文 献 综 述

1 引言

滤波器在无线通信系统链路中具有不可或缺的地位，并且被广泛地应用在射频电路和微波电路中。近些年，飞速发展的无线通讯系统对滤波器的各种性能指标都提出了更高、更严苛的要求，在滤波器小型化、低成本化的同时也要确保其有足够优越的性能。随着通讯行业的不断发展，能够被利用的频谱资源变的越来越稀少，可用的频段也变的越来越拥挤。这种现象恰能凸显出滤波器的重大作用，其能分离出有用信号的能力在频谱资源稀缺的大背景下变得尤为重要，可以说滤波器的性能直接影响整个无线通信系统的性能。

在日益增长的市场和需求的推动下，通信技术不断推陈出新，使得通信产业的发展有了新的发展要求和方向。小型化、低成本、低功耗、多模式的射频通信产品日益受到人们的重视，以此同时，无线通信标准日趋成熟，研制单片完全集成的射频无线收发通信电路与系统成为了学界和工业界的热门话题之一。

2 研究背景及其意义

在移动通讯中有着几种不同的主流通信制式标准，比如CDMA2000、WCDMA、TDD-LTE、FDD-LTE和未来的5G标准等。通常，一个无线通信系统需要大量的滤波器，每个滤波器都有各自的指标和功能，不同的滤波器负责不同频段的通信工作。因此如果在每个射频前端中都用不同标准的滤波器进行选频，这会极大地增加整个通信系统的体积以及复杂性，并且成本也会居高不下，多频结构虽然可以工作在多个频点，但是相邻频段的串扰一直是其无法解决的问题。从这个角度出发，如果采用的射频滤波器能够实现中心频率和带宽的可重构，那么相邻频段的串扰问题和多频段的覆盖问题都能够有效地解决。除此之外，如果一个射频滤波器能够同时满足不同需求的指标，那么就可以用极少个数的可重构射频滤波器代替原来数目较大的固定不可调滤波器。滤波器数目的急剧减少不仅可以极大地无线通信系统电路的设计过程。

吴柯教授提出了基片集成波导（SIW)结构，并且在文中给出了SIW结构的设计准则。

近些年，随着SIW技术的兴起，提出的可重构射频滤波器有了新的技术选择。SIW滤波器和传统的腔体滤波器有很多类似的地方，其也继承了腔体滤波器的诸多优点，同时也具有传统腔体滤波器所没有的特点。微带线是常见的平面结构，但是微带线的品质因素Q值相对较低，因此基于微带结构的射频滤波器通常带内性能较差。SIW是一种新型的平面结构，它的品质因数Q值比微带高，一般可以达到几百的量级，因此SIW可以满足高性能滤波器的设计要求。此外，SIW结构在滤波器的小型化上也有其独特的优势。目前，根据SIW独特的电磁传播特性已经发展出了半模（HMSIW) 和四分之一模 (QMSIW) 技术。这种小型化技术同时还能保持其与全模SIW具有相同的电磁传播特性，尺寸以对半的形式减小，并且性能不会明显恶化。此外，低温共烧陶瓷技术（LTCC)也能实现SIW结构的小型化。

综上所示，可重构射频滤波器是今后射频滤波器的发展方向。SIW结构具有诸多优点，并且在可重构滤波器设计中得到越来越广泛的关注和应用。

3 国内外研究现状及发展趋势

在可重构射频滤波器的领域中，国外的研究学者在该领域发表的研究成果较多，国内在该领域的起步比较迟，但是在近些年也陆续发表了不少该领域的研究论文。

Kamran Entesari和Alireza Pourghorban Saghati等人于2015年5月在IEEE杂志上发表文章，其在论文中详细地总结了目前为止基于SIW结构的滤波器中心频率可调的6种可重构方法，并且分析总结了每一种可重构方法的优势及其缺陷。这篇总结性质的论文不仅详细地总结了前人的研究工作，而且也为该领域今后的研究提供了基础性的参考意见。总结出的6种方法可以细分为3种调谐方式: 一是机械调谐方式，Mira等人介绍了一种把机械控制的金属孔柱作为主要开关/调谐设备的调谐方式，金属孔柱的一端连接到可以旋转的螺钉上，另一端连接一个金属片。金属孔柱的一端和腔体上层的金属层隔离，通过转旋不同的角度使金属片与腔体上层的金属层在不同位置连接，以此达到调谐的目的。不过这种调谐方式在制作工艺上比较复杂，且稳定性差，不易于集成化；二是磁调谐方式，通常这种调谐方式是将钇铁石楷石（铁氧体）片放置在腔体的内部。由于铁氧体的谐振频率会随着其周围的磁场的变化而变化，根据电磁感应原理，可以通过改变控制电流来改变铁氧体片附近的磁场强度，并以此来改变中心频率。此外，这种调谐技术在改变中心频率的同时，也可以优化其他关键参数，如回波损耗和无载Q值。但是将钇铁石榴石

插入到谐振器腔体内是一项复杂、艰难的工作；三是利用电调谐元件，其中经常用到的电调谐元件主要为变容二极管、PIN开关和射频微机电系统(RFMEMS开关）等.其工作原理是通过控制加载在电调谐元件上的电流使电子开关选通/关断或者改变变容二极管的电容值。并以此来改变谐振器的工作频率，这种调谐方法较3前两种更易实现，且在稳定性和集成化上有着明显的优势。但是这6种方法仅支持中心频率可调,不支持带宽可调,这是它们的缺陷。

V Sekar在2011年提出利用金属柱来改变谐振器谐振频率的方法,该方法提出在介质内插入金属柱来扰乱谐振器的原场分布,从而改变谐振器的谐振频率。其通过引入RFMEMS开关对6个金属柱进行选通/关断，通过排列组合在l.lGHz-1.65GHz之间产生14个可调的频率点,并且带内插入损耗只有2dB。在2012年，V Sekar提出利用半模结构中的结构进行优化，取消了隔离等操作,在带内插入损耗上有所改进。

在频谱资源紧张的今天，为了更进一步地利用有限的频谱资源，光是中心频率可调这一点还不够，众多研究学者将目光放在了带宽可重构上。因此，实现中心频率和带宽可独立控制是当下可重构滤波器的研究热点。Yi-Chyim Chiou在2012年提出一个可以实现带宽可重构的新思路。在接着的一年中，Akash Anand和刘晓光等人发表了相关论文，并在论文中提出了一种基于SIW结构的同轴腔滤波器，该滤波器引入几十个变容二极管来实现中心频率可调，并联的几十个变容二极管的等效电阻较低，滤波器的性能有所改进，而且并联的结构在一定程度上优化了因引入变容二极管而恶化的品质因素Q值。紧接着刘晓光等人于2014年在IEEE上发表了文章，在原有的基础上实现了带宽可重构的特性。随后在2016年对之前的研究结果进行了整理总结，并且做了完整的理论分析。此外，还给出了滤波器无载Q值和变容二极管的具体关系。

综上所述，中心频率和带宽可独立可调已是当下可重构滤波器的研究热点。但是目前在可重构滤波器的研究中仍然存在几个难点需要解决，比如调谐速度和精度的提高、频率调谐范围的拓宽以及滤波器通带和阻带性能的优化。这些都是未来研究的趋势，是可重构滤波器需要攻克的难点。

参 考 文 献

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