模拟电调滤波器的Q值与带宽的仿真

zhaoxianden

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。

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(%)。

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。

当中心频率为33MHz时，见下图：

当中心频率为80M，见下图：

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。

下图是频率变化时，滤波器的中心损耗变化

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。

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。

yejiangfang

非常实用的滤波器设计指导，基础实用，谢谢分享！