一种新的时延均衡网络设计方法

杨亮 李宏军

摘 要 针对传统时延均衡网络设计方法计算量大，难度大等问题，文章给出了一种用高通和低通滤波器设计时延均衡网络的方法。该方法跳出了传统的格形全通网络设计法，利用删除首末元件后π形高通低通的特性，从电路输入输出阻抗的角度进行分析设计，将其并联形成全通网络。通过产品设计制作，证明该方法正确有效，满足工程应用需求。

关键词 时延均衡网络；滤波器；阻抗匹配；网络分析

中图分类号 TN91 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）213-0114-03

在通信和雷达等系统中，由于信号的信息完全包含在包迹中，为了无畸变传输，除需关心其幅频特性外，还需要关心它的群时延在工作频带内是否恒定，否则会引起信号传输的失真。系统中，很大一部分时延波动来自滤波器，滤波器的选择性和时延波动两个指标是相互矛盾的。为了保证系统的信号传输满足系统要求，常需要加入时延均衡网络使滤波器的带内时延波动尽量小。时延均衡器的时延特性曲线一般是鼓起的馒头状，对原电路进行均衡补偿。

1 新的时延均衡网络的原理

常用的时延均衡电路均为格行全通网络，一般都是从网络函数分析的角度去进行综合和计算，计算量大，步骤繁冗，一般的工程师很难设计出自己需要的时延均衡器。（典型传统时延均衡网络如图1所示）。

在忽略元器件Q值的前提下，时延均衡器在幅频特性上首先是一个定阻全通网络（只改变相位频谱）。下面将从该定阻全通网络的电路阻抗特性进行分析，从而得到一种新的时延均衡器网络。以50Ω系统为例，全通网络若要全通带内实现无反射信号，就要求端口的阻抗Z在通带内实部为50Ω，虚部为0.为方便论述，下面将用导纳来代替阻抗.由Y=1/Z可知，对应的导纳关系如下：

观察高通和低通电路的时延特性曲线可发现，无论高通滤波器还是低通滤波器，在其截止频率处，时延特性都是一个鼓起的包，如果把低通和高通電路并联在一起，形成全通对称网络，其截止频率附近时延特性叠加，可以形成馒头状曲线形状的时延均衡器。

如果将这对原型电路直接并联连接，虽然并联后电路公共端的导纳实部能满足，但是并联后导纳虚部，滤波器与系统阻抗失配，有反射信号存在，不能形成全通网络。下面我们按照图2所示，把低通电路和高通电路输入端的第一个元件去掉，它们的幅频和导纳特性如图3所示。

在去掉一个元件后，我们看到这对电路的幅频特性基本没有变化，3dB截止频率还是原来的频率。导纳的实部基本也没有变化，导纳实部在通带内约0.02，阻带部分基本为0。变化的只有导纳的虚部，并且低通电路的导纳曲线在截止频率处有一个朝向负轴的包，高通电路在截止频率处有一个朝向正轴的包。

假如并联两个去掉元件的电路后，它们导纳的虚部能相消成0，那么从公共端口看过去的网络特性就是没有反射信号的。并联这对去掉元件的电路，观察其公共端的导纳曲线如图4所示。

因此，并联后的电路输入端可以实现全通带内的阻抗50Ω匹配，从而实现无反射的信号传输。对输出端也采用同样的方法实现无反射。这样，把高通和低通输入输出端都去掉一个元件后，并联在一起即可形成定阻全通网络。由滤波器的对称性可知，并联后的电路还是对称的。并联后的全通网络时延特性曲线是鼓起的馒头状，因此可以作为时延均衡器使用。

均衡量大小则可以通过原型电路的节数来控制，节数越多，均衡量越大，但是体积也越大。为减小体积，我们可以巧妙地利用滤波器的选择性和时延波动两个指标相互矛盾这一特性，在原型电路中加入传输零点，形成广义切比雪夫函数滤波器，使滤波器的选择性增强，从而可以有效控制时延均衡量。

2 工程实例

例如我们要设计一个频率在77MHz～127MHz，均衡量在15ns左右的时延均衡器，即可选用7节有一个传输零点的原型电路（图5）。

低通和高通滤波器截止频率选在f0=102MHz，传输零点放在1.2倍截止频率处。去掉原型电路中输入及输出端的第一个元器件，然后将两个电路并联，得到如图6所示的电路拓扑结构。

因为有元器件Q值的影响，直接并联后的低通和高通电路并不能严格3dB交叠，再考虑高通电路有悬空节点的影响，因此需要对电路进行优化。将元器件值带入电路，并用软件进行优化，优化后的元器件值如表1。

选用合适的电感电容进行装配，并对装配出来的均衡器进行调试，所得的实测曲线如图7所示。

由实测曲线可知，在77MHz～127MHz频率范围内时延均衡量为14.7ns，并且在DC-200MHz范围内VSWR≤1.5。将实测曲线的S2P文件带入仿真电路，可得仿真曲线与实测曲线对比，由图8可知，实测曲线与仿真曲线基本吻合，满足工程应用。

3 结论

通过高低通滤波电路缩减元件可以实现一种新的均衡器网络，并可以利用滤波器的节数或者传输零点的位置来控制时延均衡量。通过实例证明，这种方法完全可以应用于时延均衡器的设计，而且设计方法更加直观，不需大量的计算。

参考文献

[1]甘本祓，吴万春.现代微波滤波器的结构与设计[M].北京：科学出版社，1973-1974.

[2]森荣二.LC滤波器设计与制作[M].薛培鼎，译.北京：科学出版社，2007.

[3]黄席椿，高顺泉.滤波器综合法设计原理[M].北京：人民邮电出版社，1978.