可控衰减器4衰减量为0时，第二可控衰减器6衰减量预置到约3dB，随着第一可控衰减器4的衰减量增大，配合着相应减小第二可控衰减器6的衰减量，以达到补偿的目的。

放大器7用于提高信号增益。因本发明阻带深度可变的带阻滤波组件存在可观的通带损耗，所以如果有需要，可以采用该放大器7，否则不要该放大器7。

实施例4：参见图6，一种阻带深度可变的带阻滤波组件，包括带阻滤波组件、信号输入端、信号输出端，所述信号输入端用于输入大信号和/或小信号，所述信号输出端用于连接接收机，所述带阻滤波组件包括相互连接的一分二功分器1和合路器2，一分二功分器1的两输出端连接合路器2的两输入端，形成A支路10、B支路11，所述A支路10上设有带阻滤波器3，B支路11上设有第一可控衰减器4，一分二功分器1的输入端连接信号输入端，合路器2的输出端连接信号输出端；

所述带阻滤波器3的阻带深度大于第一可控衰减器4的最大衰减量至少3dB；

所述带阻滤波组件与带阻滤波器3的中心频率均为f，带阻滤波组件的参考态与第一可控衰减器4的参考态对应，最大阻带深度与第一可控衰减器4的最大衰减量对应，且当第一可控衰减器4的衰减量变化时，带阻滤波组件的阻带深度变化与第一可控衰减器4的衰减态一一对应。

所述B支路11上，第一可控衰减器4和合路器2之间，设有一信号延迟单元5、一带通滤波器8；

所述信号延迟单元5用于调节A支路10和B支路11的传输相位，使二者相位差为零；

所述带通滤波器8与A支路10的带阻滤波器3中心频率相同；

带通滤波器8的通带宽度小于带阻滤波器3的阻带宽度10%～30%。

所述第二可控衰减器6与信号输出端间设有一放大器7，所述放大器7用于提高信号增益。

本实施例4是在实施例2的基础上进一步改进，增加了信号延迟单元5、带通滤波器8、放大器7。

增加带通滤波器8的目的，也是用于改善由于第一可控衰减器4衰减量变化而引起的所述带阻滤波组件通带损耗的变化，与实例3中第二可控衰减器6的目的是一样的，但是它们的工作原理不一样。且本实施例性能优于实施例3。

本电路特点为：A支路10的带阻滤波器3与B支路11的带通滤波器8同频工作，但带通滤波器8的通带宽度小于带阻滤波器3的阻带宽度10%～30%；另外，带通滤波器8的带外抑制度越高，所达到的效果越好。由于该带通滤波器8对B支路11传输信号的带外抑制作用，当信号经A支路10、B支路11功分与合路后，在所述阻带深度可变的带阻滤波组件上达到的效果是：当第一可控衰减器4的衰减量变化，对应于所述带阻滤波组件的阻带深度变化时，不会引起所述带阻滤波组件的通带损耗明显变化，因此也就不需要实施例3中第二可控衰减器6来对通带损耗变化进行补偿了。

实施例5：参见图7和图8，在图3、图5、图6的结构基础上，我们给出一个具体的调整方法：

第一步：设置带阻滤波组件的阻带中心频率。当大信号f1和小信号f2同时出现在接收机瞬时带宽内，此时，先设置带阻滤波组件的阻带中心频率为f1，以衰减大信号；而小信号处于带阻滤波组件通带内，将不被衰减，只要能无损耗地通过即可。

第二步：调整阻带深度至大信号功率电平处于接收机瞬时动态范围内。

如图7中，大信号功率电平超出接收机瞬时动态范围上限Δp1，调节阻带深度为d1，d1≥Δp1，此处我们选择d1略大于Δp1。处理后的大信号功率电平处于接收机瞬时动态范围内。

如图8中，大信号功率电平比图7中更高，超出接收机瞬时动态范围上限Δp2，Δp2远大于Δp1，阻带深度d1已不能满足要求，此时增大阻带深度至d2 d2≥Δp2），此处我们选择d2略大于Δp2。从而保证处理后的大信号功率电平仍处于接收机瞬时动态范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。