1 引 言

　　通信對抗系統(tǒng)需要在復(fù)雜的信息環(huán)境下實現(xiàn)對信號的處理,，需要濾波器實現(xiàn)信號的選擇，濾波器主要應(yīng)用于分離信號,、抑制干擾,，這是濾波器最廣泛和最基本的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中,，他使所需要頻率的信號順利通過,，對不需要的頻率產(chǎn)生抑制。當(dāng)前的通信系統(tǒng)隨著實際的需要,，要求濾波器低插損,、低帶內(nèi)波動、高信號選擇性,，同時體積盡可能小,，以滿足靈敏度和動態(tài)范圍的要求。電調(diào)濾波器具有體積小,、工作頻帶寬的優(yōu)點,，可很好地抑制二階組合信號，有著廣闊的應(yīng)用前景,。

　　本文利用微波電路CAD設(shè)計軟件,，結(jié)合可靠的設(shè)計理論來進(jìn)行電路設(shè)計，可以避開復(fù)雜的理論計算,，極大地提高設(shè)計準(zhǔn)確性和效率,，有效縮短研制周期，降低成本,。Agilent公司的ADS軟件由于其強(qiáng)大的功能而廣泛應(yīng)用于射頻微波電路的仿真和優(yōu)化設(shè)計,。

2 理論分析

　　100～250 MHz的電調(diào)濾波器可采用LC電調(diào)諧振濾器設(shè)計方法，改變變?nèi)荻O管的可調(diào)電容進(jìn)行電調(diào)濾波,，根據(jù)帶寬,，插入損耗，幅度一致性的綜合要求對濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,。

　　LC電調(diào)諧濾波器實際上就是同步調(diào)諧濾波器,，他由若干個中心頻率調(diào)諧于W0的并聯(lián)諧振回路組成之所以用并聯(lián)形式，由于串聯(lián)時偏置回路復(fù)雜,，至少需要一個電阻且電感的雜散電容不易被吸收,。選擇同步調(diào)諧濾波器的一個關(guān)鍵要素在于這種濾波器能夠以簡單的電路形式實現(xiàn)電調(diào)諧，而其他形式的濾波器并非不能實現(xiàn)電調(diào)諧而是要實現(xiàn)電調(diào)諧的電路較復(fù)雜,，且所需變?nèi)莨芊N類多,，其電特性也極不易同時滿足需要,。設(shè)計LC電調(diào)諧濾波器實際相當(dāng)于設(shè)計諧振放大器，只是這里變?nèi)莨艹蔀殡娐返暮诵摹,，F(xiàn)對變?nèi)莨苤C振電路略做討論和分析,。

2.1 變?nèi)荻O管諧振回路

　　圖1和圖2給出2種基本變?nèi)荻O管并聯(lián)諧振回路。

　　在圖1所示電路中,，調(diào)諧電壓通過扼流電感和偏置電阻RB加到變?nèi)莨苌?，串?lián)電容CS使交流電路閉合，同時把變?nèi)莨艿呢?fù)極與并聯(lián)電感隔離開,，從而使調(diào)諧電壓能正確加載,。電路中還并聯(lián)了一個固定電容Cp。放在偏置電阻前的退耦電容容量很大,，相當(dāng)于交流接地,，故在后續(xù)的討論中可不予考慮。對高頻交流信號而言,，偏置電阻和串聯(lián)電容是并聯(lián)的,。通過網(wǎng)絡(luò)變換將其變換到并聯(lián)諧振回路中，該等效并聯(lián)電阻RC為：

　　可見由偏置電阻RB引起的阻性損耗RC是頻率的函數(shù),。如果串聯(lián)電容CS的值不是充分大,，則有可能導(dǎo)致調(diào)諧電路的帶寬和頻率無關(guān)。

　　圖2表明所示為調(diào)諧電壓直接加載到變?nèi)荻O管上時的情況,，此時由偏置電阻RB產(chǎn)生的并聯(lián)損耗電阻可以表示為：

　　該假設(shè)具備一般的代表意義,，因為實際電路中，串聯(lián)電容GS的值取通常取得盡可能大,，而并聯(lián)電容Cp取值則盡量小,。這種電路中，偏置電阻RB的影響要比在圖1所示電路大,。所以一般說來,，圖1比圖2所示電路更為可取。但在希望通過偏置電阻RB增加諧振電路在頻率高端處的衰減時例外,。

