電調(diào)濾波器Q值與帶寬分析

龍書能

（廣東省九○九廣播電臺，廣東 珠海 519000）

電調(diào)濾波器Q值與帶寬分析

龍書能

（廣東省九○九廣播電臺，廣東 珠海 519000）

在甚高頻頻段，電調(diào)濾波器的構(gòu)成以集中參數(shù)元件為主。通常情況下，高頻瓷介質(zhì)電容都有較高的Q值，不會對帶寬產(chǎn)生過大的影響，怎樣對一個頻帶夠窄的電調(diào)濾波器進行設(shè)計，電感的Q值起著一定的決定性作用。文章基于電路品質(zhì)因數(shù)（Q值）與匹配帶寬之間的理論關(guān)系，利用ADS軟件對窄帶電調(diào)濾波器的Q值與帶寬進行了仿真分析。

電調(diào)濾波器；Q值；帶寬；關(guān)系

現(xiàn)代通信系統(tǒng)往往需要對大量且復(fù)雜的信號進行處理，以提取出有利用價值的信號，濾波器的設(shè)計有利于這一功能的實現(xiàn)。電調(diào)濾波器的連續(xù)調(diào)諧特征向小型化且高性能的微波射頻前端給予重要技術(shù)支撐，其應(yīng)用可以在極大程度上減小射頻系統(tǒng)的體積，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并且對接收機的靈敏度予以改善。目前，民航通訊系統(tǒng)、無線寬帶接收機、寬帶偵查以及偵聽等等均已對電調(diào)濾波器給予了廣泛的關(guān)注，并且開展了大量的研究工作。

1 電調(diào)濾波器組成

在研究電調(diào)濾波器的組成之前，有必要把握其概念。電調(diào)濾波器其實就是電壓調(diào)諧濾波器，它以改變電壓信號的方式來對濾波器的通帶范圍進行調(diào)節(jié)，功能在于以使用者需要為依據(jù)調(diào)節(jié)濾波器通帶，并且在天線接收到的大量信號中進行有用信號的選取，抑制帶外有可能產(chǎn)生干擾的各種信號，以最終達到信噪比升高的目的。Polozero公司相關(guān)資料表明，電調(diào)濾波器最初是以提高系統(tǒng)靈敏度與抗干擾能力為目的而應(yīng)用在海灣戰(zhàn)爭之中。現(xiàn)如今，其則是作為一種選頻器件被用在通信系統(tǒng)內(nèi)，尤以軍用電子雷達等電子對抗系統(tǒng)為主，這對其帶內(nèi)插入損耗、帶外抑制以及體積等都提出了較為嚴格的要求。其實，電調(diào)濾波器較之總帶寬相同的寬帶濾波器來說有著帶外抑制好、收發(fā)端隔離度高等優(yōu)勢。

以微波腔體電調(diào)濾波器為例，其組成主要包括腔體濾波器、步進電機、驅(qū)動電路以及傳動裝置等幾部分內(nèi)容，具體的組成原理框架如圖1所示。

圖1 電調(diào)濾波器組成原理

對于濾波器來說，帶通濾波器一般以相對帶寬W的大小為依據(jù)來進行劃分，具體如下：當W小于20%時，為窄帶濾波器，當W大于40%時，為寬帶濾波器，當W介于20%與40%之間時，則是中等帶寬濾波器。

