近年來微電子技術,、計算技術,、數(shù)字信號處理技術的應用，尤其是自適應理論的全面應用,，短波通信克服了以往短波通信中的眾多不足,，促成了現(xiàn)代短波通信的發(fā)展，但仍存在缺陷,。
　　首先,，現(xiàn)代短波發(fā)信系統(tǒng)" title="發(fā)信系統(tǒng)">發(fā)信系統(tǒng)中的功率庫技術在使通信系統(tǒng)實現(xiàn)全方位、多信道通信的同時,，存在造價高昂、能耗大,、熱隱身性能差等缺陷,；在系統(tǒng)頻變時，以低通濾波器為輸出濾波器,，難以對大范圍快速變頻時寬頻功放產生的二,、三次諧波予以有效濾除，勢必降低系統(tǒng)的通信質量,。這在跳擴頻通信成為短波通信主流的時代,，已不合時宜?；诳焖倏烧{濾波器的發(fā)信系統(tǒng)是實現(xiàn)新型短波發(fā)信系統(tǒng)的良好解決方案,。
　　其次，短波電臺主要服務于長距離通信聯(lián)絡,，一部單信道短波電臺的發(fā)射功率一般大于100W,。相應的調諧濾波器功率等級不可過小。
　　再次,，現(xiàn)代HF跳頻電臺的跳速正逐步提高,，達到5000h/s以上，傳統(tǒng)的機械調諧技術已無法滿足跳頻通信的需求,。電調諧方式具有靈活多樣,、性能可靠、易于控制的特點,。具有納秒級速率的電調諧方案應是實現(xiàn)濾波器快速調諧的較佳選擇^[1],。
　　綜上，新型短波發(fā)信系統(tǒng)應是功率級電調濾波器,。盡管該型濾波器至今尚無現(xiàn)成理論和實例可供借鑒,，現(xiàn)實的需求已將其推到極其重要的位置。
1 短波功率電調濾波器設計理論
　　功率濾波器和可調濾波器一般問題的解決是本款濾波器實現(xiàn)的基礎。在設計過程中,，主要領域還涉及電調濾波器對電調電抗部件的要求,、電調電抗部件的實現(xiàn)方式及引入等問題。
1.1短波功率電調濾波器總體方案研究
　　現(xiàn)代短波發(fā)信系統(tǒng)對功率濾波器的性能要求很高,，低插耗,、高Q值是對該型濾波器的基本要求。
　　集總參數(shù)元件制作的LC濾波器存在很大不足,。LC濾波器Q值低,，難以滿足短波發(fā)信系統(tǒng)的高性能要求。螺旋濾波器具有高Q值(200～5000),，頻率覆蓋范圍寬(10M～1200MHz)等優(yōu)點,，能輕松勝任傳輸100～1kW短波信號的要求^[2]。從Q值與功率容量來看,，螺旋諧振腔構成的濾波器回路是實現(xiàn)高性能短波功率濾波器的最佳選擇,。
　　改變螺旋諧振腔腔長或在腔內引入可變電抗，可對濾波器進行調諧,。Haagen和Fraser J曾對此加以研究[1～2],，提出了利用變容二極管實現(xiàn)電調小功率螺旋濾波器?；驹硎菂⒎码娙菁虞d同軸腔工作機理,，在螺線與內腔間人為引入可變電抗予以加載，實現(xiàn)調諧,。但是,，對于功率電調濾波器，內腔體積的限制,，使小功率電調方案在大功率設計中受到限制，甚至完全不能采用,。為此,，考慮了大功率傳輸條件下諸多制約因素后，“螺線中部降壓加載調諧法”的提出,，給出了解決方案,。
1．2 螺線中部降壓加載調諧法
　　螺旋諧振腔原型如圖1。改變腔長或在腔內引入某種形式的可變電抗,，可對諧振腔進行調諧,。鑒于電控器件一般存在耐壓問題，了解腔中場分布,，找出耐壓與調諧的最佳平衡點十分必要,。

