無線射頻接收機(jī)模擬信道濾波器的選型設(shè)計(jì)

戚龍

摘 要：無線射頻收發(fā)機(jī)目前在社會(huì)生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用。濾波器是射頻系統(tǒng)中不可缺少的部分，具有選信道、濾波高次諧波、抗混頻等功能。該文介紹了射頻接收機(jī)系統(tǒng)中模擬信道濾波器的作用，就模擬信道濾波器及其設(shè)計(jì)原型進(jìn)行了相關(guān)的闡述，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：無線射頻接收機(jī)；濾波器；射頻系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN432 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 射頻接收機(jī)系統(tǒng)中模擬信道濾波器的作用

射頻接收機(jī)是通信系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)主要構(gòu)成部分，它的基本性能要求需要具備大動(dòng)態(tài)的范圍、不高的噪聲系和較好的穩(wěn)定性，以及強(qiáng)大的抗干擾能力。一般而言，它是由模數(shù)字電路與模擬信道2個(gè)部分組成。其中，超外差接收機(jī)是其經(jīng)常應(yīng)用的一類設(shè)備。它有著非常好的性能，自從其問世以來，始終被應(yīng)用在各類通信系統(tǒng)當(dāng)中，被人們接受與認(rèn)可。

2 模擬信道濾波器的低通設(shè)計(jì)原型

模擬信道濾波器是一類頻率選擇工具，按照不一致的頻率響應(yīng)特點(diǎn)，模擬信號(hào)當(dāng)中的Filter能夠分成4類，即低通、高通、帶通及帶阻Filter。Filter的主要參數(shù)有中心頻率、帶外抑制、帶寬、矩形系數(shù)、信道延遲、插入損耗等。

中心頻率是指Filter工作頻率帶寬的中心頻率，工作帶寬指可以通過的信號(hào)頻率范疇，帶內(nèi)的插入損耗反映了信號(hào)通過Filter之后的功率損耗情況，矩形系數(shù)是指阻帶的帶寬和Filter工作帶寬的比例數(shù)值。帶外抑制反映了Filter抑制無須即將到來的信號(hào)能力。信道延遲指的是在通過Filter之后的通帶信號(hào)的延遲時(shí)間。

Filter的設(shè)計(jì)，是以總元件參數(shù)的低通原型Filter為基礎(chǔ)。其余類型的Filter能夠依據(jù)低通原型的特質(zhì)，完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。經(jīng)常使用的低通Filter原型有平坦測試、車比雪夫Filter（Chebyshev）以及橢圓函數(shù)等。Chebyshev原型，有著相對較高的帶外抑制及簡單的構(gòu)造，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到微波帶Filter當(dāng)中。

如圖1所示是電感輸入式的低通Filter原型的電路接收示意圖。除此之外，還有一類電容輸入式低通Filter原型與該原型互為對偶。這一低通Filter樣機(jī)經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換能夠變成高通、帶通及帶阻Filter。

3 常用的模擬信道濾波器

當(dāng)前，在射頻接收機(jī)之中，常常會(huì)用到的模擬通道Filter有LC Filter、微帶線Filter、同軸Filter、介質(zhì)Filter、波導(dǎo)Filter、聲學(xué)計(jì)Filter等。

3.1 LC濾波器

LC Filter的構(gòu)成分為電容及電感2類，在對的低通濾波原型的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，對構(gòu)成的頻率器件的樣式進(jìn)行選擇。在射頻雷達(dá)接收機(jī)中，它有著較大的應(yīng)用范圍，主要是由于該Filter的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對簡便，而且造價(jià)的成本投入也非常低。

3.2 微帶線濾波器

微帶線Filter指通過變換高低阻抗，將其光刻為指定的外觀，進(jìn)而對Filter特性進(jìn)行選擇。該類Filter有著較輕的重量與非常高的可靠性，并且它制造成本十分低廉，通過改變介質(zhì)基礎(chǔ)板材的介電常數(shù)，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于極寬的頻帶上。此外，它容易與具有其他功能性的電路進(jìn)行集成，是以在微波混合集成電路中的應(yīng)用比較廣泛。因?yàn)槲Ь€Filter呈現(xiàn)為開放式的電路場分布，所以微帶諧振器的阻值較低，而且插損相對較高。

3.3 同軸濾波器

同軸Filter的實(shí)現(xiàn)依靠1/2短路及1/4開路等效LCR諧振電路。其結(jié)構(gòu)相對靈活。依據(jù)腔體的構(gòu)成，能夠分成方形腔及標(biāo)準(zhǔn)同軸等。這一同軸Filter的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。即穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、較小的溫度畸變系數(shù)與插入損耗、較大的功率容量以及較高的帶外抑制等。其可以用于窄帶信號(hào)的濾波中，象移動(dòng)通信。但是將其用在10 GHz的高頻信號(hào)濾波時(shí)，因?yàn)樾盘?hào)的波長不大，所以對同軸Filter的加工精度就有著極高的要求，導(dǎo)致其實(shí)現(xiàn)難度變大，而且成本投入非常高。

3.4 介質(zhì)濾波器

介質(zhì)Filter又稱為介質(zhì)諧振器Filter，其頻率覆蓋范圍極寬， 有著較大的功率容量、較高的帶外抑制與矩形系數(shù)等，尤其適合在微波通信與電解加工的預(yù)選機(jī)中使用。然而其較大的體積以及較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，都使其與其他功能電路集成時(shí)具有一定的難度與困擾。它是由眾多的介質(zhì)諧振腔，裝備在微帶基板上構(gòu)成。

3.5 波導(dǎo)濾波器

波導(dǎo)Filter能夠被當(dāng)作是一類微帶Filter，其功率容量極大，Q值極高，帶內(nèi)的插損極小，尤其適用于窄帶濾波。該Filter有著較大的體積，很難在1GHz頻段之下完成，所以其基本上都在超過1GHz的微波多工器中使用。

3.6 其他新興種類的濾波器

隨著基礎(chǔ)材料工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)ilter的構(gòu)成與樣式愈加多樣化，象LTCC、MEMS、FBRA Filter等，部分尚處于研究制造的階段，有一部分的性能指標(biāo)已經(jīng)超過之前的Filter。未來射頻接收機(jī)的發(fā)展趨勢將是以“小”為主，而通信系統(tǒng)的頻率資源也會(huì)更加匱乏，所以具備較高性能的Filter會(huì)得到大部分受眾群體的認(rèn)可。

4 結(jié)論

綜上所述，F(xiàn)ilter在數(shù)字信號(hào)處理中具有重要作用，為了滿足射頻芯片低成本和高性能的要求，F(xiàn)ilter的設(shè)計(jì)十分重要。該研究做對相關(guān)的設(shè)計(jì)選型工作具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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