2.2 變?nèi)莨苤C振回路中的并聯(lián)和串聯(lián)電容

　　電容通常和變?nèi)荻O管串聯(lián),，為了閉合交流電路，同時考慮到加直流電壓的便利,，一般把變?nèi)莨艿囊欢撕碗娐菲渌糠指糸_,，使調(diào)諧電壓能直接加在二極管上,，串聯(lián)電容CS應(yīng)盡量大以便有效電容變化不受影響,，然而在一些情況下卻不是如此，例如在接收機(jī)的振蕩電路中,，中頻和接收頻率處于同一數(shù)量級時,，串聯(lián)電容的影響必需考慮,。在變?nèi)莨芙Y(jié)電容Ctot串聯(lián)一個電容CS后，調(diào)諧電容值減少為：

　　此時,，調(diào)諧電容的有效Q值增加到(Q是變?nèi)莨艿钠焚|(zhì)因素)

　　有效電容變化比減少為：

　　式(8)中Cmax,，Cmin分別是變?nèi)荻O管的最大結(jié)電容值和最小結(jié)電容值。另一方面,，由于串聯(lián)電容分壓,，加在變?nèi)荻O管上的交流電壓幅度減小，這樣調(diào)諧電壓的下限值變小,，必然是變?nèi)荻O管的最大結(jié)電容Cmax,，可用電容變化比就更高，因此串聯(lián)電容產(chǎn)生的影響要比上式估計值略低,。

　　圖1到圖2所示的并聯(lián)電容Cp總是存在的,。因為電感線圈匝間電容是不可避免的，每個電感均有其自電容,，把這個自電容等效為并聯(lián)的電容Cp,，且認(rèn)為是無耗的，則總的調(diào)諧電容值升高,。如果CS足夠大,，可以忽略他的影響，則得到有效調(diào)諧電容為：

　　由式(11)不難看出,，即使并聯(lián)電容相Cp當(dāng)小,，也能引起有效電容變比的明顯下降。因此設(shè)計電路時就必須使電感的自電容盡可能地小,。

2.3 變?nèi)莨苤C振回路的調(diào)諧范圍

　　考慮圖1所示變?nèi)莨苤C振電路,，不難看出回路的頻率調(diào)諧范圍依賴于變?nèi)莨艿挠行щ娙葑儽群碗娐分胁ⅰ⒋?lián)電容的大小,。

　　經(jīng)過簡單的計算可得到如下調(diào)諧比表達(dá)式：

　在多數(shù)情況下,，串聯(lián)電容取值足夠大，他的影響可以忽略,。上式可以簡化為：

由式(13)可得到要獲得規(guī)定的頻率調(diào)諧范圍時,，諧振電路中所需要變?nèi)莨艿膮?shù)——最大結(jié)電容和最小結(jié)電容比。

2.4 變?nèi)莨苤C振回路的跟蹤

　　一些設(shè)備要求在調(diào)諧時,，2個或多個同時調(diào)諧的電路之間的頻率關(guān)系保持恒定,，即稱之為跟蹤(Tracking)。這要求各變?nèi)莨茉谌我庹{(diào)諧電壓時的偏差均很小,。在要求覆蓋相同的頻率寬度,，但各自的起止頻率不同時。(比如超外差式接收機(jī)中本振和射頻電路就是這樣),，就需要特別留意減小跟蹤誤差,。根據(jù)前述對不同的變?nèi)莨?，可以通過串聯(lián)或并聯(lián)不同的電容來減小跟蹤誤差，其所必須預(yù)先考慮的頻偏可描述為：

電路仿真

　　通常,，電調(diào)諧濾波采用雙極點調(diào)諧濾波,，諧振回路分為串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路，通過電感或電容進(jìn)行耦合,。此電調(diào)濾波器采用的是并聯(lián)諧振回路,，用電感進(jìn)行耦合。在進(jìn)行仿真之前,，需要建立仿真模型和設(shè)計各種參數(shù),。基于以上模型,，利用ADS軟件對電調(diào)濾波器進(jìn)行電路設(shè)計和仿真,。由于系統(tǒng)要求對該電調(diào)濾波器進(jìn)行AGC控制，所以在仿真時加入雙柵FET,。傳輸函數(shù)S21,、頻率范圍設(shè)在10～350 MHz、電容在2.6～39 pF之間變化,，仿真使用的放大器是NE25118,。最終的ADS模型仿真結(jié)果如下面兩組曲線所示。若LC濾波器不使用放大器,，仿真結(jié)果中可以看出濾波器的插損在2～3 dB左右,。

