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摘 要：针对实际工程应用中L频段接收或发射信道有较高的选频滤波要求，加之设备小型化要求中有严格的体积限制，不能使用宽带滤波器和较大体积的滤波器，采用电调滤波器是一个不错的选择。然而传统电调滤波器采用的谐振电路中的电感在L频段使用时，会出现很多问题，影响产品性能。本文就针对这一问题，提出了一种同轴介质谐振器型电调滤波器，并采用ADS（Advanced Design System）进行了研发初期的仿真分析，大大提高了产品质量和研发效率。
关键词：电调滤波器;同轴介质谐振器;ADS;L频段;EDA设计
1 引言
电调滤波器在通信系统中具有重要的地位，广泛应用于电台通信、测量测绘、雷达技术以及电子对抗技术等领域，提高发射和接收相关性能指标。在射频发射信道或接收信道中，需要在射频信号放大前进行选频滤波，抑制干扰、杂散、交调等无用信号，防止这些无用信号被后级的放大器放大，影响设备整体性能。电调滤波器是通过动态可调整的电压对滤波器的选通频点进行动态选择，并有体积小、选择性较高的特点。
本文涉及的是一种应用在L频段的电调滤波器。频率较低时电调滤波器一般是由n组电感线圈、变容二极管和高Q电容组成的调谐回路组成，利用改变变容二极管的反向偏置电压来控制带通滤波器的选通频率，来实现信道中选通有用信号、衰减带外无用信号的作用。由于在L频段应用普通电感线圈会因为电感Q值不高的特性而影响电调滤波器整体指标，进而不能达到通信设备对信道的指标要求，造成接收灵敏度降低，发射杂散抑制指标不达标等问题。
ADS软件是美国Agilent公司推出的电路和系统分析软件，可实现包括时域和频域、线性和非线性、模拟和数字、器件级和系统级等多方面仿真，解决了射频电路设计领域困扰设计工程师的大多数问题，是一款强大的射频电路设计与仿真工具软件。本文将采用ADS（Advanced Design System）辅助设计软件，对一款L频段同轴介质谐振器型电调滤波器进行仿真应分析旨在提供一种利用ADS仿真软件进行高频段同轴介质谐振器型电调滤波器设计的思路和方法，从而减少设计迭代，提高设计速度。
2 电调滤波器设计思路
本文电调滤波器工作在L频段，不采用传统的电感和电容作为谐振器件，而是采用同轴介质谐振器，它的等效电路如图1所示。同轴介质谐振器应用大多是VCO、固定滤波器等。由于同轴介质谐振器本身Q值较高，所以配合变容二极管组成的电调滤波器的选择性、插入损耗等指标较优。电调滤波器根据组成它的谐振器组的个数，可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、多调谐滤波器等。根据工程设计实际需要和系统的指标要求，可对电调滤波器的谐振器组个数进行确定。谐振器多了，选频性能会更好，但会带来更大的插入损耗和调试难度。
本文涉及的同轴介质谐振器型电调滤波器形式如图2所示，包括由电容、二极管、同轴介质谐振器组成的谐振回路1、谐振回路2、¨¨¨谐振回路n，它们之间采用串联形式连接在一起，射频信号从谐振回路1一端输入，从谐振回路n一端输出。变容二极管的选择应根据滤波器仿真，选择合适的变容范围，并尽量选择Q值较高的变容二极管。当然，在选择变容二极管时，不一定能选择到很合适的变容值，此时应该通过串并联电容、串并联多个变容管的形式来进行合理调整。
本文涉及的L频段同轴介质谐振器型电调滤波器分为三段进行设计。每段对应的不同的调谐回路器件参数。最终的L频段电调滤波器形式如图3所示，其中包括开关K1、开关K2、介质谐振器型电调滤波器BPF1、介质谐振器型电调滤波器BPF2、介质谐振器型电调滤波器BPF3。开关建议选择该频段IC型电子开关以提高切换速度。发射信道应用时注意IC型电子开关的功率容量。
3 電调滤波器设计仿真
本文设计的L频段滤波器的指标是：
（1）对频段的划分是1GHz～1.42GHz、1.42GHz～1.7GHz和1.7GHz～2GHz;
（2）输入输出阻抗为50欧姆;
（3）插入损耗设计值为不大于4dB;
（4）3dB带宽≥8%;
（5）矩形系数（30dB：3dB）≤7.5。
这里我们只选取1.42GHz～1.7GHz进行仿真，ADS仿真图见图4所示。其它波段同理。
本设计选用的是介电常数为90的同轴介质谐振器，尺寸、参数如图4中所示。C6～C8三个电容是可调整电容，用来等效图2中各谐振回路中变容二极管和固定电容所组成的联合到地电容。这里给出1.42GHz的仿真结果，如图5所示指标满足设计要求。改变C6～C8电容值，在减小它们时，带通滤波器的通带频率会上移，最后调整到1.7GHz。
这里需要指出的是，在实际调整变容二极管的反向偏置电压时，电压调整和滤波器中心频率并不是呈现线性变化的，实际工程实现时，利用存储芯片对不同选通频点所对应的三路电压进行存储，根据设备实际的选频需要，调取不同的电压，控制滤波器的选频特性。
4 设计总结
经过对电调滤波器工程实物的测试，指标满足滤波器设计要求，指标达标。本文通过同轴介质谐振器型电调滤波器的实际应用对滤波器的设计思路进行了讲解，并给出了采用同轴介质谐振器这种器件设计的三调谐电调滤波器原理图，同时也给出了ADS仿真设计方法和仿真结果。另外需要指出的是在进行L频段或更高频滤波器设计中，印制板所带来的寄生参数对滤波器性能指标影响较大，应对电调滤波器进行板级仿真，减少设计迭代。
