中心議題：

• 電調諧LC濾波器的研究與設計
• 了解變容二極管諧振回路

解決方案：

• 可采用LC電調諧振濾器設計方法
• 采用Q值較高的器件調諧元件
• 設計補償低Q值的幅度均衡器

1 引 言

通信對抗係統需要在複雜的信息環境下實現對信號的處理，需要濾波器實現信號的選擇，濾波器主要應用於分離信號、抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)，這(zhe)是(shi)濾(lv)波(bo)器(qi)最(zui)廣(guang)泛(fan)和(he)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)應(ying)用(yong)。在(zai)這(zhe)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)
，他(ta)使(shi)所(suo)需(xu)要(yao)頻(pin)率(lv)的(de)信(xin)號(hao)順(shun)利(li)通(tong)過(guo)，對(dui)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)頻(pin)率(lv)產(chan)生(sheng)抑(yi)製(zhi)。當(dang)前(qian)的(de)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)隨(sui)著(zhe)實(shi)際(ji)的(de)需(xu)要(yao)，要(yao)求(qiu)濾(lv)波(bo)器(qi)低(di)插(cha)損(sun)、低帶內波動、高信號選擇性

，同時體積盡可能小，以滿足靈敏度和動態範圍的要求。電調濾波器具有體積小、工作頻帶寬的優點，可很好地抑製二階組合信號，有著廣闊的應用前景。

本文利用微波電路CADshejiruanjian
，jiehekekaodeshejililunlaijinxingdianlusheji，keyibikaifuzadelilunjisuan，jidaditigaoshejizhunquexinghexiaolv，youxiaosuoduanyanzhizhouqi，jiangdichengben。Agilent公司的ADS軟件由於其強大的功能而廣泛應用於射頻微波電路的仿真和優化設計。

2 理論分析

100～250 MHz的電調濾波器可采用LC電dian調tiao諧xie振zhen濾lv器qi設she計ji方fang法fa，改gai變bian變bian容rong二er極ji管guan的de可ke調tiao電dian容rong進jin行xing電dian調tiao濾lv波bo，根gen據ju帶dai寬kuan，插cha入ru損sun耗hao，幅fu度du一yi致zhi性xing的de綜zong合he要yao求qiu對dui濾lv波bo器qi進jin行xing優you化hua設she計ji。

LC電調諧濾波器實際上就是同步調諧濾波器，他由若幹個中心頻率調諧於W0debinglianxiezhenhuiluzuchengzhisuoyiyongbinglianxingshi，youyuchuanlianshipianzhihuilufuza，zhishaoxuyaoyigedianzuqiediangandezasandianrongbuyibeixishou。xuanzetongbutiaoxielvboqideyigeguanjianyaosuzaiyuzhezhonglvboqinenggouyijiandandedianluxingshishixiandiantiaoxie，erqitaxingshidelvboqibingfeibunengshixiandiantiaoxieershiyaoshixiandiantiaoxiededianlujiaofuza
，qiesuoxubianrongguanzhongleiduo，qidiantexingyejibuyitongshimanzuxuyao。shejiLC電調諧濾波器實際相當於設計諧振放大器，隻是這裏變容管成為電路的核心。現對變容管諧振電路略做討論和分析。

2.1 變容二極管諧振回路

圖1和圖2給出2種基本變容二極管並聯諧振回路。 在圖1所示電路中

，調諧電壓通過扼流電感和偏置電阻RB加到變容管上，串聯電容CS使交流電路閉合，同時把變容管的負極與並聯電感隔離開，從而使調諧電壓能正確加載。電路中還並聯了一個固定電容Cp。放fang在zai偏pian置zhi電dian阻zu前qian的de退tui耦ou電dian容rong容rong量liang很hen大da
，相xiang當dang於yu交jiao流liu接jie地di
，故gu在zai後hou續xu的de討tao論lun中zhong可ke不bu予yu考kao慮lv。對dui高gao頻pin交jiao流liu信xin號hao而er言yan
，偏pian置zhi電dian阻zu和he串chuan聯lian電dian容rong是shi並bing聯lian的de。通tong過guo網wang絡luo變bian換huan將jiang其qi變bian換huan到dao並bing聯lian諧xie振zhen回hui路lu中zhong
，該gai等deng效xiao並bing聯lian電dian阻zuRC為： 可見由偏置電阻RB引起的阻性損耗RC是頻率的函數。如果串聯電容CS的值不是充分大，則有可能導致調諧電路的帶寬和頻率無關。

