小型化电调腔体滤波器研究

【摘要】：无线通讯技术在人类社会中各个领域的应用和高速发展,工作在不同频段的通信系统的长期共存,需要可调谐的射频前端来实现在不同的无线通信系统中的快速切换,电调谐因具备快速调谐的特点,越来越受到人们的重视。近年来随着5G技术的高速发展,信号的频率越来越高,带宽也越来越宽,信号所携带的数据量更大,对滤波器的功率容量和功耗有更高的要求,腔体滤波器因其具有高功率容量和低插损的特点能够很好满足新技术的需要。在城市地区,因为安装空间有限,无线服务提供商需要将不同的功能如多标准,多频带打包到一个站点,这就对滤波器的小型化提出了更高要求。所以对小型化的电调腔体滤波器的研究是极具实用价值的。本文对电调滤波器的多种实现方式进行了调研和分析,从中选择适合应用在腔体滤波器上的方法。并与成熟的微带电调滤波器结构做了对比,分析了两者在可实现调谐功能上的不同,电调腔体滤波器主要实现的是中心频率的调谐。本文设计了两种电调腔体滤波器,并进行了加工和测试。本文的主要的工作为:(1)在电磁仿真软件AWR里分别建立两阶的电耦合,磁耦合以及电磁混合耦合滤波电路,对各自调谐特性进行分析,通过对比发现,采用磁耦合的滤波电路在频率调谐过程中,通带带宽变化最小,通过选择合适磁耦合大小,可以实现滤波器带宽的相对恒定。最后对传统的电调腔体滤波器的谐振单元建立了电路模型,分析影响频率可调谐频带带宽的关键因素,为宽带电调腔体滤波器的设计提供了理论支持。(2)在同轴腔体结构基础上,设计了一款五阶的225MHz~400MHz频率范围内的宽带电调腔体滤波器。采取了让金属螺杆与谐振器直接相连的方法来实现宽频带可调。为了实现滤波器的小型化,首先在矩形体谐振器开路端开矩形窗并在底端一角开切槽,其次在谐振单元开路端向下加载一个L形金属枝节,大大的降低了谐振单元的谐振频率。电调方式采取的是跳频方案,每个谐振单元通过四个PIN开关分别控制四个贴片电容的通断来实现谐振频率分布在多个离散的频率点,所有的电调控制单元全部集成在腔外的PCB板上。最终仿真结果达到了设计目标。(3)在悬置带线金属腔体结构上设计了一款1.1GHz~1.20GHz的五阶电调腔体滤波器。为了拓宽可调谐频率带宽,设计了一种交指结构和平板电容结构复合的过渡结构。在阶梯阻抗谐振器的开路端加载了一个均匀阻抗金属枝节,可以降低谐振频率,以实现滤波器小型化。每个谐振器的谐振频率通过一个加偏压的变容二级管进行调谐。该滤波器的仿真结果和实测结果吻合的较好,达到了设计的指标。