小型化多模混合集成滤波技术及其可重构射频前端

【摘要】：随着无线通信技术在军民领域的深入应用,无线通信系统正朝着单设备集成多种不同应用的方向发展,多模多频段一体化集成的接收前端是新的发展方向。相较于目前集成多种应用的接收前端和通过开关切换滤波器组实现多模多频段系统的方式,具备宽带与频率连续可调的可重构滤波器能够大幅减小接收前端的尺寸,从而使得可重构接收前端小型化、高集成化成为可能。本文面向传统多模多频段无线通信系统在小型化、高集成化方面的限制,对小型化可重构滤波技术进行研究,并对基于可重构滤波器的可重构接收前端展开研究。在对滤波器、平面传输线谐振器中均匀阻抗谐振器和阶跃阻抗谐振器以及多模谐振器理论研究的基础上,结合集总元件的研究与设计,提出了一种基于集总参数的“星型”结构多模多零点谐振器,研制了一款全集总参数的多模多零点小型化带通滤波器,并采用奇偶模分析法对各元件的初值进行计算。研制的滤波器中心频率为2.6GHz,带宽为1.34GHz,插入损耗为1.6dB,尺寸为3.2mm×1.9mm(0.03λ0 × 0.02λ0),滤波器尺寸小,性能良好,满足小型化高集成度的要求。在完成小型化多模集总带通滤波器的基础上,研究和分析了多种可重构谐振单元的机理和性能,深入剖析了变容二极管的参数和模型。将小型化多模集总带通滤波器与变容二极管结合,研制了一款中心频率和带宽全可重构的滤波器,尺寸仅为5.1mm×4.8mm。通过调节电压,滤波器中心频率能从1.5GHz调节至3.0GHz。在中心频率2.0GHz处,能够实现带宽从300MHz至1.05GHz的调节,相对带宽调谐比为15.0%～52.2%。所研制的可重构滤波器在较小的尺寸下具有良好的性能,为小型化可重构接收前端的设计打下良好的基础。最终,根据研制的小型化中心频率和带宽全可重构滤波器,设计了一款工作在L-S波段的小型化可重构射频接收前端,验证了可重构滤波器的实用性,并分析了可重构滤波器对接收前端中杂散信号抑制的改善情况。