压电换能器电调微波带通滤波器的研究

Tunable band-pass filters are widely used multi-band wireless communication systems, frequency hopped receivers, wide-band radars, and.microwave instrumentation.The main advantage ofVaractor Electrically tunable bandpass filter is the fast tuning speed, low power consumption, low cost and proven reliability, but there are problems that the insertion loss of tunable filter fluctuate in tuning range,and nonlinearity effect produces under large siginals.This project tries to solve the problem by means of using both piezoelectric transducer as an electrically tuning element.Electrically tuning bandpass filters in L band and S band will be studied.Combining with Space Mapping algorithm,these filters will be designed and optimized.The model of the filter,which utilize both piezoelectric transducer as an electrically tuning element,will be established.The influence of piezoelectric transducers on the properties of the tuning filters will be investaged.The main measures for improving tunability will be searched. The filters will be made of microstrip lines and dielectric resonators respectively,it is expectable to get electrically tuning bandpass filters in L band and S band which variation of passband insert loss are less than 1.5dB and the linearity is high.The development results will provide theorically guide for extending this type electrically tuning filters in China.

电调带通滤波器广泛用于多波段无线通信系统、跳频接收机、宽带雷达和微波测试设备中。变容管电调滤波器虽然具有调谐速度快、低功耗、成本低和公认的可靠性优点，但变容管电调滤波器的插入损耗在电调范围变化较大，变容管电调滤波器在大信号作用下存在非线性效应。本项目研究如何改善电调滤波器的插入损耗一致性问题和提高电调滤波器的线性度问题。本项目采用压电换能器作为电调元件解决这个问题。以L和S波段电调带通滤波器为研究对象，结合空间映射方法来设计和优化这种电调滤波器。建立压电换能器作为电调元件的电调滤波器的模型，研究压电换能器对电调滤波器性能的影响,探索提高电调率的主要措施。分别用微带线和介质谐振器制作滤波器，有望得到通带插损变化均小于1.5dB和高线性度的L和S波段的电调带通滤波器。本项目的研究成果将为国内推广制作这种电调滤波器提供理论指导。

目前通讯领域对电调滤波器提出了巨大需求。变容管电调滤波器虽然具有调谐速度快和成本低的优点，但插入损耗在电调范围变化较大、在大信号作用下存在非线性效应的问题。. 本项目采用压电换能器（PET）作为电调元件改善电调滤波器的插入损耗一致性和提高电调滤波器的线性度。主要研究压电换能器和微扰片对电调微波带通滤波器性能的影响,探索提高电调率的主要措施。. 研究结果表明：1、介质基片微扰片的介电常数（εr）片对压电换能器电调开环微带滤波器的性能影响很大，高εr介质基片在压电换能器向上或向下运动时，引起滤波器中心频率变化的范围很大，但插入损耗的变化也相应增大。氧化铝基片(εr=9.2)是比较理想的介质微扰片，用该基片电调四级交叉耦合开环微带滤波器时，中心频率（f0）的电调范围为2.28~2.48GHz,3dB 带宽(BW)为168~158MHz,插入损耗(IL)为1.52∼1.88dB，左边和右边传输零点随中心频率的变化相应移动。 . 2、用微扰片局部微扰微带滤波器的耦合区域，可电调滤波器的带宽。用介质基片微扰微带滤波器的电场耦合区域时，可使中心频率为2.5GHz滤波器的3dB带宽调谐范围为102~152MHz。用金属片微扰微带滤波器的磁场耦合区域时，则可使中心频率同上述滤波器的3dB带宽调谐范围为120.6~284.5MHz。. 3、选择压电换能器的振动模式时，应考虑滤波器的物理结构。弯曲模式的压电换能器特别适合微带线滤波器，厚度振动模式的压电换能器可用于介质滤波器和衰减模腔体滤波器。如厚度振动模式调谐四级介质滤波器，滤波器中心频率的调谐范围为2.83~2.97GHz，1dB相对带宽（0.5%）基本保持不变，插入损耗在调谐范围内小于2dB.. 本项目的科学意义：压电换能器在电压作用下带动微扰片作一维或二维运动时，使滤波器的中心频率或带宽发生改变，其本质是改变耦合谐振器的奇模阻抗和偶模阻抗，从而引起谐振器的电长度或谐振器间的耦合系数发生变化。由于压电换能器在电学上不与微波滤波器的线路相连接，所以对滤波器的插入损耗和线性度影响很小。该电调元件可应用于其它类型的电调滤波器中，如带阻滤波器。