参考文献
[1]张忠祥，陈畅，吴先良.新型TM模介质谐振器及其小型化应用[J].合肥工业大学学报，2011，第34卷-4期
[2]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例[M].电子工业出版社，2012
关键词：电调滤波器;同轴介质谐振器;ADS;L频段;EDA设计
1 引言
电调滤波器在通信系统中具有重要的地位，广泛应用于电台通信、测量测绘、雷达技术以及电子对抗技术等领域，提高发射和接收相关性能指标。在射频发射信道或接收信道中，需要在射频信号放大前进行选频滤波，抑制干扰、杂散、交调等无用信号，防止这些无用信号被后级的放大器放大，影响设备整体性能。电调滤波器是通过动态可调整的电压对滤波器的选通频点进行动态选择，并有体积小、选择性较高的特点。
本文涉及的是一种应用在L频段的电调滤波器。频率较低时电调滤波器一般是由n组电感线圈、变容二极管和高Q电容组成的调谐回路组成，利用改变变容二极管的反向偏置电压来控制带通滤波器的选通频率，来实现信道中选通有用信号、衰减带外无用信号的作用。由于在L频段应用普通电感线圈会因为电感Q值不高的特性而影响电调滤波器整体指标，进而不能达到通信设备对信道的指标要求，造成接收灵敏度降低，发射杂散抑制指标不达标等问题。
ADS软件是美国Agilent公司推出的电路和系统分析软件，可实现包括时域和频域、线性和非线性、模拟和数字、器件级和系统级等多方面仿真，解决了射频电路设计领域困扰设计工程师的大多数问题，是一款强大的射频电路设计与仿真工具软件。本文将采用ADS（Advanced Design System）辅助设计软件，对一款L频段同轴介质谐振器型电调滤波器进行仿真应分析旨在提供一种利用ADS仿真软件进行高频段同轴介质谐振器型电调滤波器设计的思路和方法，从而减少设计迭代，提高设计速度。
2 电调滤波器设计思路
本文电调滤波器工作在L频段，不采用传统的电感和电容作为谐振器件，而是采用同轴介质谐振器，它的等效电路如图1所示。同轴介质谐振器应用大多是VCO、固定滤波器等。由于同轴介质谐振器本身Q值较高，所以配合变容二极管组成的电调滤波器的选择性、插入损耗等指标较优。电调滤波器根据组成它的谐振器组的个数，可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、多调谐滤波器等。根据工程设计实际需要和系统的指标要求，可对电调滤波器的谐振器组个数进行确定。谐振器多了，选频性能会更好，但会带来更大的插入损耗和调试难度。
本文涉及的同轴介质谐振器型电调滤波器形式如图2所示，包括由电容、二极管、同轴介质谐振器组成的谐振回路1、谐振回路2、¨¨¨谐振回路n，它们之间采用串联形式连接在一起，射频信号从谐振回路1一端输入，从谐振回路n一端输出。变容二极管的选择应根据滤波器仿真，选择合适的变容范围，并尽量选择Q值较高的变容二极管。当然，在选择变容二极管时，不一定能选择到很合适的变容值，此时应该通过串并联电容、串并联多个变容管的形式来进行合理调整。
本文涉及的L频段同轴介质谐振器型电调滤波器分为三段进行设计。每段对应的不同的调谐回路器件参数。最终的L频段电调滤波器形式如图3所示，其中包括开关K1、开关K2、介质谐振器型电调滤波器BPF1、介质谐振器型电调滤波器BPF2、介质谐振器型电调滤波器BPF3。开关建议选择该频段IC型电子开关以提高切换速度。发射信道应用时注意IC型电子开关的功率容量。
3 電调滤波器设计仿真
本文设计的L频段滤波器的指标是：
（1）对频段的划分是1GHz～1.42GHz、1.42GHz～1.7GHz和1.7GHz～2GHz;
（2）输入输出阻抗为50欧姆;
（3）插入损耗设计值为不大于4dB;
（4）3dB带宽≥8%;
（5）矩形系数（30dB：3dB）≤7.5。
这里我们只选取1.42GHz～1.7GHz进行仿真，ADS仿真图见图4所示。其它波段同理。
本设计选用的是介电常数为90的同轴介质谐振器，尺寸、参数如图4中所示。C6～C8三个电容是可调整电容，用来等效图2中各谐振回路中变容二极管和固定电容所组成的联合到地电容。这里给出1.42GHz的仿真结果，如图5所示指标满足设计要求。改变C6～C8电容值，在减小它们时，带通滤波器的通带频率会上移，最后调整到1.7GHz。
这里需要指出的是，在实际调整变容二极管的反向偏置电压时，电压调整和滤波器中心频率并不是呈现线性变化的，实际工程实现时，利用存储芯片对不同选通频点所对应的三路电压进行存储，根据设备实际的选频需要，调取不同的电压，控制滤波器的选频特性。
4 设计总结
经过对电调滤波器工程实物的测试，指标满足滤波器设计要求，指标达标。本文通过同轴介质谐振器型电调滤波器的实际应用对滤波器的设计思路进行了讲解，并给出了采用同轴介质谐振器这种器件设计的三调谐电调滤波器原理图，同时也给出了ADS仿真设计方法和仿真结果。另外需要指出的是在进行L频段或更高频滤波器设计中，印制板所带来的寄生参数对滤波器性能指标影响较大，应对电调滤波器进行板级仿真，减少设计迭代。
参考文献
[1]张忠祥，陈畅，吴先良.新型TM模介质谐振器及其小型化应用[J].合肥工业大学学报，2011，第34卷-4期
[2]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例[M].电子工业出版社，2012