介質(zhì)濾波器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言……………………………………………………………………………………… 1</p><p>　　1.1 介質(zhì)諧振器的發(fā)展和應(yīng)用……………………………………………………… 1</p><p>　　1.2 介質(zhì)濾波器的特點(diǎn)及應(yīng)用 …………………………………………………… 3&

2、lt;/p><p>　　1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容 ………………………………………………………… 3</p><p>　　2 介質(zhì)腔體濾波器的理論設(shè)計(jì)……………………………………………………… 4</p><p>　　2.1濾波器基本原理……………………………………………………………… 4</p><p>　　2.2 介質(zhì)腔體濾波器的線路設(shè)計(jì)

3、…………………………………………………… 8</p><p>　　2.3 介質(zhì)腔體濾波器的微波實(shí)現(xiàn)…………………………………………………… 10</p><p>　　3 腔體介質(zhì)濾波器的仿真設(shè)計(jì)………………………………………………………15</p><p>　　3.1 Ansoft HFSS軟件介紹………………………………………………………… 15</p

4、><p>　　3.2 腔體介質(zhì)濾波器的工作原理……………………………………………… 17</p><p>　　3.3 腔體介質(zhì)濾波器的仿真過(guò)程…………………………………………………… 17</p><p>　　4 腔體介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)與調(diào)試……………………………………………………20</p><p>　　4.1 介質(zhì)諧振器與截止波導(dǎo)的生產(chǎn)…

5、…………………………………………… 20</p><p>　　4.2 濾波器的調(diào)試…………………………………………………………… 22</p><p>　　5 濾波器的測(cè)試結(jié)果及分析……………………………………………………22</p><p>　　結(jié)論 ……………………………………………………………………………………25</p><p>　

6、　致謝 ……………………………………………………………………………………26</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………27</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1．1 介質(zhì)諧振器的發(fā)展和應(yīng)用</p><p>　　微波介質(zhì)諧振器是國(guó)際上70年代

7、出現(xiàn)的新技術(shù)之一。1939年，R．D．Richtmyes就提出非金屬介質(zhì)體具有和金屬諧振腔類(lèi)似的功能，并把它稱(chēng)為介質(zhì)諧振腔。但是直到六十年代末才開(kāi)始使用到微波電路中。國(guó)內(nèi)七十年代就有人研究，八十年代初報(bào)導(dǎo)了有關(guān)研究成果。</p><p>　　介質(zhì)諧振器是用低損耗、高介電常數(shù)的介質(zhì)材料做成的諧振器，已廣泛應(yīng)用于多種微波元器件中。它具有如下特點(diǎn)：①體積小，由于材料的介電常數(shù)高，可使介質(zhì)諧振器的體積小至空腔波導(dǎo)或軸諧振

8、器的1/10以下，便于實(shí)現(xiàn)電路小型化；②Q0值高，高0.1-30GHz范圍內(nèi)，Q0可達(dá)103-104；③基本上無(wú)頻率限制，可以適用到毫米波（高于100GHz）；④諧振頻率的溫度穩(wěn)定性好。因此，介質(zhì)諧振器在混合微波集成電路中得以廣泛的應(yīng)用。目前，介質(zhì)諧振器已用于微波集成電路中作帶通和帶阻濾波器中的諧振元件、慢波結(jié)構(gòu)、振蕩器的穩(wěn)頻腔、鑒頻器的標(biāo)準(zhǔn)腔等。①</p><p>　　在微波集成電路中，介質(zhì)諧振器的形狀通常為矩

9、形、圓柱形和圓環(huán)形。介質(zhì)諧振器的諧振頻率與振蕩模式、諧振器所用的材料及尺寸等因素有關(guān)。分析這個(gè)問(wèn)題的方法早期是用磁壁模型法，即將介質(zhì)諧振器的邊界看成磁壁來(lái)分析，這種方法的誤差較大，達(dá)10％?，F(xiàn)在較為精確的分析方法有變分法、介質(zhì)波導(dǎo)模型法（開(kāi)波導(dǎo)法）、混合磁壁法等，誤差可小于1％。人們已對(duì)常用的介質(zhì)諧振器的諧振頻率做了計(jì)算，對(duì)于給定了介電常數(shù)和尺寸的介質(zhì)諧振器，可以直接從有關(guān)曲線圖中求得其諧振頻率。對(duì)于介電常數(shù)為38的394材料做的圓柱形

10、介質(zhì)諧振器，它的頻率與尺寸間的關(guān)系公式如下：</p><p>　?。―/L＝2～2.5） (1.1)</p><p>　　其中D為諧振器的外徑，L為諧振器高度，εr為諧振器的介電常數(shù)，f0為諧振器的諧振頻率。</p><p>　　對(duì)介質(zhì)諧振器材料的要求是介電常數(shù)εr高、損耗正切tanδ小、頻率溫度系數(shù)ηf小。孤立介質(zhì)諧振器的無(wú)載Q0值取決于介

