多通道时分带通滤波器和电磁信号测试系统的制作方法

本实用新型涉及信号处理领域，更具体地，涉及一种多通道时分带通滤波器，尤其是一种用于民用飞机电磁兼容性前门耦合干扰测试的多通道时分带通滤波器，以及包含该多通道时分带通滤波器的电磁信号测试系统。
背景技术：
：民用飞机电磁兼容前门耦合测试是通过机载天线发射信号(由布置于舱室内的发射天线发射，或者由机载系统设备/线缆发射)，通过机载天线接收，并传输至频谱分析仪和控制系统进行分析。民用飞机机载天线前门耦合干扰测试通常包括机上设备/电缆射频发射测试和便携式电子设备干扰路径损耗(IPL)测试。技术实现要素：现有的民用飞机电磁兼容前门耦合测试系统基本上都是对机载天线进行逐个测试。然而，由于民用飞机上有十几甚至二十几个机载天线，在测试时需要逐个天线进行测试，而且还需要频繁的手动更换连接于被测机载天线端口处的同轴测试电缆，试验过程繁琐复杂，测试时间很长，试验效率很低。针对以上问题，本实用新型提供了一种多通道时分带通滤波器，尤其是用于民用飞机电磁耦合性前门耦合干扰测试的多通道时分带通滤波器，还提供了包含该多通道时分带通滤波器的电磁信号测试系统，如飞机电磁兼容前门耦合测试系统。根据本实用新型的一个方面，提供了一种多通道时分带通滤波器，包括：多个滤波通道，其被配置为以时分方式通过该多个滤波通道中的一个滤波通道接收电磁信号并对该电磁信号进行滤波处理；以及输出开关系统，其同时连接该多个滤波通道并被配置为选择性地将从多个滤波通道中的该一个滤波通道接收的电磁信号传输给频谱分析仪，以进行频谱分析。在一种实现中，该多个滤波通道中的每个滤波通道包括：第一开关，用于接收待滤波的电磁信号；放大器，其与该第一开关相连，用于对来自该第一开关的电磁信号进行功率放大；第二开关，其与该第一开关和该放大器相连，用于选择性地输出来自该第一开关的电磁信号或来自该放大器的放大后的电磁信号；以及通道内滤波器，其与该第二开关相连，用于对来自该第二开关的电磁信号进行滤波。在一种实现中，该第一开关和该第二开关包括单刀双掷(SP2T)开关。在一种实现中，该第一开关和该第二开关中的至少一个包括HMC284AMS8G芯片。在一种实现中，该放大器是低噪声放大器。在一种实现中，该放大器包括RAM-8A+芯片和PMA-545G1+芯片，分别覆盖该放大器的工作频段的低端和高端。在一种实现中，该输出开关系统包括：多个第一级开关，每个第一级开关与多个通道组中的一个通道组相连，用于选择性接收来自该通道组中的一个滤波通道的电磁信号，其中该多个通道组中的每个通道组包括该多个滤波通道中的至少一个滤波通道，并且该多个通道组中的各个通道组互不重叠；以及第二级开关，其与该多个第一级开关相连，用于选择性接收来自该多个第一级开关中的一个第一级开关的电磁信号。在一种实现中，该多个滤波通道包括16个滤波通道，并且该16个滤波通道被平均划分为4个通道组，每个通道组与一个第一级开关相连。在一种实现中，该多个第一级开关和该第二级开关中的任一个是单刀四掷(SP4T)开关。在一种实现中，该多个第一级开关和该第二级开关中的至少一个包括HMC241ALP3E开关。在一种实现中，该多通道时分带通滤波器还包括电池单元，用于对该多个滤波通道和该输出开关系统中的至少一者供电。在一种实现中，该多通道时分带通滤波器用于民用飞机电磁耦合性前门耦合干扰测试，并且其中该电磁信号为来自机载天线的电磁信号。根据本公开的另一个方面，提供了一种电磁信号测试系统。该电磁信号测试系统包括：如前所述的多通道时分带通滤波器，用于选择性接收电磁信号；该频谱分析仪，其用于接收来自该多通道时分带通滤波器的电磁信号，并对所接收的电磁信号进行频谱分析；以及控制系统，其与该多通道时分带通滤波器相连，用于控制该多通道时分带通滤波器的多个滤波通道中的一个滤波通道处于工作状态。在一种实现中，该电磁信号测试系统用于民用飞机电磁耦合性前门耦合干扰测试，并且其中该电磁信号为来自机载天线的电磁信号。本实用新型提出的多通道时分带通滤波器具有测试通道自动切换、弱干扰信号自动补偿和有源机载天线自动供电功能。尤其是，当该多通道时分带通滤波器用于民用飞机电磁兼容性前门耦合干扰测试时，作为机载天线前门耦合干扰测试的辅助装置，能够使得在进行民用飞机电磁兼容前门耦合测试时不需要频繁的手动更换连接至被测机载天线的同轴测试电缆，可以很大程度的提高民用飞机电磁兼容前门耦合测试的试验效率。附图说明通过参考下列附图所给出的本公开的具体实施方式的描述，将更好地理解本公开，并且本公开的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见，其中：图1示出了根据本公开的实施例的飞机电磁兼容前门耦合测试系统的方框图；图2示出了根据本公开的实施例的多通道时分带通滤波器的详细结构的示意图；图3示出了根据本公开的一种实施方式的一个滤波通道的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本公开的实施例的电磁信号测试系统10的方框图。