电调滤波器Q值与带宽分析

龙书能

（广东省九○九广播电台，广东 珠海 519000）

电调滤波器Q值与带宽分析

龙书能

（广东省九○九广播电台，广东 珠海 519000）

在甚高频频段，电调滤波器的构成以集中参数元件为主。通常情况下，高频瓷介质电容都有较高的Q值，不会对带宽产生过大的影响，怎样对一个频带够窄的电调滤波器进行设计，电感的Q值起着一定的决定性作用。文章基于电路品质因数（Q值）与匹配带宽之间的理论关系，利用ADS软件对窄带电调滤波器的Q值与带宽进行了仿真分析。

电调滤波器；Q值；带宽；关系

现代通信系统往往需要对大量且复杂的信号进行处理，以提取出有利用价值的信号，滤波器的设计有利于这一功能的实现。电调滤波器的连续调谐特征向小型化且高性能的微波射频前端给予重要技术支撑，其应用可以在极大程度上减小射频系统的体积，提高系统的抗干扰能力，并且对接收机的灵敏度予以改善。目前，民航通讯系统、无线宽带接收机、宽带侦查以及侦听等等均已对电调滤波器给予了广泛的关注，并且开展了大量的研究工作。

1 电调滤波器组成

在研究电调滤波器的组成之前，有必要把握其概念。电调滤波器其实就是电压调谐滤波器，它以改变电压信号的方式来对滤波器的通带范围进行调节，功能在于以使用者需要为依据调节滤波器通带，并且在天线接收到的大量信号中进行有用信号的选取，抑制带外有可能产生干扰的各种信号，以最终达到信噪比升高的目的。Polozero公司相关资料表明，电调滤波器最初是以提高系统灵敏度与抗干扰能力为目的而应用在海湾战争之中。现如今，其则是作为一种选频器件被用在通信系统内，尤以军用电子雷达等电子对抗系统为主，这对其带内插入损耗、带外抑制以及体积等都提出了较为严格的要求。其实，电调滤波器较之总带宽相同的宽带滤波器来说有着带外抑制好、收发端隔离度高等优势。

以微波腔体电调滤波器为例，其组成主要包括腔体滤波器、步进电机、驱动电路以及传动装置等几部分内容，具体的组成原理框架如图1所示。

图1 电调滤波器组成原理

对于滤波器来说，带通滤波器一般以相对带宽W的大小为依据来进行划分，具体如下：当W小于20%时，为窄带滤波器，当W大于40%时，为宽带滤波器，当W介于20%与40%之间时，则是中等带宽滤波器。

2 理论基础—电路品质因数（Q值）与匹配带宽的关系

2.1 串联电路Q值与带宽的关系

用以表示在串联电路中，Q值与带宽之间存在的关系。在此电路中，有：

2.2 并联电路Q值与带宽的关系

在并联电路种，Q值与带宽之间存在的关系。在此电路中，有：

根据上述串并联电路中的两个不等式，可以得出以下3个结论：

（1）电路中的品质因数（Q值）会对匹配带宽与反射系数产生限制作用，较宽的匹配带宽与良好的反射系数Γ（(ww)同）在的现象是无法实现的；（2）在进行宽带设计之时，应遵循“保证电路中的所有Q值都比较小”的原则；（3）在进行窄带设计之时，应遵循“保证电路中至少有一个高Q值存在”的原则。

3 电调滤波器带宽与Q值仿真—以窄带为例

3.1 基本串联谐振滤波器电路设计

在设计之时本文进行如下假设：L6与L7的值取无限大，由此可知电感Q值亦无限大。因此，当L6与L7值越来越大之时，带宽会越来越窄，但与此同时，C5与C7的值也会越来越小，对于变容二极管来说，其最小值通常可以达到0.5 pF左右。基于这一点的考虑，将L6与L7的值取为10 μF。通过对C5与C7进行调节，可以实现对滤波器中心频率的改变。改变参数，将中心频率设置为50 MHz，若Q值达到50，则可得到如表1所示的各项参数值，包括3 dB带宽1790.991 BW、中心频率50.004 Fc、矩形系数9.973 SR、相对带宽3.582 RBW。

3.2 Q值变动对带宽的影响

在电路中，将电容与电感值固定不变，亦即将中心频率值固定为50 MHz，这时对串联电感中的L6值与L7值进行扫描，结果如图2所示。

图2 中心频率值为50 MHz时的结果

若再将中心频率改变为80 MHz，所得的新结果又会如图3所示。

图3 中心频率为80 MHz时的结果

根据以上仿真结果可知，初期Q值的增加会导致带宽以指数形式下降，而若Q值处于持续增加的状态之中，带宽下降到一定程度之后便不会再出现明显的变化。与此同时，通过对上述各个频率进行对比可知，当频段较高之时，相对带宽会较窄，而当频段较低之时，相对带宽则会较宽。

以上述仿真工作为基础，本文设计出一种滤波器，在低频状态下，其相对带宽为3%，取Q值为160，此时若在高频状态下，其相对带宽会小于2%。接下来，将Q值固定在160上，对电容值进行扫描可以得出带宽、相对带宽及频率之间的关系，明显地，带宽与频率之间存在着线性变化的关系。

4 结语

电调滤波器是现代数字通信及调频技术中不可或缺的一种关键器件，尤其在军用无线电通信系统中的作用极为明显，可以对抗干扰能力予以提高。本文在理论研究基础之上借助ADS软件仿真分析了窄带电调滤波器的带宽与电感Q值的关系，得出了随着电感Q值的增加，滤波器中带宽会呈指数下降，继而趋于平缓，若Q值持续增加，则不会使带宽得到明显改善的结论。值得一提的是，本文所涉及的仿真采用的是两级串联谐振单元，在多级串联或并联谐振中Q值增加是否会带来带宽的减小尚需更深入的研究工作予以验证。

[1]周瑾.一种变容管电调滤波器简介[J].科技创业家，2012（16）：75.

[2]赵宝林.高线性小型化宽调谐电调滤波器研究[D].成都：电子科技大学，2014.

[3]衷洁，韩军.电调滤波器自动校频技术[J].无线电工程，2013（1）：56-59.

[4]雷瑶.宽调谐高线性电调滤波器的研究[D].成都：电子科技大学，2011.

Q-factor and bandwidth analysis of electrically tunable filter

Long Shuneng
（Nine-Zero-Nine Radio Stations in Guangdong Province, Zhuhai 519000, China）

The tunable filter is mainly constituted of lumped-parameter element in the VHF frequency band. Most often, high frequency ceramic dielectric capacitor has high Q-factor, which may not make a great influence of bandwidth. How to design a narrow band electrically tunable filter is determined by the Q-factor. The paper makes a simulated analysis on electrically tunable filter’s Q-factor and bandwidth by ADS on the theoretical basis of relationships between them.

electrically tunable filter; Q-factor; bandwidth; relationship

龙书能（1964— ），男，广西贵港，大专，助理工程师；研究方向：无线广播发射，数字音频。