为微波滤波器应用重塑钇铁石榴石(YIG)技术 留言

为微波滤波器应用重塑钇铁石榴石(YIG)技术

Bill Linstrom, Jackson Barnard and Jane Rogan, VIDA Products

在S波段和C波段实现认知无线电的关键是一种可调谐的滤波器技术，同时提供出色的隔离度、低功耗和小尺寸。有四种常见的射频滤波器技术：电感/电容电路、谐振腔、声学器件和YIG调谐滤波器。在比较性能、成本、尺寸和功率时，每种技术都有优势和劣势。由于谐振腔和声学滤波器是在一个固定的频段上工作，不能调谐，所以本文只考虑变容器(可调谐电容)和YIG调谐滤波器。在一些应用中，滤波器组合被用来调整无线电的频段和带宽。然而，它们并不像可调谐滤波器那样灵活，而且通常会增加电路板的面积、整体开发时间和成本。¹ 可调谐滤波器为认知无线电系统提供了灵活性，当它们满足系统对性能和尺寸的要求时，是比较可取的。

滤波器的性能主要由谐振电路的Q因子决定，它将决定通带和带外信号的抑制。这些参数反过来会影响系统的底噪声、灵敏度和对干扰的敏感性。一个更高Q值的电路将使底噪声更低，产生更高的灵敏度和更窄的通带，提高隔离度。

变容二极管调谐滤波器利用了变容二极管的偏压和电容之间的关系。不幸的是，随着频率的增加，变容二极管的Q值会下降，从而降低滤波器的性能。为了理解，请看LC电路的谐振频率：

谐振频率f_r与电容C成反比。要达到更高的谐振，C必须减少。然而，LC电路的Q因子由以下公式给出：

这表明，随着C的减少，Q也会减少。这证实了随着频率的增加，变容二极管调谐滤波器的性能必然会下降。变容二极管调谐滤波器一般在2GHz以下表现良好。在2GHz以上，滤波器的带宽会随着频率的增加而明显增加(图1)。

YIG技术

随着变容器调谐滤波器的性能在2GHz以上逐渐下降，使用新一代YIG谐振器的可调谐滤波器变得很有意义。YIG是一种铁氧体材料，在磁场中能在微波频率下产生共振。历史上，YIG一直被用来提供性能最好的振荡器和滤波器，但要付出代价：传统的YIG调谐器和滤波器体积大、功耗大、价格高。基于YIG的器件的理论和构造是其原因。

当一个稳定的磁场，即直流H场，施加在一个方向上，如垂直的Z方向，并从一个正交的方向，如X或Y，施加一个随射频变化的磁场时，YIG谐振器就会工作。在滤波器中，谐振频率是滤波器的中心频率，它由直流H场的强度决定。

YIG谐振器使用抛光的YIG球体来利用球形对称性，因为YIG对整个表面的磁势变化很敏感。为了尽量减少对磁场变化的敏感性的影响，每个YIG球体通常被放置在一个隔离室中(图2)。这使得每个球体可以在不影响其他球体的情况下进行调节；然而，这种隔离使产生H场的电磁铁的结构更加复杂。

磁力是通过磁介质，即铁氧体材料来耦合的。从概念上讲，这就像通过电线在电介质中传导的功率。推广一下这个比喻，当磁场遇到“磁阻”时，磁力就会耗散，就像电流遇到电阻时，

原文始发于微信公众号（actMWJC）：为微波滤波器应用重塑钇铁石榴石(YIG)技术（原载于《微波杂志》7/8月）