4 試驗結(jié)果及討論

　　仿真后依照仿真的結(jié)果選擇印制板材料FR4，厚度,，設(shè)計PCB微帶線寬高比,，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及裝配時，一定要考慮結(jié)構(gòu)緊湊,、合理,，最后用惠普公司的網(wǎng)絡(luò)分析儀來測試濾波器。

　　元件品質(zhì)因素Q不夠大,，會在截至范圍內(nèi)使頻率響應(yīng)下凹或變圓滑,，有限的Q值也將引起任意阻帶的零點附近的抑制變差，使得濾波器的插入損耗增加,。所以使用Q值較大的變?nèi)荻O管和電感時,，濾波器波形得到明顯改善，但由于實際原因,，測試時用的是國產(chǎn)變?nèi)莨躗TV9800,，Q值較低，所以對波形有一定的影響,。由于考慮到在系統(tǒng)中,，對此電調(diào)濾波器將進(jìn)行AGC控制，即電路自適應(yīng)地調(diào)整信號通道增益的裝置能保證模擬信號不超出模擬器件的線型范圍,，所以項目采用工作頻率在100～1 300 MHz的雙柵FETS888T作為放大器,，由于實際采用的放大器和設(shè)計時用的放大器存在差異，放大倍數(shù)也不相同,，故測試結(jié)果和仿真結(jié)果相比,，得到的S21值不同，且波形也存在一定差異,，這些問題有待進(jìn)一步解決,。圖5，圖6為在各個調(diào)諧電壓(DC)下的測試結(jié)果,。

　　加上不同的直流偏壓時,，變?nèi)荻O管的電容值會發(fā)生改變，單個諧振器的諧振頻率也發(fā)生變化,，濾波器的中心頻率相應(yīng)地發(fā)生移動,，從而實現(xiàn)濾波器的電調(diào)。

　　從測試中可以看出,，調(diào)諧頻率100～250 MHz,，隨著中心頻率的增大，相對帶寬雖略有所增大但變化不大,，都是窄帶濾波器,。在增益方面，放上放大器以后,，100～250 MHz頻段內(nèi)增益在7.5～12 dB之間,，全頻段幅度一致性在4 dB以內(nèi)，帶外抑制大于40 dB,，并具有良好的溫度性能和較小的插入損耗(選用GaAs高Q值的變?nèi)莨芸傻玫竭M(jìn)一步改善),，符合實用要求，也和仿真結(jié)果相符合,。

　　在理論上,，濾波器的波形左右兩邊應(yīng)該是大致對稱的，但在測試結(jié)果中100 MHz左右有一個很陡的衰減是因為放大器的下限工作頻率在100 MHz以上,，所以100 MHz以下的信號沒有得到放大而造成的,。若能采用工作頻率的起始頻率在100 MHz以下的放大器，上圖低頻段的波形將會改善很多,。值得一提的是,，在有源濾波器中選擇放大器時要慎重考慮放大器的直流失調(diào)和擺率限制等問題。

5 結(jié)語

　　電調(diào)濾波器的設(shè)計是一個需要不斷研究并且完善的領(lǐng)域,，設(shè)計中可以看出電調(diào)濾波器調(diào)諧元件的Q值對濾波器的性能影響非常大,，所以采用Q值較高的器件調(diào)諧元件或設(shè)計補(bǔ)償?shù)蚎值的幅度均衡器很有必要,。在采用電壓調(diào)諧時，選用的隔直電容也會參加調(diào)諧,，當(dāng)電調(diào)濾波器指標(biāo)要求較高時,，也應(yīng)該慎重選擇。此電調(diào)濾波器體積小,，只有30 mm×30 mm×15 mm,。其主要性能均達(dá)到設(shè)計要求，且調(diào)試簡單,，穩(wěn)定可靠,，成本低廉，同時也可使小型化系列產(chǎn)品更加完善,。