11、質(zhì)材料的Q值。對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)為100左右或者更高的介質(zhì)諧振器，其無(wú)載Q0值可用下式近似估算：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　但實(shí)際應(yīng)用的介質(zhì)諧振器都是放在波導(dǎo)中或微帶基片上的，由于金屬板上將產(chǎn)生傳導(dǎo)電流引起導(dǎo)體損耗，所以介質(zhì)諧振器的Q0值將降低。 本設(shè)計(jì)需要將諧振器放在支架上，支架的高度對(duì)諧振器頻率有一定的影響，支架升高，頻率相

12、對(duì)減??；另一方面由于支架的增高，使得諧振器與波導(dǎo)頂?shù)木嚯x減小，同時(shí)諧振器頻率又會(huì)有所升高，因此我們?cè)谶x擇諧振器和支架時(shí)，要綜合考慮這些因素的影響，從而得出比較接近的值，后面將介紹由這些因素的影響而得出的計(jì)算諧振器頻率的公式。</p><p>　　1．2 介質(zhì)濾波器的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　介質(zhì)諧振器濾波器是微波濾波器電路技術(shù)的一個(gè)新發(fā)展，它可以滿(mǎn)足微波濾波器尺寸小、低插損但能集成的

13、電路要求。雖然微波毫米波濾波器的研究具有悠久的歷史，但是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的技術(shù)，如利用傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)或利用微帶線的濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)，不是造價(jià)昂貴就是很難達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的移動(dòng)通信，控制干擾信號(hào)進(jìn)行通信信道十分關(guān)鍵，一方面要控制通信信道外的干擾對(duì)通信道的影響。另一方面，在同一通信系統(tǒng)內(nèi)還要控制通信通道內(nèi)的相互干擾。為了達(dá)到此目的，在移動(dòng)通信基站中就要設(shè)置高質(zhì)量的微波濾波器。

14、不管通信體制是時(shí)分制還是頻分制，這種微波濾波器都是必不可少的。</p><p>　　本文介紹的介質(zhì)腔濾波器，應(yīng)用于移動(dòng)碼分地球站和8路數(shù)字微波接力機(jī)中。由于衛(wèi)星地球需要同時(shí)接收通信信號(hào)和信標(biāo)，為此還研制了介質(zhì)腔分頻器。在6GHz,7GHz,8GHz等頻段中實(shí)現(xiàn)的帶通濾波器實(shí)測(cè)性能與美國(guó)AD－TECH　Micowave公司1983年報(bào)導(dǎo)的數(shù)據(jù)相當(dāng)。移動(dòng)碼分地球站收發(fā)信號(hào)系統(tǒng)用微帶混合集成電路，除高功率用行波外，全機(jī)

15、場(chǎng)效應(yīng)管化。其中4GHz予選器和6GHz上變頻輸出濾波器采用介質(zhì)諧振腔帶通濾波器。在8路數(shù)字微波接力機(jī)中，微波信道機(jī)全機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管化，采用微帶混合集成電路，介質(zhì)諧振腔穩(wěn)頻振蕩器作本振源，前、后予選濾波器用介質(zhì)腔帶通濾波器。初步實(shí)現(xiàn)了微波機(jī)的集成化、小型化。②</p><p>　　而采用介質(zhì)諧振器組成的腔體濾波器具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，首先單個(gè)諧振器具有較高的頻率和Q值，因此具有良好的性能；另外它采用的是電磁耦合的方式，

16、適用于微波通訊、雷達(dá)、電子對(duì)抗、軍事、航空航天等領(lǐng)域，是一種新型的，有發(fā)展前途的器件。</p><p>　　1．3 本文的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　介質(zhì)腔體帶通濾波器是一種窄帶高性能濾波器，具有帶內(nèi)低插耗，帶外高抑制等優(yōu)點(diǎn)。在1％-0.5％或更窄帶寬均可實(shí)現(xiàn)，帶內(nèi)插損可在1dB左右，帶外抑制大于60dB，帶內(nèi)起伏可達(dá)±0.25dB，一般第一個(gè)寄生通帶高出工作通帶中心頻率的

17、20％左右，與理論值基本一致。</p><p>　　本文介紹的介質(zhì)諧振器濾波器要求：中心頻率為5.5GHz，帶寬為25MHz，插入損耗為2dB，通帶波動(dòng)0.5dB，駐波比1.5。就此濾波器的理論可行性和實(shí)際生產(chǎn)而言是沒(méi)有問(wèn)題的，但是由于考慮到實(shí)際生產(chǎn)中諧振器頻率的問(wèn)題，現(xiàn)將設(shè)計(jì)指標(biāo)定為中心頻率為6GHz，其它參數(shù)不變。</p><p>　　與其它濾波器相比，此濾波器應(yīng)用于較大功率和對(duì)阻帶衰

