射频综合一体化系统可重构滤波电路关键技术研究

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随着现代战争数字化程度的提升,具有不同作战目的的射频无线系统大量应用于军事作战平台中,随之产生的系统复杂化、平台隐身性以及电磁兼容等问题亟待解决。于是射频综合一体化系统应运而生,成为解决上述问题的有效途径,它能够将通信、雷达、电子战等多种功能集成在一个射频系统中,可以实现硬件和信息资源的高度共享。对于需要同时实现不同作战任务和覆盖多个工作频段的射频综合一体化系统,通过可重构技术能够在同一射频硬件平台实现多种功能的高度集成和动态配置。这样能够极大地减小系统体积和电磁干扰,同时降低成本。本文以现代射频综合一体化系统为研究背景,对可重构滤波电路关键技术及多种高性能射频可重构滤波电路展开了理论研究、电路分析和实验验证。本论文所研究的内容主要包括以下几个方面:1.提出了一种具有恒定绝对带宽的四阶可重构带通滤波器和一种具有恒定绝对带宽的平衡式可重构滤波器。首先,采用交叉耦合电路拓扑和两对同步调谐的可调谐振器,提出了一种绝对带宽不变的四阶广义切比雪夫可重构滤波器。基于耦合矩阵和低通滤波原型网络的综合理论,对该电路的外部品质因数以及耦合系数随频率变化规律进行了分析,在可调频率范围内实现了恒定绝对带宽性能。通过四阶交叉耦合的电路拓扑在通带两侧产生两个传输零点,改善了阻带抑制并且实现了良好的频率选择性。然后,采用中间加载可变电容的可调谐振器,提出了一种具有良好共模抑制性能并且绝对带宽恒定的平衡式可重构滤波器。通过改变谐振器中可变电容加载位置及馈线末端可变电容大小,能够调节耦合系数和外部品质因数随频率变化趋势,从而在可调频率范围内实现了恒定绝对带宽。2.提出了三种通过准集总元件实现的高性能、小型化可重构滤波电路。采用基于微带线实现的准集总元件,结合低通原型网络滤波器综合技术,实现了三种具有不同频率响应的可重构滤波器。首先,通过级联可重构带阻滤波单元和固定频率低通滤波单元,实现了一种具有高滚降率、宽调谐范围的可重构低通滤波器。该电路通过调节带阻滤波单元的阻带下边沿实现可重构截止频率及高滚降率,采用级联固定频率低通滤波单元的方法,实现可重构低通滤波响应并拓展阻带带宽。然后,提出了一种同时实现频率和带宽可重构性能的高低通级联带通滤波器。基于低通原型网络的综合技术,分别实现了具有广义切比雪夫响应的可重构高通和低通滤波单元。通过对两个滤波单元截止频率的独立调节,级联带通滤波器可以同时实现较宽范围的带宽可重构和频率可重构性能。最后,提出了一种带通-带阻可重构滤波器电路,该电路通过开关切换改变电路拓扑,实现带通-带阻频率响应的变换。3.基于平衡式结构和互补双工结构,结合恒定绝对带宽可重构滤波器技术,实现了多种具有绝对带宽恒定的无反射可重构滤波电路。首先提出了基于平衡式结构和互补双工结构的无反射可重构滤波电路设计理论,该理论适用于任意频率响应的滤波电路设计。为了验证理论分析,提出了一种单通带双端口无反射可重构滤波器、一种单通带输入端无反射可重构滤波器、一种固定频率的双通带双端口无反射滤波器和一种具有通带开关功能的双通带无反射可重构滤波器,以上无反射可重构滤波电路的绝对带宽在频率调谐过程中都能保持恒定。其中,双通带无反射可重构滤波器可以实现单/双通带和全阻带滤波响应的工作状态切换。然后,基于同样的无反射可重构滤波电路技术,提出了一种具有恒定绝对带宽的三端口无反射可重构双工器和一种输入端无反射可重构功分器。通过实验验证了本章提出的无反射可重构滤波电路技术的可行性,该技术可以应用于不同频率响应的无反射固定/可重构滤波电路实现中。
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