圖2表明所示為調諧電壓直接加載到變容二極管上時的情況
，此時由偏置電阻RB產生的並聯損耗電阻可以表示為： 該假設具備一般的代表意義
，因為實際電路中
，串聯電容GS的值取通常取得盡可能大
，而並聯電容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。
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2.2 變容管諧振回路中的並聯和串聯電容

電(dian)容(rong)通(tong)常(chang)和(he)變(bian)容(rong)二(er)極(ji)管(guan)串(chuan)聯(lian)
，為(wei)了(le)閉(bi)合(he)交(jiao)流(liu)電(dian)路(lu)
，同(tong)時(shi)考(kao)慮(lv)到(dao)加(jia)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)的(de)便(bian)利(li)，一(yi)般(ban)把(ba)變(bian)容(rong)管(guan)的(de)一(yi)端(duan)和(he)電(dian)路(lu)其(qi)他(ta)部(bu)分(fen)隔(ge)開(kai)，使(shi)調(tiao)諧(xie)電(dian)壓(ya)能(neng)直(zhi)接(jie)加(jia)在(zai)二(er)極(ji)管(guan)上(shang)，串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)CS應(ying)盡(jin)量(liang)大(da)以(yi)便(bian)有(you)效(xiao)電(dian)容(rong)變(bian)化(hua)不(bu)受(shou)影(ying)響(xiang)
，然(ran)而(er)在(zai)一(yi)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)卻(que)不(bu)是(shi)如(ru)此(ci)，例(li)如(ru)在(zai)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)振(zhen)蕩(dang)電(dian)路(lu)中(zhong)
，中(zhong)頻(pin)和(he)接(jie)收(shou)頻(pin)率(lv)處(chu)於(yu)同(tong)一(yi)數(shu)量(liang)級(ji)時(shi)
，串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)必(bi)需(xu)考(kao)慮(lv)。在(zai)變(bian)容(rong)管(guan)結(jie)電(dian)容(rong)Ctot串聯一個電容CS後
，調諧電容值減少為： 此時，調諧電容的有效Q值增加到(Q是變容管的品質因素) 有效電容變化比減少為： 式(8)中Cmax
，Cminfenbieshibianrongerjiguandezuidajiedianrongzhihezuixiaojiedianrongzhi。lingyifangmian
，youyuchuanliandianrongfenya


，jiazaibianrongerjiguanshangdejiaoliudianyafudujianxiao
，zheyangtiaoxiedianyadexiaxianzhibianxiao，biranshibianrongerjiguandezuidajiedianrongCmax，可用電容變化比就更高
，因此串聯電容產生的影響要比上式估計值略低。

圖1到圖2所示的並聯電容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並聯的電容Cp，且認為是無耗的
，則總的調諧電容值升高。如果CS足夠大
，可以忽略他的影響，則得到有效調諧電容為： 由式(11)不難看出，即使並聯電容相Cp當小
，也能引起有效電容變比的明顯下降。因此設計電路時就必須使電感的自電容盡可能地小。

2.3 變容管諧振回路的調諧範圍

考慮圖1所示變容管諧振電路，不難看出回路的頻率調諧範圍依賴於變容管的有效電容變比和電路中並、串聯電容的大小。

經過簡單的計算可得到如下調諧比表達式： 在多數情況下，串聯電容取值足夠大
，他的影響可以忽略。上式可以簡化為： 由式(13)可得到要獲得規定的頻率調諧範圍時，諧振電路中所需要變容管的參數——最大結電容和最小結電容比。

