声表面波技术在通信广播中的应用

🏠 首页 《无线电》杂志 1992年 🔗 第4期 🔗 第3页 分类:业余实验与制作 🔗 郝志忠 🔗

到目前为止,声表面波技术已经发展到相当成熟的阶段,本文仅对其在通信、广播和电视中应用的几种器件及其发展做一简单介绍。

1.带通滤波器

在所有的声表面波器件中,滤波器是一个比较成熟的器件,研制、生产时间较早,应用广泛。在通信、广播电视中的载频和中频滤波器已逐步用声表面波滤波器取代以往的LC滤波器、螺旋滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器和低微波段的同轴滤波器、波导型滤波器等,特别是电视机中,几乎全部用声表面波中频滤波器代替了过去的LC滤波器。调频立体声收音机中的带通滤波器也同样如此。尽管声表面波滤波器发展已较成熟,但仍有些问题在研究,如降低带内插损、提高频带等。目前单个声表面波带通滤波器发展的世界水平和今后展望请看表1。

图1
图1 🔍原图 (838×559)

表1中列的数据不是对同一滤波器而言,因为表中的数据有些是相互矛盾的,例如带宽和插损,要使插损最小,那带宽就不能做得很宽。实际上,在设计滤波器时各项性能指标要均衡设计才行。

滤波器目前发展的方向是向滤波器组、多信道可选择带通滤波器、程序可控滤波器组和多功能方面发展。

2.振荡器

声表面波振荡器是利用声表面波延迟线或谐振器作为频率控制元件的。它广泛用于无线发射机中的主振和无线接收机中的本振上。在声表面波振荡器回路中,通过外加信号电压进行控制,改变振荡器的工作频率,就可以构成压控振荡器和调频振荡器。声表面波振荡器具有以下几个优点:

(1)声表面波振荡器的基频振荡频率可直接做到5.2GHz,而无需倍频链;

(2)具有类似石英晶体振荡器的频率稳定度;

(3)调频范围大,高于石英晶体振荡器,低于LC振荡器。

目前声表面波振荡器的水平已相当高。过去很多发射机是用晶体振荡器,经过几十次,甚至几百次倍频产生千兆赫数量级的信号。如今用很小的声表面波振荡器就可完成,解决了用高次倍频链带来的元件数量多、重量大和高次倍频噪声等问题,使发射机体积、重量大大减小,可靠性相应提高几十至几百倍、而功耗大幅度降低。因此,声表面波振荡器的应用越来越广,除上述的应用以外在广播、通信中还有以下几个方面的应用:

(1)在扩频通信中作相干源。

(2)在通信中用于多信道中的频率合成器中。传统的频率合成器是用晶体振荡器作成的锁相环式频率合成器,当跳频速率达到每秒数万次时,由于合成器捕获时间达不到要求,而要采用合频、分频的直接式频率合成器技术,使得系统复杂化,但声表面波频率合成器则不存在这个问题。

(3)可以做成宽带跳频式,跳频范围已达到中心频率的20%。因此,用一个声表面波器件,即可满足系统宽带跳频要求,又可达到高速瞬变的性能。

为了进一步说明声表面波振荡器性能水平,现将声表面波振荡器与电感电容振荡器、晶体振荡器主要性能用表2比较如下:

图2
图2 🔍原图 (855×423)

3.声表面波延迟线

在通信电子设备中,常需要将电信号延迟一段时间,用来完成此功能的器件,称为延迟线。延迟线又分为固定延迟线、色散延迟线、抽头延迟线和编码(又称可编程)延迟线。下面分别叙述用声表面波技术制成的各种延迟线。

(1)固定延迟线

该延迟线用于通信设备中作为路径长度均衡器。目前声表面波延迟线发展的水平是中心频率从10MHz到5.2GHz,通带从0.0005f\(_{0}\)到0.7f0其中f\(_{0}\)为通带中心频率,延迟时间从几百毫微秒到几百毫秒。

(2)色散延迟线

色散延迟线具有对不同的频率有不同的延时功能,可用于脉冲压缩和展宽。在通信中可用于直接序列扩频/跳频(DS/FH)混合调制的扩频通信中,但应用最多的领域是线性调频雷达。

(3)抽头延迟线和编码延迟线

抽头延迟线可以实现对许多不同信号的产生和处理,所以在通信中有广泛的应用。用声表面波抽头延迟线不仅可以产生相频键控(PSK)信号,也可产生幅度键控信号(ASK)和最小频移键控(MSK)信号,也可实现对这些信号进行滤波。利用声表面波抽头延迟线制成的双相键控编码器件最重要的应用之一就是扩频通信。另外,利用声表面波抽头延迟线制成的相关器比典型的相关器简化得多,乘法器、积分器、PN码产生器等功能都由该声表面波延迟线完成。目前国外已实现511位声表面波抽头延迟线,国内已研制出255位声表面波石英抽头延迟线。

对于声表面波编码延迟线,可以灵活地改变扩频码型,它的抽头都单独输出,由逻辑控制开关矩阵赋于各抽头的极性,可以灵活地产生多种相关特性的优良扩频码。目前国外已有120MHz,128抽头,带宽为10MHz的石英编码延迟线,其动态范围60~70dB。

4.声表面波卷积器

声表面波卷积器具有大带宽、高速和实时处理信号的能力,又具有足够的延时,用相当简单的方式精确地完成卷积相关,是一类可程序化很高的自适应器件,它特别适用于码型经常变动的扩频通信系统。在扩频通信技术中,都希望发射机和接收机能够产生和处理任何的波形,这种完全自适应系统,多年来一直是各国研究人员关心致力的主题之一,在声表面波技术中是沿着两条途径对系统作程序控制的,一条是抽头延迟线或编码延迟线,另一条就是卷积器。

除上述几种应用的声表面波器件外,还有许多利用声表面波技术制作的新器件正在研制和即将研制,不久,可看到新的声表面波混频器、放大器等等。今后声表面波技术发展的另一方向是以这些声表面波器件为基础进行各种组合,成为各种分系统,完成更多更复杂的功能。例如即将出现的声表面波单片发射机、接收机等等。总之,随着声表面波技术的迅速发展,其应用的领域将会越来越广。 (郝志忠)