[科普中国]-电调滤波器

电调滤波器/数控跳频滤波器是一种新型的射频带通滤波器.是现代数字通信、跳频技术中不可缺少的关键器件,尤其是军用软件无线电通信系统提高抗干扰能力的优选器件。

主要作用整机使用电调滤波器/数控跳频滤波器后，整机的动态范围，接收机灵敏度，发射机的作用距离都会得到极大的提高。偏离f0的干扰信号被窄带带通滤波器滤除，提高了整机抗干扰能力，滤波器电调或数控跳频速度越快，抗干扰能力越优越。

性能参数高Q变容管，高Q电感，快速调谐、调谐电压1-15V（DC），无需其它电源。

输入电平≤+10dBm；

调谐速度≤60uS；

典型2~3倍频程移动范围，分段覆盖30~1000MHz；

3dB相对带宽5~10%；

矩形系数≤7；

中心插损2~7 dB；

最大驻波比≤2；

各段插损起伏≤2 dB；

双调谐切比雪夫类型响应满足军用工作环境要求：-55℃～+85℃。

最大输入功率：30dBm；

工作温度范围：-55℃~+85℃；

储存温度范围：-65℃~+125℃。

电调滤波器自动校频技术传统的电调滤波器一般采用步进电机带动滤波器调谐杆，通过调谐杆的长度变化来实现频率变化，步进电机的驱动脉冲数与滤波器的频率一一对应，即可实现电调滤波器的频率调谐功能。由于电调滤波器是一种机械传动结构，随着腔体、传动、回零、调谐杆以及温度等的变化，脉冲数与频率对应关系变差，导致通信装备使用故障甚至瘫痪。从电调滤波器的工作原理出发，提出了一套电调滤波器自动校频程序，在通信设备中运行该专用程序，即可实现电调滤波器的频率校准与记忆，从而彻底解决电调滤波器的频率偏移问题。1

电调滤波器组成以微波腔体电调滤波器为例，电调滤波器由腔体滤波器、步进电机、驱动电路和传动装置等部分组成。1

电调滤波器调谐原理根据工作频段、功率容量以及电调滤波器的实现难易程度，腔体选择 λ/4 同轴腔结构，工作频率随着内导体长度的增加，频率由高到低逐渐变化。

内导体的长度与频率成单调一一对应关系，通过改变内导体的长度就可以改变滤波器工作频率。1

电调滤波器自动校频为了能够在更高频率上正常使用电调滤波器，提出了一套自动校频方法，该方法不再依赖脉冲数与频率的对应表格，而是通过现场测试电调滤波器的通带特性，将实时测试的通带特性与实时脉冲数一一对应，通过分析脉冲数在通带内的分布情况，实时驱动步进电机到达滤波器的通带范围，实现电调滤波器的自动校频。1

1、 在 TDD 设备中的自动校频技术：

TDD 设备采用时分双工方式，射频前端采用电调滤波器，当需要进行自动校频时，设备监控执行自动校频。

预置发频率到指定频率，判断频率是否改变，若改变，则将发信机改为该频率单载波波形，功率放大器置于最小输出电平，设备设为射频自环状态，天线口接匹配负载，实时检测接收电平，确定预设电平门限 L( 典型值) 。1

如果是首次开机，则驱动步进电机向归零方向调谐，在此过程中，如果出现超过预设电平门限 L值，则从该时刻开始计数脉冲数，直至再次出现电平门限 L，停止计数。将计数 N 除以 2，反方向驱动电机N /2 脉冲，滤波器调谐完成； 如果只出现一次电平门限 L 值，则从归零点反方向连续发送脉冲信号，出现2 次 L 电平，按照以上算法对准。

如果监控记忆有上次频率值，则计算频率差Δ( 新频率 － 旧频率) ，当 Δ 为负，则向归零方向驱动电机； 当 Δ 为正，则向相反方向驱动电机，在此过程中，如果出现超过预设电平门限 L 值，则从该时刻开始计数脉冲数，直至再次出现电平门限，停止计数。将计数 N 除以 2，反方向驱动电机走 N /2 脉冲，滤波器改频完成。

而后，监控按照逆向操作，回复改频前各个单元的状态，自动校频完成。1

2、 在 FDD 设备中的自动校频技术：

FDD 设备采用时分双工方式，有收发电调滤波器构成双工器，需要分别进行收发电调滤波器的自动校频才能够完成设备频率改变。

与 TDD 设备相比，发电调滤波器自动对准时的流程基本相似； 而收滤波器则需要借助发信机信号作为源，对收滤波器进行自动频率对准，由于收发频率不同，需要采用 FDD 射频自环的移频模块来实现设备监控执行自动校频程序，其他原理则相同。1

一种变容管电调滤波器简介介绍一种利用变容二极管设计的电调滤波器。该电调滤波器是利用变容二极管的特性来设计的，是一种小型带通滤波器，具有低插损、高选择性、体积小的特点。以一个30Mhz～90Mhz的电调滤波器为例，详细介绍了此类滤波器的设计方法。经此方案设计的电调滤波器可以达到令人满意的指标要求，滤波效果好，具有非常良好的实用价值。2

原理介绍要利用变容二极管来设计电调滤波器，变容二极管又称为可变电抗二极管，是一种利用PN结反向偏置的势垒电容构成的可控电容的二极管，在高频调谐等电路中通常被当作可变电容器使用。当外加的反偏电压减小时，变容二极管的容值会增加，当外加的反偏电压增大时，变容二极管的容值会减小。当变容二极管串联或并联一个电容，可以调整其电容变化的斜率，使之能更适合实际应用。

电调滤波器实际就是利用变容二极管的上述特性，使输入电压增加或减小，改变二极管的容值大小，从而实现频率的改变，达到改变电压就实现调谐频率的目的。2

设计实例介绍一种30Mhz～90Mhz的电调滤波器的设计实例。该滤波器设计指标如下：

(1)调谐频率：30Mhz～90Mhz；

(2)通带插损：≤3dB；

(3)-3dB带宽：3.3Mhz～9.9Mhz；

(4)矩形系数：≤7：1；

(5)最大驻波比：2：1；

(6)远端抑制(2fo)：≥50dB；

(7)调谐电压：0V—15V；

(8)尺寸结构：15mm×12mm×7mm。

在设计过程中，选择合适的变容二极管。在调谐电压0V～15V要求下 ， 选择的变容二极管要工作在30Mhz～90Mhz。选择了PHILIPS公司的变容二极管BB153来实现。BB153的耐压最高可达32V，斜率为15，当它工作频率在1Mhz时，工作电压为1V时的容值在39pF，工作电压为10V时的容值在7.5pF。另外，该电调滤波器的接入电阻选择阻值为10kΩ的，接地电容需要考虑滤波器的频率，选择0.01nF，耦合电感选择高Q值的电感来实现。通常为了达到更高的调谐速度，可以将接入电阻减小来实现。2

元器件的选择会影响滤波器的性能指标，会引起通带插损的变差，阻带插损也会变差。所以在元器件的选择上都选取了高Q值的变容二极管和电感线圈。

在实际加电测试中，需要根据滤波器的性能指标调节耦合电感的大小，使其工作在合适的频率范围内。若在测试中频率范围有所不同，可在固定低端频率和电压的情况下，调节高端频率时适当给变容二极管增加1pF～2pF的电容。

另外，该滤波器的尺寸较小，在绘制印制板时要紧凑合理，要充分考虑到各个元器件之间的距离。2

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学