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模拟电调滤波器的Q值与带宽的仿真

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发表于 2017-6-6 13:30:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
模拟电调滤波器是通过改变变容二极管的反向偏压,从而获得不同频率滤波器响应曲线,是现代数字通信、调频技术中不可缺少的关键器件,尤其是军用无线电通信系统提高抗干扰能力的优选器件。

其主要参数有频率覆盖范围,3dB相对带宽,矩形系数,中心插损及波动,驻波比,饱和功率,最大输入功率等参数。

在VHF频段,电调滤波器主要有集中参数元件构成,由于一般高频瓷介质电容的Q值较高,对带宽的影响较小。如何设计一个频带够窄的电调滤波器,主要决定于电感的Q值。此文中,通过ADS软件仿真分析了窄带电调滤波器的带宽与电感Q值的关系。

此次仿真为了证明两个问题:
1、电感Q值与带宽关系,带宽有极限值;
2、插损与带宽关系。

一、设计一个基本的串联谐振滤波器电路
假设L6与L7的值无限大,通过公式Q=XL/Rs,可以证明电感Q值无限大。所以,L6与L7值越大,带宽越窄,但同时会导致C5,C7的值非常小,变容二极管的容值最小一般可到0.5pF左右。考虑这一点,L6,L7的电感值取为10uF。调节C5,C7值可以改变滤波器中心频率。
1.jpg


改变参数,使得中心频率为50MHz,当Q值为50时,下表是得到的3dB带宽(单位:KHz),中心频率值(单位:MHz),以及矩形系数(BW20db/BW3dB),相对带宽RBW(%)。

2.jpg


二、考察Q值变化对带宽的影响

在电路中,固定电容与电感的值,即固定中心频率为50MHz,扫描串联电感L6,L7的Q值。
3.png

当中心频率为33MHz时,见下图:
4.png

当中心频率为80M,见下图:
5.png

从仿真结果中可以看到,随着Q的增加,带宽呈指数下降,Q值持续增加,对带宽改变不太明显。同时,上面频率对比中,可以看出,在高频段的相对带宽较低频时要窄。

三、设计一个滤波器,在低频时相对带宽为3%,Q值取值为160,此时在高频时的相对带宽小于2%。而后,固定Q值为160,扫描电容值。见下图,可以看到带宽,相对带宽与频率的关系。可以看到,带宽与频率的关系成线性变化。
6.png

下图是频率变化时,滤波器的中心损耗变化
7.png


四、插损换带宽。

在上述基础上进行电路优化,并联一个电感,如图,相当于对电感进行抽头接地。
8.jpg

9.png


相对带宽降低1%,但是插损增加了10dB,同时矩形系数由原来的10变为4.6。

综上,总结如下:
1、电感Q值增加,滤波器带宽呈现指数下降,而后趋于平缓,继续增加以后不会再使带宽得到明显改善。
2、改变电路结构,可使带宽减小,但同时插损增加,放大器增益足够时,可以考虑。
3、此仿真采用的是两级串联谐振单元,多级串联谐振时,带宽是否减小,插损是否增加,待验证。

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发表于 2018-3-16 11:00:50 | 显示全部楼层
非常实用的滤波器设计指导,基础实用,谢谢分享!
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