2 理論基礎(chǔ)—電路品質(zhì)因數(shù)（Q值）與匹配帶寬的關(guān)系

2.1 串聯(lián)電路Q值與帶寬的關(guān)系

用以表示在串聯(lián)電路中，Q值與帶寬之間存在的關(guān)系。在此電路中，有：

2.2 并聯(lián)電路Q值與帶寬的關(guān)系

在并聯(lián)電路種，Q值與帶寬之間存在的關(guān)系。在此電路中，有：

根據(jù)上述串并聯(lián)電路中的兩個不等式，可以得出以下3個結(jié)論：

（1）電路中的品質(zhì)因數(shù)（Q值）會對匹配帶寬與反射系數(shù)產(chǎn)生限制作用，較寬的匹配帶寬與良好的反射系數(shù)Γ（(ww)同）在的現(xiàn)象是無法實現(xiàn)的；（2）在進行寬帶設(shè)計之時，應(yīng)遵循“保證電路中的所有Q值都比較小”的原則；（3）在進行窄帶設(shè)計之時，應(yīng)遵循“保證電路中至少有一個高Q值存在”的原則。

3 電調(diào)濾波器帶寬與Q值仿真—以窄帶為例

3.1 基本串聯(lián)諧振濾波器電路設(shè)計

在設(shè)計之時本文進行如下假設(shè)：L6與L7的值取無限大，由此可知電感Q值亦無限大。因此，當L6與L7值越來越大之時，帶寬會越來越窄，但與此同時，C5與C7的值也會越來越小，對于變?nèi)荻O管來說，其最小值通常可以達到0.5 pF左右。基于這一點的考慮，將L6與L7的值取為10 μF。通過對C5與C7進行調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對濾波器中心頻率的改變。改變參數(shù)，將中心頻率設(shè)置為50 MHz，若Q值達到50，則可得到如表1所示的各項參數(shù)值，包括3 dB帶寬1790.991 BW、中心頻率50.004 Fc、矩形系數(shù)9.973 SR、相對帶寬3.582 RBW。

3.2 Q值變動對帶寬的影響

在電路中，將電容與電感值固定不變，亦即將中心頻率值固定為50 MHz，這時對串聯(lián)電感中的L6值與L7值進行掃描，結(jié)果如圖2所示。

圖2 中心頻率值為50 MHz時的結(jié)果

若再將中心頻率改變?yōu)?0 MHz，所得的新結(jié)果又會如圖3所示。

圖3 中心頻率為80 MHz時的結(jié)果

根據(jù)以上仿真結(jié)果可知，初期Q值的增加會導(dǎo)致帶寬以指數(shù)形式下降，而若Q值處于持續(xù)增加的狀態(tài)之中，帶寬下降到一定程度之后便不會再出現(xiàn)明顯的變化。與此同時，通過對上述各個頻率進行對比可知，當頻段較高之時，相對帶寬會較窄，而當頻段較低之時，相對帶寬則會較寬。

以上述仿真工作為基礎(chǔ)，本文設(shè)計出一種濾波器，在低頻狀態(tài)下，其相對帶寬為3%，取Q值為160，此時若在高頻狀態(tài)下，其相對帶寬會小于2%。接下來，將Q值固定在160上，對電容值進行掃描可以得出帶寬、相對帶寬及頻率之間的關(guān)系，明顯地，帶寬與頻率之間存在著線性變化的關(guān)系。

4 結(jié)語

電調(diào)濾波器是現(xiàn)代數(shù)字通信及調(diào)頻技術(shù)中不可或缺的一種關(guān)鍵器件，尤其在軍用無線電通信系統(tǒng)中的作用極為明顯，可以對抗干擾能力予以提高。本文在理論研究基礎(chǔ)之上借助ADS軟件仿真分析了窄帶電調(diào)濾波器的帶寬與電感Q值的關(guān)系，得出了隨著電感Q值的增加，濾波器中帶寬會呈指數(shù)下降，繼而趨于平緩，若Q值持續(xù)增加，則不會使帶寬得到明顯改善的結(jié)論。值得一提的是，本文所涉及的仿真采用的是兩級串聯(lián)諧振單元，在多級串聯(lián)或并聯(lián)諧振中Q值增加是否會帶來帶寬的減小尚需更深入的研究工作予以驗證。

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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

龍書能（1964— ），男，廣西貴港，大專，助理工程師；研究方向：無線廣播發(fā)射，數(shù)字音頻。