18、減（即矩形系數(shù)）要求較高的場(chǎng)合，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，但由于其設(shè)計(jì)具有方法的特殊性，要突破原有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的束縛，并總結(jié)出此種濾波器的設(shè)計(jì)規(guī)律，將理論和生產(chǎn)實(shí)際有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，這也作為此濾波器設(shè)計(jì)的主要目的。</p><p>　　介質(zhì)諧振器帶通濾波器使用至今，其主要結(jié)構(gòu)還是兩種：一種是微帶型；另一種是截止波導(dǎo)型。由于微帶型損耗較大，一般對(duì)于頻率高于8 GHz的微波帶通濾波器都不使用它，而采用插損較小的截止型帶通濾波器。

19、</p><p>　　截止型濾波器的設(shè)計(jì)由于受很多因素的影響，如介質(zhì)諧振器的介電常數(shù)和其尺寸、墊襯材料及其厚度、濾波器外殼尺寸等。另外理論也不完善。因而很難達(dá)到統(tǒng)一的最佳形式。</p><p>　　本文從理論上對(duì)此種濾波器做一些基本的描述，并通過(guò)設(shè)想與前人總結(jié)的一些理論計(jì)算，及ANSOFT軟件的精確仿真，總結(jié)出此種濾波器的一些設(shè)計(jì)規(guī)律和方法。</p><p>　　2

20、 介質(zhì)腔體濾波器的理論設(shè)計(jì)</p><p>　　2．1濾波器基本原理</p><p>　　理想的濾波器應(yīng)該是這樣的一種二端口網(wǎng)絡(luò)：在通帶內(nèi)它能使微波信號(hào)完全傳輸，而在阻帶內(nèi)它使微波信號(hào)完全不能傳輸。然而我們只能設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能接近理想濾波器特性的濾波器。與其他微波器件一樣，對(duì)于微波濾波器同樣也有兩類(lèi)問(wèn)題需要研究，一是分析，二是綜合。已知濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，計(jì)算它的工作特性，這屬于分

21、析問(wèn)題；與此相反，從預(yù)定的工作特性出發(fā)，確定濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件數(shù)值，這一過(guò)程則屬于綜合問(wèn)題。在實(shí)際工作中遇得較多的是綜合問(wèn)題。</p><p>　　濾波器的綜合設(shè)計(jì)一般包括四個(gè)環(huán)節(jié)：根據(jù)系統(tǒng)要求確定濾波器的工作特性，選擇適當(dāng)?shù)拿枋錾鲜龉ぷ魈匦缘谋平瘮?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，確定濾波器的集總參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，選擇合適的微波結(jié)構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)。下面將詳細(xì)介紹濾波器設(shè)計(jì)的一般流程。</p><p>　　2.

22、1.1濾波器設(shè)計(jì)一般流程</p><p>　　一般的濾波器都可以看做是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，按照微波系統(tǒng)的要求，可以確定濾波器的工作特性。工程上習(xí)慣于用插入衰減L來(lái)描述濾波器的工作特性。L定義為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸出端口接匹配負(fù)載時(shí)，網(wǎng)絡(luò)輸入端口的入射功率Pi與負(fù)載所得到的功率PL之比，常用對(duì)數(shù)表示為</p><p>　?。╠B） (2.1)</p>&

23、lt;p>　　按照濾波器插入衰減的頻率特性不同，一般將濾波器的工作特性分為四類(lèi)：低通、高通、帶通和帶阻。本論文的指標(biāo)為一帶通濾波器。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)微波濾波器有下列幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　通帶載止頻率和通帶最大插入衰減；</p><p>　　阻帶邊界頻率和阻帶最小插入衰減；</p><p><b>

24、;　　寄生通帶；</b></p><p>　　插入相移和時(shí)延頻率特性</p><p>　　所謂插入相移是信號(hào)通過(guò)濾波器后所引入的滯后相位，即網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)S21的相角，它是頻率的函數(shù)，隨著ω的變化曲線即為濾波器的插入相移頻率特性。</p><p>　　對(duì)于不同類(lèi)型的濾波器，我們并不需要一一自始至終地進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的方法是將低通原型濾波器分析清楚，然后利

25、用頻率變換將低通、高通、帶通、帶阻濾波器變換成低通原型來(lái)綜合設(shè)計(jì)。</p><p>　　在工程上只能用一些函數(shù)去盡量逼近理想的衰減特性。常用的逼近函數(shù)有三種：最平坦函數(shù)、切比雪夫多項(xiàng)式和橢圓函數(shù)。這三種逼近函數(shù)分別形成低通原型濾波器的三種衰減頻率特性，而與之對(duì)應(yīng)的濾波器分別稱(chēng)為最平坦式濾波器、切比雪夫式濾波器和橢圓函數(shù)式濾波器。這三種逼近函數(shù)所形成的衰減頻率特性各有特點(diǎn)，其中最平坦式的特性表現(xiàn)為插入衰減L隨頻率的

