一种L波段电调微带滤波器的设计

赵智兵，毛光军，刘长明

(国营第七一三厂研究所，江西九江332005)

0 引言

现代无线电监测接收机总体上采用超外差式结构，来自天线的输入信号首先通过前端窄带预选器，其主要作用是降低接收机的总负载并可改善诸如本振再辐射、二阶输入截点、镜频抑制比和中频抑制比等相关技术指标。实际工程应用的预选器通常是一套亚倍频程滤波器组件，通过电子开关，将接收频段分为若干子段达到分段滤波的目的。一般而言，采用固定的开关滤波器组件来覆盖整个接收频段势必需要大量的滤波器，这将带来体积庞大和灵活性差等问题，因此在接收机中应尽可能采用电调谐滤波器，满足其快速调谐的需要。

实现电调谐方式最佳方法就是把变容管作为谐振回路的一部分，通过改变变容管的反向偏置电压控制变容管的容值，从而达到改变谐振频率的目的。随着接收频率的升高，电路分布参数影响变大，采用微带梳状线谐振器加载可变电容的电调谐方式有着插入损耗小、调谐速度快、适合集成和加工简单等优点，适合于超短波频段的使用。

1 设计原理

微带梳状线带通滤波器的单谐振器是由在介质衬底上光刻的一定电长度均匀宽度的导体带条形成，为缩小微带线长度，通常会在该短路到地的微带线的另一端加载集总电容共同组成谐振回路。设微带线的特性阻抗为Z0，几何长度为l，集总电容值为C0则依据传输线理论，可以得到其谐振方程为:

从上式即可以得到谐振器的谐振频率f与所加载的集总电容C0关系为:

因此，微带梳状线带通滤波器的中心频率是由谐振器的电长度、微带线的特性阻抗和所加载的集总电容共同决定，三者之中，通过改变电容值达到调谐滤波器的中心频率最为便捷，其调谐时间仅受变容管偏置电路时间常数所限制。在实际电路设计时，反向调节电压通常可由FPGA自带的DAC产生，从而达到数控的目的。

滤波器采用抽头线馈电的方式，谐振器的耦合是通过相邻谐振器之间的边缘场得到的，间距越小，耦合越强，带宽越宽。由于电容的加载，谐振器实际电长度会减小，因此第一寄生通带离主通带中心频率较远，能够得到宽阻带特性。当把该谐振回路中的集总电容部分采用变容二极管的方式来实现电调谐的时候，变容管的变容比决定着滤波器调谐所可能的覆盖范围，并且实际当中应该有一定的余量;在频率较高的时候，变容管的寄生电阻会降低变容管的Q值，成为制约滤波器插入损耗最主要的因素，变容管的寄生电感会造成滤波器的谐振频率往低端偏移，为此，在进行滤波器综合时，必须要考虑到变容管的寄生参数效应，其中主要包括变容二极管的等效串联电路、引线电感和引线电容等参数。设所需要的调谐频率覆盖范围为［f1，f2］，把可调滤波器退化为固定滤波器进行设计，选定其中心频率为覆盖范围的几何中心，即，谐振器的电长度选择的范围满足20°≤θ0≤45°，根据谐振方程，可得到变容管的电容变化范围为:

2 滤波器的仿真与测试结果

预设计的电调谐滤波器频率范围覆盖［1.5，2.1］GHz，滤波器的选择特性为偏离中心频率10%的地方衰减量大于30 dB，-3 dB相对带宽变化范围为4% ～6%。介质基板材料选用AD255，其介电常数为2.55，基板厚度为1.016 mm，根据调谐频率覆盖范围要求，变容管选择Aeroflex公司的MSV34，075-E28X，设计微带部分时，忽略非相邻耦合器的寄生耦合，利用ADS软件进行电磁仿真，而电调部分则是基于变容管的等效模型进行路的仿真，二者“电路+磁场”联合仿真模型和结果分别如图1和图2所示。

利用Autocad绘制加工版图，可调电压应经一并联电源滤波电路，通过一串联电阻反向偏压在变容上。使用RS公司的ZVA8矢量网络分析仪，所测得的几个典型的反向偏压处的S参数曲线分别如图3所示。

图1 ADS中电调滤波器完整仿真模型

图2 电调滤波器仿真结果

图3 不同反向偏压处的S参数曲线

从测量结果可知，滤波器能够满足调谐范围的要求，整个覆盖范围滤波器的恒定带宽变化较小，滤波器的插入损耗在调谐频率低端较大，在频率高端较小，这个是由于整个谐振器的品质因素是微带线的品质因素和变容管的品质因素共同决定的，变容管的品质因素主要是寄生电阻，而微带线部分的品质因素取决于微带线的电长度，在几何长度一定的情况下，调谐频率越高，电长度越大，整个谐振器的的品质因素也越高。一般而言，在无线电监测接收机的射频前端中，为了降低噪声系数，提高接收灵敏度，对最前端射频器件的噪声性能有较严格的要求。因此，完整的电调谐预选器模块通常采用二级电调滤波器级联，中间增加的一个低噪声放大器，前者可进一步提高接收机的选择特性，而后者用来弥补滤波器带来的插损。

3 结束语

论述了基于微带梳状线电调滤波器的原理与设计方法，分析了变容二极管的寄生参数对电调滤波器带来的影响，利用ADS软件对其进行场路相结合的联合仿真，实测结果表明，该设计方法有良好的参考性和可复制性。平面结构的电调预选器具有可调谐速度快、灵活性好、体积小、加工成品一致性高，对于现代无线电监测接收机的发展具有重要的意义。

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