一種電調(diào)諧濾波器的設(shè)計改進方法

彭志華，鄒小平

(同方電子科技有限公司，江西九江 332005)

0 引言

隨著電子對抗技術(shù)的不斷發(fā)展，軍用無線電通信對抗干擾的要求越來越高。目前，大多數(shù)接收機均在射頻前端采用了固定帶寬的帶通濾波器組來提高其抗干擾能力［1］，然而，當接收頻率范圍較大時，會導(dǎo)致濾波器數(shù)量的激增，對設(shè)備的成本控制和小型化設(shè)計均帶來不利因素。因此，一種更好的實現(xiàn)方法是采用電調(diào)諧濾波器，通過合理設(shè)計，可以工作在很寬的頻率范圍［2，3］。該濾波器的核心部件為變?nèi)荻O管，通過控制變?nèi)荻O管的反向電壓來改變其電容值，達到改變諧振回路的中心頻率，實現(xiàn)電調(diào)諧跟蹤濾波功能。

1 常規(guī)電調(diào)諧濾波器特性分析

為提高選擇性，電調(diào)諧濾波器通常采用雙調(diào)諧電路形式。電路分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振2種，可通過電容或互感實現(xiàn)耦合。其中，串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振僅是電路形式有別，其原理和功能是相同的，為突出重點，以下僅就電容耦合的并聯(lián)諧振電路進行詳細分析。

1.1 常規(guī)的電容耦合型電調(diào)諧濾波器

圖1是一種典型的采用電容耦合實現(xiàn)的電調(diào)諧濾波器等效電路圖。其中，L1、C1和 L2、C2分別組成諧振回路，CM為耦合電容，實際使用過程中，C1和C2采用變?nèi)荻O管取代。

圖1 電容耦合型雙調(diào)諧等效電路圖

由圖1可知，調(diào)諧回路的耦合系數(shù)為k=CM/，通常情況下，C1=C2，且C1、C2的值遠大于 CM，故 k ≈ CM/C1。

1.2 常規(guī)電容耦合型調(diào)諧濾波器幅頻特性［1］

為簡化分析，并考慮與實際應(yīng)用的符合性，令L1=L2=L，C1=C2=C，G1=G2=G，同時滿足 C ＞＞ CM，根據(jù)基爾霍夫定律，可得到2個節(jié)點的電流方程為［4］:

由于2個回路具有相同的電路參數(shù)，即品質(zhì)因數(shù)Q1=Q2=Q，廣義失諧ξ1=ξ2=ξ，通過合并整理，上述方程可簡化為:

通過上述推導(dǎo)，不難發(fā)現(xiàn)，調(diào)諧回路的耦合因子η是頻率ω的函數(shù)。對照式(1)可知，當η＜1時，電路為弱耦合;當η=1時，電路為臨界耦合;當η＞1時，電路為強耦合。因此，這種電容耦合型調(diào)諧濾波器的缺點是一旦耦合電容CM值固定后，隨著濾波器中心頻率的變化，耦合因子也隨之發(fā)生變化，雙調(diào)諧回路將產(chǎn)生一個從弱耦合到強耦合的變化過程［5］。圖2給出一個設(shè)計實例，當調(diào)諧頻率范圍200～500 MHz，耦合電容按350 MHz優(yōu)化取值，通過ADS建模進行仿真［6］，可以清晰地看到這種影響。

圖2 電容耦合型濾波器調(diào)諧特性

在弱耦合條件下，濾波器的損耗變得很大，而電路處于強耦合時，濾波器的帶內(nèi)波動又變得不可接受，因此它只適合在調(diào)諧范圍較小時使用。

2 電路設(shè)計改進

通過上述分析，可以得知，如何使耦合因子在調(diào)諧振頻率發(fā)生變化的過程中保持一個相對穩(wěn)定的值，是決定濾波器性能的關(guān)鍵因素。為解決這個問題，將調(diào)諧濾波器電路改進為圖3的形式。電路仍采用電容耦合方式，但耦合電容采用變?nèi)荻O管取代，其中，輸入輸出設(shè)計成電感抽頭方式，以提高諧振回路Q值;調(diào)諧用的變?nèi)莨?D1、D2、D3和 D4的偏置電壓由VT1提供，耦合用的變?nèi)莨蹹5和D6上的偏置電壓由VT1和VT2相減獲得，VT1和VT2則由DAC預(yù)置產(chǎn)生。這種改變的好處是非常明顯的，因為耦合電容值可隨工作頻率改變而進行靈活調(diào)整，從而避免了耦合因子變化過大的不足。

圖3 耦合電容可調(diào)整的調(diào)諧濾波器原理圖

在實際使用過程中，為了改善IMD特性，調(diào)諧用的變?nèi)荻O管可由多個具有不同指數(shù)特性的二極管并聯(lián)組成［7-8］，這是一個有趣的事實，許多文章對此已有論述，這里不再討論。通過ADS建模仿真，在200～500 MHz頻率范圍內(nèi)其調(diào)諧特性如圖4所示?？梢?，當中心頻率調(diào)整時，其通帶帶寬幾乎保持不變，這大大提高了濾波器的選擇性能。

圖4 改進后的濾波器調(diào)諧特性

3 結(jié)束語

電調(diào)諧濾波器由于其高性能和體積小等特點，一直是軍用無線通信的研究熱點之一，同時也是未來軟件無線電實現(xiàn)的關(guān)鍵。使用這種改進后的電路形式，在20～1000 MHz頻率范圍內(nèi)采用分波段的方式成功實現(xiàn)了多倍頻程電調(diào)諧濾波器的研制，并已經(jīng)應(yīng)用在某型超短波監(jiān)測接收機中，實際測量與仿真結(jié)果具有較好的一致性。另外，其優(yōu)秀的通帶特性滿足對濾波器帶寬要求較高的環(huán)境下使用。

［1］林肖輝.提高接收機無虛假響應(yīng)動態(tài)范圍的研究［J］.無線電通信技術(shù)，2009，35(3):49-51.

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