[发明专利]具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的基于变容二极管的平衡式射频电调谐带通滤波器，特别是一种可应用在多频带、宽频带和可重构射频前端系统中的具有带宽控制的平衡式射频电调带通滤波器。

背景技术

电调滤波器是跳扩频通信技术、抗干扰雷达、动态频率分配技术、多功能接收机、杂散发射测量等方面的关键技术之一。自二战以来，电调滤波器一直都是各国研究的热点之一。在这个方面，目前已经有一些研究报道，多种不同的调谐器件也已经被使用，例如半导体变容二极管、射频微机电系统（RF MEMS）电容管以及铁电薄膜材料变容管等。其中半导体变容二极管因其调谐速度快、控制电压和功率消耗低、工艺成熟等优点在可重构系统的设计中得到了广泛的应用。

现代超宽带雷达和无线通信要求采用高性能的可重构射频前端。例如在认知无线电体系中，为了充分利用和融合各种不同的无线信道和标准，射频前端需要工作在不同的频率上，这就需要中心频率可调谐的可重构射频前端。随着近年来雷达和通信技术的快速发展，频谱资源日益拥挤，这些系统往往又同时有着严格的带宽要求和抗干扰能力。根据实际应用环境，当前设计的平衡式射频电调滤波器主要还存在以下问题：

（1）对于大多数调谐滤波器而言，当调谐通带中心频率时，通带的绝对带宽或相对带宽往往呈现无规则的变化，而在很多实际应用中对带宽有一定的要求。因此我们需要在调谐中心频率时候能够控制通带带宽的变化的调谐滤波器。

（2）随着无线系统的发展和广泛应用，周围环境噪声的干扰愈发不容忽略。环境噪声的存在导致滤波器的性能下降，进而影响到射频前端的噪声系数。因此必须采取一些抑制环境噪声的方法。

（3）阻带扩展。随着频谱资源日益拥挤，可能有多种不同频率的微波信号共存于一个空间。因此带通滤波器的带外必须保证较宽的阻带以抑制可能进入的杂波信号。

针对中心频率调谐时进行带宽控制的问题，目前已经提出了一些方法。目前比较常用的有两种：根据“S.J.Park and G.M.Rebeiz，Low-loss two-pole tunable filters with three different predefined band width characteristics，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.56,no.5,pp.1137-1148,May2008.”所提供的分析可知，采用独立的电耦合和磁耦合机制来控制耦合系数的变化，能够实现带宽控制；根据“M.A.ElTanani and G.M.Rebeiz，High performance1.5-2.5GHz RF-MEMS tunable filters for wireless applications，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.58,no.6,pp.1629-1637,Jun.2010.”所提供的分析可知，采用电磁混合耦合机制同样能控制带宽。然而上述所提出的方法都是单端口电路，对于环境噪声的抑制没有显著效果。

平衡结构电路对环境噪声有较好的抑制效果，因此在现代通信系统中平衡电路得到广泛应用。目前大多数的研究集中在阻带扩展、共模抑制、宽通带等方面。根据“J.Shi,and Quan Xue，Balanced Bandpass Filters Using Center-Loaded Half-Wavelength Resonators，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.59,no.10,pp.2452-2460,Oct.2011.”所提供的分析可知，中间加载电容的方式可以吸收共模信号。然而大多数平衡式滤波器的设计都是不可调的，目前只有“Y.C.Li and Quan Xue，Tunable balanced bandpass filter with constant bandwidth and high commonmode suppression，IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.59,no.10,pp.2452-2460,Oct.2011.”一文中提出了一种平衡式可调滤波器。然而文中只实现了恒定绝对带宽控制和恒定相对带宽控制，并未实现其他方式的带宽控制。