该电磁信号测试系统10例如可以是用于飞机电磁兼容前门耦合测试的电磁信号测试系统。如图1中所示，电磁信号测试系统10包括根据本公开的实施例的多通道时分带通滤波器100、频谱分析仪200和控制系统300。在进行飞机电磁兼容前门耦合干扰测试时，将多根测试电缆连接至飞机机载天线端口和多通道时分带通滤波器100的射频输入端口。在控制系统300的控制下，机载天线接收到的射频信号通过多通道时分带通滤波器100传输至频谱分析仪200以进行分析。在一种实现中，多通道时分带通滤波器100还可以包括电池单元(未示出)，其可以例如是锂电池等，用于对各个滤波通道110(在有源天线的情况下)和输出开关系统供电，还可以为控制系统300等供电。图2示出了根据本公开的实施例的多通道时分带通滤波器100的详细结构的示意图。如图2中所示，多通道时分带通滤波器100包括多个滤波通道110和输出开关系统(120和130)。表1示出了各个接收信道110的输入频率特性。表1多通道时分带通滤波器各滤波通道特性通道编号接收天线接收信号频率通道1MB75MHz通道2ILSLocalizer108.1-111.95MHz通道3VOR108-117.95MHz通道4VHF1118-137MHz通道5VHF2118-137MHz通道6VHF3118-137MHz通道7ILSGlideSlope328.6-335.4MHz通道8DME1962-1213MHz通道9DME2962-1213MHz通道10ATC11030MHz通道11ATC21030MHz通道12TCAS1090MHz通道13GNSSL5/E51164-1215MHz通道14SATCOM1530-1559MHz通道15GNSSL11559-1610MHz通道16备用宽带多个滤波通道110中的每一个分别对应于一个机载接收天线。在工作状态时，多个滤波通道110中的一个滤波通道110以时分方式接收来自机载天线的电磁信号。在图2所示的实例中，多通道时分带通滤波器100包括16个滤波通道110(即滤波通道110-1、110-2、110-3、......110-16)。输出开关系统用于将通过多个滤波通道110中的一个滤波通道接收的电磁信号传输至频谱分析仪200。在一种实施方式中，输出开关系统由多个第一级开关120和第二级开关130级联构成，如图2中所示。多个滤波通道110可以被分为若干个互不重叠的通道组，每个通道组包括多个滤波通道110中的至少一个滤波通道110，并且每个通道组中的各个滤波通道110都连接至同一第一级开关120。例如，在一种实例中，可以将图2中所示的多通道时分带通滤波器100的16个滤波通道平均划分为4个通道组，每个通道组中的4个滤波通道连接至同一第一级开关120。更具体地，例如，可以将滤波通道110-1、110-2、110-3和110-4连接至第一级开关120-1，将滤波通道110-5、110-6、110-7和110-8连接至第一级开关120-2，将滤波通道110-9、110-10、110-11和110-12连接至第一级开关120-3，并且将滤波通道110-13、110-14、110-15和110-16连接至第一级开关120-4。4个第一级开关120-1、120-2、120-3和120-4又可连接至第二级开关130，第二级开关130与频谱分析仪300相连以将从其中一个第一级开关120选择性接收到的信号传送给频谱分析仪300以进行频谱分析。然而，本领域技术人员可以理解，本公开并不局限于二级级联的输出开关系统，而是可以使用一级开关或者更多级开关来实现输出开关系统。在图2所示实施例中，第一级开关120和第二级开关130中的任一个都可以是单刀四掷(SP4T)开关。SP4T开关可以选用Hittite公司的HMC241ALP3E开关，其主要参数如表2中所示。表2SP4T器件性能参数在测试时，机载发射天线或者机载设备系统处于工作状态，发射出电磁信号。控制系统300例如可以通过控制带通滤波器100内的控制单元来选择将其中一个滤波通道110处于接通状态，并将其余滤波通道处于关闭或隔离状态。在测试通道确定后，和该通道连接的接收天线将接收到的电磁信号传输至与其相连的带通滤波器100的滤波通道110，然后传输至频谱分析仪200和控制系统300。以滤波通道110-1(连接至MB天线)为例，如果测试时控制系统300选择滤波通道110-1处于工作状态，其余滤波通道处于隔离或关闭状态。处于客舱内部的发射天线或者机载系统发出有意或无意的电磁信号，MB天线将接收到的电磁信号通过同轴电缆传输至带通滤波器100的滤波通道110-1的射频输入端，控制系统300发出指令，滤波通道110-1开通，从滤波通道110-1进入的电磁信号经过带通滤波器100内部的前置低噪放大器114被放大，再由通道内滤波器118进行滤波之被传输至SP4T开关120和130，然后输出至测试系统的频谱分析仪200和控制系统300，得到电磁兼容测试数据。滤波通道110-1(MB天线)工作完成后，关闭该滤波通道，并且再依次选择滤波通道110-2、滤波通道110-3、...