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　　由圖2可知，軸向電場能量以sin²βz形式分布，開路端電場能量最為集中,。端部加載時,，加載電抗將不得不承受高電壓。例如,，Q_u=6000,、30MHz、3dB帶寬為50kHz的螺旋濾波器,，在R_L=50Ω,，傳輸功率45kW時，螺線端部電壓將達75kV,。這給電調器件提出了相當高甚至難以達到的耐壓要求,。
　　鑒于此，“螺線中部降壓加載調諧”將有效緩解上述問題,。事實上,，端部加載正是中部加載的特例。具體方法示意及等效電路見圖3(a),、(b),。
　　為便于推導，這里將過極限波導的長度取較大值,，忽略終端面對地電容C0,、電場彎曲電容Cr。故等效電路AA′處的諧振條件如式(7)及圖4,。

　　另一方面,，該法同時減小了可調電抗的最大需求值，意味著在可調電抗變化范圍恒定情況下,，中部加載法將使螺旋諧振腔調諧范圍得以擴展,。

1.3 電調電抗的腔外引入
　　上節(jié)就調諧機理及加載電抗器件的引入部位進行了探討，本節(jié)在此基礎上確定電抗器件的安裝和接入方式,。
　　傳統(tǒng)的小信號電調螺旋諧振腔,、濾波器中，加載電容采用腔內安裝接入方式,。這種方式易實現(xiàn),，但在高頻情況下，腔內強行添加異物,，使本來就復雜的螺旋腔場分布變得更為復雜,，導致工作特性難以把握。同時,，新物體帶來的分布電容將引起中心頻率的偏移,，嚴重時造成中心頻率超越所需頻段,。
　　HF頻段低于VHF與UHF，該頻段引線及小孔造成的電磁輻射及其它損耗相對較小,。將電調器件安裝于腔體外部,，輔之以盡可能短的屏蔽線作為引出線，在有效減小分布電容與頻偏,、改善散熱的同時,，為電調組件贏取足夠的安裝空間不失為一種可行方案。事實上,，這一看似簡單的措施在后續(xù)濾波器的智能化電調的實現(xiàn)上起到了關鍵作用,。方案的系統(tǒng)結構見圖5。

2 功率級CMOS開關電容
　　設計理論確定之后,，功率級電調電抗的實現(xiàn)是后續(xù)工作的重點與難點,。
　　通過探明CMOS開關電容難以適應高功率信號傳輸?shù)母矗竟?jié)提出了接地型CMOS傳輸門,，進而設計出功率級CMOS開關電容,，為功率濾波器及其智能化的成功實現(xiàn)奠定了基礎。
　　基本的CMOS傳輸門如圖6(a)所示,。當傳輸門導通時,，在輸入與輸出之間呈現(xiàn)低電阻，它允許電流向兩個方向中的任一方向流經此門,。此時,，輸入線的電壓必須比N溝器件的襯底電壓(V_SS)為正，比P溝器件的襯底電壓(V_DD)為負,。這導致了傳統(tǒng)的CMOS傳輸門和以此為基礎構成的CMOS模擬開關難以適應大信號的傳輸^[4～5],。
　　對約束V_DD≥V_in≥V_SS作深入分析可知，V_in之所以取值有限,，根本原因在于其與V_柵-襯底的關聯(lián),。使V_柵-襯底獨立，避免V_in,、V_out的影響,，反過來將讓V_in輕松擺脫束縛。為此,，本節(jié)設計了接地形CMOS傳輸門。原理電路如圖6(b)所示,，具體的1M～6MHz高頻,、功率級模擬開關電路見圖7。

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　　表1,、2給出了開關的實測指標,。圖8給出了開關瞬時通斷仿真曲線,。

3 短波電調功率濾波器的實現(xiàn)
　　在上述理論、方法指引下,，一款1.5M～3MHz短波功率電調濾波器原型得以實現(xiàn),。具體技術指標：
　　調頻范圍1.5M～3MHz;通帶中心插耗A₀≤3dB;25dB帶寬△f_25dB≥25kHz; 終端負載RS=R_L=50Ω;傳輸功率P=100W。采用等元型螺旋濾波器設計法^[6]確定的方腔螺旋腔濾波器腔數(shù)及尺寸見表3,，測試結果見圖9,、10及表4。