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

電調濾波器；Q值；帶寬；關系

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

1 電調濾波器組成

在研究電調濾波器的組成之前，有必要把握其概念。電調濾波器其實就是電壓調諧濾波器，它以改變電壓信號的方式來對濾波器的通帶范圍進行調節，功能在于以使用者需要為依據調節濾波器通帶，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公司相關資料表明，電調濾波器最初是以提高系統靈敏度與抗干擾能力為目的而應用在海灣戰爭之中。現如今，其則是作為一種選頻器件被用在通信系統內，尤以軍用電子雷達等電子對抗系統為主，這對其帶內插入損耗、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、收發端隔離度高等優勢。

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

圖1 電調濾波器組成原理

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—電路品質因數（Q值）與匹配帶寬的關系

2.1 串聯電路Q值與帶寬的關系

用以表示在串聯電路中，Q值與帶寬之間存在的關系。在此電路中，有：

2.2 并聯電路Q值與帶寬的關系

在并聯電路種，Q值與帶寬之間存在的關系。在此電路中，有：

根據上述串并聯電路中的兩個不等式，可以得出以下3個結論：

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

3 電調濾波器帶寬與Q值仿真—以窄帶為例

3.1 基本串聯諧振濾波器電路設計

在設計之時本文進行如下假設：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，對于變容二極管來說，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進行調節，可以實現對濾波器中心頻率的改變。改變參數，將中心頻率設置為50 MHz，若Q值達到50，則可得到如表1所示的各項參數值，包括3 dB帶寬1790.991 BW、中心頻率50.004 Fc、矩形系數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，這時對串聯電感中的L6值與L7值進行掃描，結果如圖2所示。

圖2 中心頻率值為50 MHz時的結果

若再將中心頻率改變為80 MHz，所得的新結果又會如圖3所示。

圖3 中心頻率為80 MHz時的結果

根據以上仿真結果可知，初期Q值的增加會導致帶寬以指數形式下降，而若Q值處于持續增加的狀態之中，帶寬下降到一定程度之后便不會再出現明顯的變化。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，本文設計出一種濾波器，在低頻狀態下，其相對帶寬為3%，取Q值為160，此時若在高頻狀態下，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系，明顯地，帶寬與頻率之間存在著線性變化的關系。

4 結語

電調濾波器是現代數字通信及調頻技術中不可或缺的一種關鍵器件，尤其在軍用無線電通信系統中的作用極為明顯，可以對抗干擾能力予以提高。本文在理論研究基礎之上借助ADS軟件仿真分析了窄帶電調濾波器的帶寬與電感Q值的關系，得出了隨著電感Q值的增加，濾波器中帶寬會呈指數下降，繼而趨于平緩，若Q值持續增加，則不會使帶寬得到明顯改善的結論。值得一提的是，本文所涉及的仿真采用的是兩級串聯諧振單元，在多級串聯或并聯諧振中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。

[1]周瑾.一種變容管電調濾波器簡介[J].科技創業家，2012（16）：75.

[2]趙寶林.高線性小型化寬調諧電調濾波器研究[D].成都：電子科技大學，2014.

[3]衷潔，韓軍.電調濾波器自動校頻技術[J].無線電工程，2013（1）：56-59.

[4]雷瑤.寬調諧高線性電調濾波器的研究[D].成都：電子科技大學，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

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