、滤波通道110-16分别对其进行测试。通过这种方式，可以将不同天线接收的信号在控制系统的控制下分时送入频谱分析仪进行测试。在每个滤波通道采用相应的滤波器进行通道化接收，可以抑制干扰，提高接收灵敏度。在每个滤波通道内设置前置放大器能够降低多通道滤波器的噪声系数。并且将前置放大器通过开关接入通道能够避免大信号阻塞。此外，当接入天线为有源天线时，还需要在输入端增加BiasT电路给天线供电。图3示出了根据本公开的一种实施方式的滤波通道110的示意图。如图3中所示，滤波通道110包括第一开关112、放大器114、第二开关116和通道内滤波器118。第一开关112可以是单刀双掷(SP2T或SPDT)开关，用于接收来自机载天线的电磁信号。在一种实例中，SP2T开关可以包括Hittite公司的HMC284AMS8G芯片，其主要参数如表3中所示。表3SP2T器件性能参数放大器114与第一开关112相连，用于接收来自第一开关112的电磁信号并对其进行功率放大。放大器114可以是低噪声放大器(LNA)。在一种实例中，放大器114包括MINI公司的RAM-8A+芯片和PMA-545G1+芯片，分别覆盖工作频段的低端和高端，其主要参数如表4中所示。表4前置放大器件性能参数型号RAM-8A+PMA-545G1+频率范围DC-1GHz0.4-2.2GHz增益(dB)2831.31dB压缩点12.622.2噪声系数2.61工作电压(电流)3.7V(36mA)5V(158mA)通过利用放大器114，能够降低滤波通道110的噪声系数，通过在放大器114之前放置第一开关112，又能避免大信号阻塞滤波通道110。第二开关116与第一开关112和放大器114相连，用于接收来自第一开关112的电磁信号和来自放大器114的放大后的电磁信号，并且选择性输出其中一个。与第一开关类似，第二开关116也可以是SP2T开关，并且也可以包括如表3中所示的Hittite公司的HMC284AMS8G芯片。通道内滤波器118与第二开关116相连，用于对来自第二开关116的电磁信号进行滤波，并将滤波后的电磁信号传送给输出开关系统。通道内滤波器118是本公开的多通道时分带通滤波器100的核心器件，其决定了各个滤波通道的选择特性。对于不同的滤波通道110，可以采用不同的通道内滤波器118设计。在一种实现中，如果滤波通道110中的一个或多个的工作频率较低，则相应的通道内滤波器118可以采用集总参数电路设计。在一种实现中，如果滤波通道110中的一个或多个的工作频率相对较高，则相应的通道内滤波器118可以采用微带形式设计。在一种实现中，滤波通道110中的一个或多个可以选用EPCOS公司的声表面波滤波器芯片B69812N1587A436。在一种实现中，滤波通道110中的一个和多个也可以被设计为没有通道内滤波器118。例如，在一个实例中，滤波通道110-1至110-7的通道内滤波器118采用集总参数电路设计；滤波通道110-8至110-13的通道内滤波器118采用微带形式设计；滤波通道110-14和110-15选用EPCOS公司的声表面波滤波器芯片B69812N1587A436作为通道内滤波器118；滤波通道110-16没有设计通道内滤波器。对各个滤波通道110(除了滤波通道110-13、110-14和110-15之外)内的通道内滤波器118单独制作了样件进行了测试，表5给出了各个样件的带内最大插损和离中心频率50％带宽处的带外抑制数据。由表5中可以看出，各个滤波器118的带外抑制均满足大于30dB的指标要求。表5各个通道内滤波器的最大带内插损和带外抑制此外，在一种仿真测试中，对各个滤波通道110和用于第一级开关120、第二级开关130的SP4T模块进行了测试，表6中示出了各个滤波通道选通状态下不接入放大器114的通道带内最大插损和接入放大器114的通道带内最小增益，并示出了由这两项结果推出的放大器增益。表6滤波器各通道测试结果可以看出，前置放大器114接入状态下，通带增益均满足大于14dB的设计要求，前置放大器114的增益均满足大于20dB的设计要求；在不接入前置放大器114时，除滤波通道110-10至110-13外其它通道插损均满足小于8dB的设计要求。在这次测试中，滤波通道110-10至110-12在不接入前置放大器114时通道插损超标不超过0.2dB的问题是由于测试中的八通道模块到SP4T模块的所用的定制连接电缆过长，因此可以通过重新定制新的短电缆来解决。滤波通道110-13插损超标1.1dB的问题可以通过在该通道内增加一级放大器来解决。本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本公开。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本公开并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。当前第1页1 2 3