數(shù)字調(diào)諧濾波器原理及方案

0 引 言
需要傳送的數(shù)字或模擬信號信息一般是低頻信號，必須被載波調(diào)制到特定射頻段才能通過天線發(fā)射出去。隨著通訊技術(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題，為解決這些問題，跳頻(Frequency　Hopping Spread Spectrum，F(xiàn)H-SS)通訊技術(shù)逐步發(fā)展起來。數(shù)字調(diào)諧濾波器是跳頻系統(tǒng)中隨計算機控制技術(shù)出現(xiàn)后發(fā)展起來的一類數(shù)字調(diào)諧控制頻帶的、有一定功率容量的濾波器。

1 數(shù)字調(diào)諧濾波技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的定載頻信號發(fā)信機被傳送的信息可以是模擬的或數(shù)字的信號形式，信號經(jīng)過調(diào)制，獲得副載波頻率固定的已調(diào)波信號，再與頻率合成器輸出的主載波頻率信號進行混頻，使其輸出的已調(diào)波信號的載波頻率達到射頻通帶的要求，后饋至天線發(fā)射出去。收信機通過帶通濾波器選定需要的載波頻率信號，經(jīng)過放大、頻率合成器、解調(diào)器，得到發(fā)信機傳送來的信息。
跳頻系統(tǒng)的頻率合成器通過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(diào)波的載波頻率也將隨著指令不斷地跳變，從而經(jīng)濾波器和天線發(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(yù)定規(guī)律進行離散變化的通信方式，也就是說，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)的實現(xiàn)方式來說，“跳頻”是一種用碼序列進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。從時域上來看，跳頻信號是一個多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上來看，跳頻信號的頻譜是一個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(yīng)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(shù)據(jù)終端包含對數(shù)據(jù)進行差錯控制。
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(guī)律，因此無法截獲通信內(nèi)容，因而具有較強的反破譯能力。同時，跳頻通信也具有良好的抗干擾能力，即使有部分頻點被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點上進行正常的通信。民用領(lǐng)域，由于跳頻通信系統(tǒng)是瞬時窄帶系統(tǒng)，它易于與其他的窄帶通信系統(tǒng)兼容，也就是說，跳頻電臺可以與常規(guī)的窄帶電臺互通，有利于設(shè)備的更新；跳頻還利用頻分、碼分多址復(fù)用的優(yōu)點提高頻譜利用率，解決頻譜資源、信道容量擁擠等問題。
世界第一臺跳頻電臺在20世紀70年代末問世，80年代至今是其技術(shù)不斷發(fā)展完善的階段。業(yè)內(nèi)人士指出，跳頻通信是保密和對抗無線電干擾的有效手段，稱其為無線電通信的“殺手锏”。在無線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不同層面的對抗技術(shù)。
破解跳頻碼實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，即跳頻時間小于1 ms就無法捕捉，而目前跳頻技術(shù)已經(jīng)能達到跳頻時間小于10μs，目前的處理速度對抗跳頻技術(shù)也有2個數(shù)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，目前三類主要電子對抗方式還沒有威脅到發(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(tǒng)通道中的一種帶通濾波器，按自己設(shè)定的跳頻圖案(跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律)改變帶通濾波器的中心頻率，將可以明顯改善系統(tǒng)的抗干擾性能，有效地改善接收機的信噪比，從而降低系統(tǒng)對跳頻收發(fā)信機的要求，使跳頻通信設(shè)備能更高效可靠，同時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。