數字調諧濾波器原理及方案

0 引 言
需要傳送的數字或模擬信號信息一般是低頻信號，必須被載波調制到特定射頻段才能通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。隨著(zhù)通訊技術(shù)發(fā)展，定載頻技術(shù)在軍事通訊中的保密、抗干擾、頻帶利用等方面逐漸暴露出問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題，跳頻(Frequency　Hopping Spread Spectrum，FH-SS)通訊技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)。數字調諧濾波器是跳頻系統中隨計算機控制技術(shù)出現后發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)數字調諧控制頻帶的、有一定功率容量的濾波器。

1 數字調諧濾波技術(shù)發(fā)展現狀
傳統的定載頻信號發(fā)信機被傳送的信息可以是模擬的或數字的信號形式，信號經(jīng)過(guò)調制，獲得副載波頻率固定的已調波信號，再與頻率合成器輸出的主載波頻率信號進(jìn)行混頻，使其輸出的已調波信號的載波頻率達到射頻通帶的要求，后饋至天線(xiàn)發(fā)射出去。收信機通過(guò)帶通濾波器選定需要的載波頻率信號，經(jīng)過(guò)放大、頻率合成器、解調器，得到發(fā)信機傳送來(lái)的信息。
跳頻系統的頻率合成器通過(guò)跳頻指令控制輸出載波信號的頻率。跳頻指令發(fā)生器可以不斷地發(fā)出指令，控制頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率。因此，混頻器輸出的已調波的載波頻率也將隨著(zhù)指令不斷地跳變，從而經(jīng)濾波器和天線(xiàn)發(fā)送出去的就是跳頻信號，這就是跳頻通訊技術(shù)，如圖1所示。

跳頻通訊是最常用的擴頻方式之一，其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率按照預定規律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說(shuō)，通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而隨機跳變。從通信技術(shù)的實(shí)現方式來(lái)說(shuō)，“跳頻”是一種用碼序列進(jìn)行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信方式。從時(shí)域上來(lái)看，跳頻信號是一個(gè)多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上來(lái)看，跳頻信號的頻譜是一個(gè)在很寬頻帶上以不等間隔隨機跳變的。其中：跳頻控制器為核心部件，包括跳頻圖案產(chǎn)生、同步、自適應控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率；數據終端包含對數據進(jìn)行差錯控制。
與定頻通信相比，跳頻通信是通信收發(fā)雙方同步地改變頻率的通信方式，使對抗方很難跟蹤跳頻規律，因此無(wú)法截獲通信內容，因而具有較強的反破譯能力。同時(shí)，跳頻通信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點(diǎn)被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行正常的通信。民用領(lǐng)域，由于跳頻通信系統是瞬時(shí)窄帶系統，它易于與其他的窄帶通信系統兼容，也就是說(shuō)，跳頻電臺可以與常規的窄帶電臺互通，有利于設備的更新；跳頻還利用頻分、碼分多址復用的優(yōu)點(diǎn)提高頻譜利用率，解決頻譜資源、信道容量擁擠等問(wèn)題。
世界第一臺跳頻電臺在20世紀70年代末問(wèn)世，80年代至今是其技術(shù)不斷發(fā)展完善的階段。業(yè)內人士指出，跳頻通信是保密和對抗無(wú)線(xiàn)電干擾的有效手段，稱(chēng)其為無(wú)線(xiàn)電通信的“殺手锏”。在無(wú)線(xiàn)通信中使用跳頻技術(shù)是軍事通信中最主要的保密和抗干擾手段之一。相對于跳頻技術(shù)，破解跳頻碼、快速跟蹤載波頻率和寬帶大功率干擾是三類(lèi)不同層面的對抗技術(shù)。
破解跳頻碼實(shí)際是破解快速的跳頻密碼和通訊密碼，艱難程度不用贅述；快速跟蹤載波頻率是目前的跳頻技術(shù)的主要對抗方式，美國目前的技術(shù)達到1 000次／s的掃頻，即跳頻時(shí)間小于1 ms就無(wú)法捕捉，而目前跳頻技術(shù)已經(jīng)能達到跳頻時(shí)間小于10μs，目前的處理速度對抗跳頻技術(shù)也有2個(gè)數量級的差距；寬帶大功率干擾則是一種通用的干擾方案，但受發(fā)射機功率影響，功率需要達到跳頻電臺發(fā)射功率的幾十倍才能達到干擾效果，對抗跳頻電臺，往往投入大收效小。因此，目前三類(lèi)主要電子對抗方式還沒(méi)有威脅到發(fā)展中的跳頻技術(shù)。跳頻濾波器是一種插人到發(fā)射、接收機系統通道中的一種帶通濾波器，按自己設定的跳頻圖案(跳頻通信中載波頻率改變的規律)改變帶通濾波器的中心頻率，將可以明顯改善系統的抗干擾性能，有效地改善接收機的信噪比，從而降低系統對跳頻收發(fā)信機的要求，使跳頻通信設備能更高效可靠，同時(shí)也能達到保密的要求。跳頻濾波技術(shù)是跳頻通訊的關(guān)鍵技術(shù)之一，下文將對跳頻濾波器的幾種原理方案做闡述和比較。