2.4 變容管諧振回路的跟蹤

一些設備要求在調諧時，2個或多個同時調諧的電路之間的頻率關係保持恒定
，即稱之為跟蹤(Tracking)。這要求各變容管在任意調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中本振和射頻電路就是這樣)
，jiuxuyaotebieliuyijianxiaogenzongwucha。genjuqianshuduibutongdebianrongguan，keyitongguochuanlianhuobinglianbutongdedianronglaijianxiaogenzongwucha，qisuobixuyuxiankaolvdepinpiankemiaoshuwei： 3 電路仿真

tongchang，diantiaoxielvbocaiyongshuangjidiantiaoxielvbo，xiezhenhuilufenweichuanlianxiezhenhuiluhebinglianxiezhenhuilu
，tongguodianganhuodianrongjinxingouhe。cidiantiaolvboqicaiyongdeshibinglianxiezhenhuilu，yongdianganjinxingouhe。zaijinxingfangzhenzhiqian，xuyaojianlifangzhenmoxingheshejigezhongcanshu。jiyuyishangmoxing
，liyongADS軟件對電調濾波器進行電路設計和仿真。由於係統要求對該電調濾波器進行AGC控製，所以在仿真時加入雙柵FET。傳輸函數S21
、頻率範圍設在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模型仿真結果如下麵兩組曲線所示。若LC濾波器不使用放大器，仿真結果中可以看出濾波器的插損在2～3 dB左右。

4 試驗結果及討論

仿真後依照仿真的結果選擇印製板材料FR4，厚度，設計PCB微帶線寬高比，在進行結構設計及裝配時，一定要考慮結構緊湊
、合理，最後用惠普公司的網絡分析儀來測試濾波器。

元件品質因素Q不夠大，會在截至範圍內使頻率響應下凹或變圓滑，有限的Q值也將引起任意阻帶的零點附近的抑製變差，使得濾波器的插入損耗增加。所以使用Q值較大的變容二極管和電感時，濾波器波形得到明顯改善，但由於實際原因
，測試時用的是國產變容管ZTV9800，Q值較低
，所以對波形有一定的影響。由於考慮到在係統中，對此電調濾波器將進行AGC控製
，即電路自適應地調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範圍，所以項目采用工作頻率在100～1 300 MHz的雙柵FETS888T作為放大器

，由於實際采用的放大器和設計時用的放大器存在差異，放大倍數也不相同，故測試結果和仿真結果相比
，得到的S21值不同
，且波形也存在一定差異

，這些問題有待進一步解決。圖5，圖6為在各個調諧電壓(DC)下的測試結果。
[page] 加(jia)上(shang)不(bu)同(tong)的(de)直(zhi)流(liu)偏(pian)壓(ya)時(shi)
，變(bian)容(rong)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)會(hui)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)，單(dan)個(ge)諧(xie)振(zhen)器(qi)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)也(ye)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)相(xiang)應(ying)地(di)發(fa)生(sheng)移(yi)動(dong)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)電(dian)調(tiao)。

從測試中可以看出
，調諧頻率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。在增益方麵，放上放大器以後，100～250 MHz頻段內增益在7.5～12 dB之間
，全頻段幅度一致性在4 dB以內

，帶外抑製大於40 dB，並具有良好的溫度性能和較小的插入損耗(選用GaAs高Q值的變容管可得到進一步改善)
，符合實用要求
，也和仿真結果相符合。

在理論上，濾波器的波形左右兩邊應該是大致對稱的，但在測試結果中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 MHzyixiadefangdaqi
，shangtudipinduandeboxingjianghuigaishanhenduo。zhideyitideshi
，zaiyouyuanlvboqizhongxuanzefangdaqishiyaoshenzhongkaolvfangdaqidezhiliushitiaohebailvxianzhidengwenti。

5 結語

電調濾波器的設計是一個需要不斷研究並且完善的領域，設計中可以看出電調濾波器調諧元件的Q值對濾波器的性能影響非常大
，所以采用Q值較高的器件調諧元件或設計補償低Qzhidefudujunhengqihenyoubiyao。zaicaiyongdianyatiaoxieshi
，xuanyongdegezhidianrongyehuicanjiatiaoxie，dangdiantiaolvboqizhibiaoyaoqiujiaogaoshi，yeyinggaishenzhongxuanze。cidiantiaolvboqitijixiao
，zhiyou30 mm×30 mm×15 mm。其主要性能均達到設計要求


，且調試簡單，穩定可靠，成本低廉，同時也可使小型化係列產品更加完善。