无线射频接收机模拟信道滤波器的选型设计

戚龙

摘 要：无线射频收发机目前在社会生活的各个方面得到广泛应用。滤波器是射频系统中不可缺少的部分，具有选信道、滤波高次谐波、抗混频等功能。该文介绍了射频接收机系统中模拟信道滤波器的作用，就模拟信道滤波器及其设计原型进行了相关的阐述，供相关人员参考。

关键词：无线射频接收机；滤波器；射频系统

中图分类号：TN432 文献标志码：A

1 射频接收机系统中模拟信道滤波器的作用

射频接收机是通信系统当中的一个主要构成部分，它的基本性能要求需要具备大动态的范围、不高的噪声系和较好的稳定性，以及强大的抗干扰能力。一般而言，它是由模数字电路与模拟信道2个部分组成。其中，超外差接收机是其经常应用的一类设备。它有着非常好的性能，自从其问世以来，始终被应用在各类通信系统当中，被人们接受与认可。

2 模拟信道滤波器的低通设计原型

模拟信道滤波器是一类频率选择工具，按照不一致的频率响应特点，模拟信号当中的Filter能够分成4类，即低通、高通、带通及带阻Filter。Filter的主要参数有中心频率、带外抑制、带宽、矩形系数、信道延迟、插入损耗等。

中心频率是指Filter工作频率带宽的中心频率，工作带宽指可以通过的信号频率范畴，带内的插入损耗反映了信号通过Filter之后的功率损耗情况，矩形系数是指阻带的带宽和Filter工作带宽的比例数值。带外抑制反映了Filter抑制无须即将到来的信号能力。信道延迟指的是在通过Filter之后的通带信号的延迟时间。

Filter的设计，是以总元件参数的低通原型Filter为基础。其余类型的Filter能够依据低通原型的特质，完成相应的转换。经常使用的低通Filter原型有平坦测试、车比雪夫Filter（Chebyshev）以及椭圆函数等。Chebyshev原型，有着相对较高的带外抑制及简单的构造，已经被广泛的应用到微波带Filter当中。

如图1所示是电感输入式的低通Filter原型的电路接收示意图。除此之外，还有一类电容输入式低通Filter原型与该原型互为对偶。这一低通Filter样机经过频率转换能够变成高通、带通及带阻Filter。

3 常用的模拟信道滤波器

当前，在射频接收机之中，常常会用到的模拟通道Filter有LC Filter、微带线Filter、同轴Filter、介质Filter、波导Filter、声学计Filter等。

3.1 LC滤波器

LC Filter的构成分为电容及电感2类，在对的低通滤波原型的频率进行转换之后，对构成的频率器件的样式进行选择。在射频雷达接收机中，它有着较大的应用范围，主要是由于该Filter的设计结构相对简便，而且造价的成本投入也非常低。

3.2 微帶线滤波器

微带线Filter指通过变换高低阻抗，将其光刻为指定的外观，进而对Filter特性进行选择。该类Filter有着较轻的重量与非常高的可靠性，并且它制造成本十分低廉，通过改变介质基础板材的介电常数，能够将其应用于极宽的频带上。此外，它容易与具有其他功能性的电路进行集成，是以在微波混合集成电路中的应用比较广泛。因为微带线Filter呈现为开放式的电路场分布，所以微带谐振器的阻值较低，而且插损相对较高。

3.3 同轴滤波器

同轴Filter的实现依靠1/2短路及1/4开路等效LCR谐振电路。其结构相对灵活。依据腔体的构成，能够分成方形腔及标准同轴等。这一同轴Filter的优势主要体现在几个方面。即稳定的结构稳定、较小的温度畸变系数与插入损耗、较大的功率容量以及较高的带外抑制等。其可以用于窄带信号的滤波中，象移动通信。但是将其用在10 GHz的高频信号滤波时，因为信号的波长不大，所以对同轴Filter的加工精度就有着极高的要求，导致其实现难度变大，而且成本投入非常高。

3.4 介质滤波器

介质Filter又称为介质谐振器Filter，其频率覆盖范围极宽， 有着较大的功率容量、较高的带外抑制与矩形系数等，尤其适合在微波通信与电解加工的预选机中使用。然而其较大的体积以及较为复杂的结构，都使其与其他功能电路集成时具有一定的难度与困扰。它是由众多的介质谐振腔，装备在微带基板上构成。

3.5 波导滤波器

波导Filter能够被当作是一类微带Filter，其功率容量极大，Q值极高，带内的插损极小，尤其适用于窄带滤波。该Filter有着较大的体积，很难在1GHz频段之下完成，所以其基本上都在超过1GHz的微波多工器中使用。

3.6 其他新兴种类的滤波器

随着基础材料工艺技术的不断发展，Filter的构成与样式愈加多样化，象LTCC、MEMS、FBRA Filter等，部分尚处于研究制造的阶段，有一部分的性能指标已经超过之前的Filter。未来射频接收机的发展趋势将是以“小”为主，而通信系统的频率资源也会更加匮乏，所以具备较高性能的Filter会得到大部分受众群体的认可。

4 结论

综上所述，Filter在数字信号处理中具有重要作用，为了满足射频芯片低成本和高性能的要求，Filter的设计十分重要。该研究做对相关的设计选型工作具有一定的参考价值。

参考文献

[1]张迪.无线收发机关键模块研究[D].华东师范大学，2017.

[2]孙瑜.无线射频发送机中关键模块的研究与设计[D].复旦大学， 2011.