目前可调滤波器主要应用在宽带、多通带以及跳频通信系统中,一般作为通信系统前端的重要组成部件。当下,国内外在可调滤波器方面已有很多的发展和成果。包括YIG滤波器、变容二极管滤波器、MEMS 集成可调滤波器等等【14】。64906
YIG,化学名钇铁石榴石,是一种具有多项磁特性的氧化铁合成晶体。YIG调谐滤波器是利用钇铁石榴石单晶小球的铁磁共振原理制成,其调谐原理是通过改变电控偏置磁场的大小而改变谐振频率。YIG滤波器具有Q值高、工作频率范围宽、线性度好、可宽带电调谐等特点,它主要应用于雷达接收机。其缺点就是调谐速度较慢,在几十微秒至数毫秒之间,而且由于其调谐速度受到磁滞效应的影响,难以提高。同时,它对环境温度比较敏感,谐振频率随温度变化而变化。
MEMS集成的可调滤波器应用MEMS集成工艺技术将电容、电感、开关等一些无源器件单片集成而成。正是因为MEMS无源器件在损耗以及体积等方面具有一定的的优势,MEMS滤波器具有低的损耗,小的体积,高的Q值,好的线性度,低成本等优势。MEMS可调滤波器包括于开关的数字可调滤波器和基于可调电容的连续可调滤波器基两种类型。其中,由于受限于MEMS电容的变容比,连续可调滤波器的频率调频范围通常只有5%-15%,因此无法实现频率的大范围调整的要求。
变容管是一种电容随着反向偏压而变的器件。在实现可调滤波器方面,常用的方法是改变谐振器的等效电容从而改变其谐振频率,因而变容管是设计可调滤波器常用的器件。
通过比较发现,YIG器件具有很高的Q值而且可调范围很宽,因而主要应用于宽带电子设备侦察接收、频谱分析、频率合成、自适应干扰、全景接收、无源定位等系统。在密集而又复杂的电磁环境中,YIG调谐带通滤波器扮演了非常重要的角色,用它作为接收机的预选器,配合控制电路完成对信号的跟踪、搜索,完成信号的分析、识别。而RF MEMS具有低损耗、高线性度、大的功率处理能力等特点,因而是较好的可调器件,然而RFMEMS也有不少值得探讨的问题:封装问题,需要大的电压驱动,可靠性问题等。虽然有这些问题,但是对RF MEMS的研究仍是现在非常热的课题,相信不久的将来,性能更好的RF MEMS器件必将走进人们的视野。论文网
由于变容管设计可调滤波器存在功耗低可以平面集成以及成本低等优点。所以综合考虑,在设计可调滤波器中,我们主要是研究利用变容二极管来设计可调滤波器。
通过 IEEE 及万方、维普等数据库检索国内外在可调滤波器方面的研究成果后发现,国际上用变容管设计可调式带通滤波器主要有两种方法:
第一种方法就是在常用的带通滤波器结构中加载变容管,通过改变谐振器的谐振频率,从而实现滤波器的可调【1】-【8】。例如,在常用梳状线滤波器结构中加载变容管即可实现滤波器的中心频率或者是中心频率和传输零点可调【1】-【4】。此类滤波器虽然能够实现中心频率的可调,但是不能满足中心频率可调的同时带宽不变。在文献【6】、【7】中,作者通过在微带开口环滤波器中引入可调器件,从而实现滤波器中心频率的可调。在【8】中,通过使用共面波导带通滤波器加载变容管,从而实现可调滤波器。由于共面波导的信号线和地在同一平面上,所以这种形式的滤波器结构易于实现变容管的加载。总之,这种方法的优点是设计理论简单,设计形式易实现,缺点是所设计的滤波器不能同时满足带宽和中心频率的独立可调。
第二种方法就是利用双模谐振单元的模式独立可控性,通过在微扰处加载可调器件,使这两种模式的谐振频率能独立可调,从而实现可调滤波器的设计【9】-【10】。【9】中用具有双模特性的三角形贴片,引入倒“T”微扰后即可分裂出两种模式,由于引入的微扰能分别影响这两种模式的谐振频率,所以在微扰处引入可调器件,改通过变可调器件容值的大小就可以单独影响一种模式的谐振频率,从而实现了带宽和中心频率的独立可调。这种设计方法的优点是设计原理简单,所设计的滤波器尺寸相对于用单模谐振单元构成的滤波器尺寸小,且能够实现带宽和中心频率的独立可调。且该设计方法是目前国际上的新兴方向,具有很强的前沿性,受到了国内外研究机构的重视。