微波阶跃阻抗谐振器和带通滤波器的分析

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1、后成为通信器材中不可或缺的重要元件。和晶体谐振器一样，陶瓷谐振器系统采用体声波。虽然陶瓷滤波器的某些性能没有晶体滤波器优异，但由于其低的生产成本而得到实际应用。采用如LiNb03、LiTa03等单晶材料的声表面波谐振器件也能被用作滤波元件。声表面波滤波器比体波滤波器可在更高的频率范围里得到实际应用。向铁氧体单晶施加偏置磁场所得到的静磁模的谐振器系统也有可能用于滤波器。例如，YIG(钇铝铁石榴石)球微波滤波器得到实际应用。这种滤波器的特点使能通过调整磁场强度来改变其中心频率。虽然上面提到的滤波器都

2、采用了线性谐振系统，但滤波器发展早期也意识到了用其他方法获得滤波器响应。这想法产生的主要原因是滤波器作为一种功能器件，是通过给出的传递函数来实现性能的。采用了有源电路的滤波器件就是一个典型的例子。在真空电子管时代，没有LC电抗电路的有源RC滤波器得到了广泛的研究和发展，其研究成果己在滤波器技术中得到了应用。这样的有源滤波器包括采用回转器获得LC等效电路的一般技术和通过采用带有反馈电路的运算放大器以实现需要的传递函数响应的技术等。半导体模拟集成电路的发展促进了这类有源滤波器的进步，实际应用和推广。

3、除了前面提到的技术之外，还有更直接的实现滤波器传递函数的数字技术。数字滤波器技术的一般步骤是这样的：先把输入的模拟信号转换成数字信号，随后根据传递函数进行数字运算，最后通过数模转换获得输出信号。最近，几乎所有数字通信系统都采用数字滤波器作为基带滤波器。另外，硬件水平的提高和高速运算算法的改进不断地扩展着应用频率的上限。如上所述，滤波器及其设计方法的发展已有相当长的历史，滤波器不仅成为电信领域，同时也是许多其他电子设备中不可或缺的器件。由于滤波器的种类繁多和多样性，作为一个设计者来说很有必要仔细琢

4、磨根据特定的用途选用合适的滤波器。根据滤波器的频率响应，滤波器可分为四种基本类型：低通滤波器(LPF)，高通滤波器(HPF)，带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)。本文主要讲述BPF，因为在无线通信设备中BPF是最重要也是最难设计的1．2应用于无线通信中的带通滤波器各种各样的滤波器用于无线通信设备中。现在从常见的无线通信设备一移动电话终端设备出发讲述带通滤波器的类型、功能和微型化的必要性。图1．1是一种基于FDMA．FDD系统(频分多址一频分双工)的典型的移动电话射频电路方块图，是第一代移

5、动通信中最常用的系统【41。I．⋯⋯⋯．1天线硬工曩图1．1一种类型的移动电话RF电路方块图在图1．1中接收器采用双超外差系统，从天线接收的信号经接收端带通滤波器(双工器的一部分)处理滤去噪声信号后，被低噪声放大器放大，通过混频器进行频率转化之后，经石英晶体带通滤波器传送到中频端。石英晶体带通滤波器的作用是信道滤波，从多重频率信号中获取特定信道信号。中频信号被再次放大，并转化成二次中频信号，经检波和解调成为基带信号。图1．1中发射部分采用上变频系统处理预调制后的中频信号。因为由变频器输出的信号包

6、含有各种各样的杂散信号，必须通过BPF提取有用信号并用功率放大器放大。功率放大器是另一个噪声源，将产生杂散信号，首先是输入信号的原始谐波成分，这些没用的信号通过发射端带通滤波器(双工器的另一部分)滤除，最后以电磁波的形式从天线发射信号。由此可见，滤波器在无线通信设备中相当重要，在射频有源电路中输入输出各级之间普遍存在，各滤波器都有不同的功能和特性要求。接收端Rx．BPF带通滤波器的必要功能是：避免由于发射端输出信号泄漏而使接收器前端饱和；除去如镜频一类的干扰信号；减小来自天线端的本机振荡器的功率

7、泄漏。所以接收端带通滤波器的最佳性能包括高衰减以除去干扰，同时减少将直接影响接收端灵敏度的带通插损。晶体带通滤波器的基本功能是信道选择，因此它必须有陡峭的沿衰减、好的群时延等特性，以及作为窄带滤波器，有优异的温度稳定性。Tx．BPF的基本功能是：从发射端减少杂散辐射功率以避免对其他无线通信系统的干扰，这些无用的信号的主要成分是发射信号频率的二、三次谐波和本级振荡。另一个很重要的功能是衰减掉发射信号中接收频率段内的噪声，抑制它到接收机的灵敏度以下。因此，Tx．BPF必须保持一个宽的阻带以抑制杂散信

8、号，同时能维持低的通带插损和在输出端处理大电平信号。从实用观点看，对所有手持式电子设备，像便携移动电话而言，微型化是一个重要的问题。尺寸和重量的减小会使随身携带的设备变得特别轻巧。很明显，对于射频电路的微型化有很大的需求。差不多所有较低频段的中频和基带电路，包括滤波器都能采用数字大规模集成电路，因此这些电路的微型化将随着半导体技术的发展而进步。而在射频部分，虽然单片微波集成电路(MMIC)[5】【61的出现预示着射频有源电路如放大器、调制器、频率转换器的微型化越来越成为可能，但对射频滤波器和振荡