26、增加而單調(diào)增大，但L隨頻率的增加的速率比較緩慢，即由通帶過(guò)渡到阻帶的頻帶比較寬，這是它的不足之處。切比雪夫式的特性表現(xiàn)為通帶內(nèi)衰減量有等起伏變化，通帶外衰減量L單調(diào)增大，與最平坦式的特性相比，其過(guò)渡帶較窄，即由通帶過(guò)渡到阻帶比較陡。橢圓函數(shù)式的特性表現(xiàn)為無(wú)論是在通帶內(nèi)還是在通帶外，衰減量L都有起伏變化，它的過(guò)渡帶更窄，其帶外衰減的上升斜率在三種濾波器中為最大，但由于其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件數(shù)目多，因而不及前兩種濾波器用得普遍。①</p

27、><p>　　當(dāng)逼近函數(shù)選定后，運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)算可得出由電感和電容等集總參數(shù)元件所構(gòu)成的梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　如何將濾波器的梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在微波工程中具體實(shí)現(xiàn)是微波濾波器不同于低通濾波器的關(guān)鍵問(wèn)題。在微波工程中，研究的是分布參數(shù)電路，據(jù)工作頻段及功率容量的不同要求選擇不同的微波傳輸線形式，確定它們的形狀和尺寸，用它們具有的分布參數(shù)去替代上述梯形網(wǎng)絡(luò)中的集總參數(shù)。</p>

28、<p>　　圖1 濾波器設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　2.1.2由低通原型濾波器到耦合諧振腔濾波器的變換</p><p>　　低通原型濾波器是設(shè)計(jì)各種微波濾波器的基礎(chǔ)。所謂低通原型濾波器，是實(shí)際的低通濾波器的頻率對(duì)通帶截止頻率歸一化，各元件阻抗對(duì)信源內(nèi)阻歸一化后的濾波器。在此就應(yīng)用最為廣泛并為本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的切比雪夫式濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行討論。</p><

29、;p>　　切比雪夫式低通原型衰減頻率特性的表達(dá)式為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　L與ω及Ω的關(guān)系即為等波紋式低通濾波器插入衰減頻率特性圖（如下圖）</p><p>　　圖2 等波紋式低通濾波器插入衰減頻率特性圖</p><p>　　(a) N=3 (b)N=2&l

30、t;/p><p>　　由圖2可知，其特點(diǎn)是通帶內(nèi)L的零點(diǎn)個(gè)數(shù)等于N。當(dāng)N為奇數(shù)時(shí)曲線過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)則不過(guò)原點(diǎn)。</p><p>　　據(jù)切比雪夫多項(xiàng)式在自變量不同值域內(nèi)具有不同形式的特點(diǎn)，可寫(xiě)出通帶和阻帶內(nèi)的插入衰減表示式分別為</p><p>　　Ω≤1 (2.3a)</p><p>　　Ω＞1 (2.3b)

31、</p><p>　　在截止頻率處，Ω＝1，，因而</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　當(dāng)LP給定后，常數(shù)ε可按下式計(jì)算</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　阻帶內(nèi)的最小插入衰減為</p><

32、p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　當(dāng)ε、Ωs確定后便可由給定的Ls確定元件數(shù)目N，為</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p>　　反之，如果給定ε、Ωs及N亦可計(jì)算出Ls的值。</p><p>　　2.1.3腔體耦合濾波器的電路模型</p&g

33、t;<p>　　N個(gè)腔體構(gòu)成的腔體濾波器的等效電路如圖所示，其中L、C的R分別表示電感、電容和電阻，I表示電流回路。應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，我們可以得到等效電路的回路方程：</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　其中Lij=Lji表示兩個(gè)諧振器之間的互感，es為電壓源值。</p><p>　　如果電路中

34、所有的諧振器是相同的，即L=L1=L2=…＝LN與C=C1=C2=…=CN，并且在工作頻率附近和窄帶的條件下可以認(rèn)為ω/ω0≈1，則上式可表示為：</p><p>　　(2.9)其中，濾波器相對(duì)帶寬，。</p><p>　　2.2介質(zhì)腔體濾波器的線路設(shè)計(jì)</p><p>　　由前面對(duì)濾波器基本原理及設(shè)計(jì)流程的闡述，下面我們根據(jù)以上的基本原理來(lái)設(shè)計(jì)此濾波器。<

35、/p><p>　　2.2.1介質(zhì)腔體濾波器規(guī)格的定義</p><p>　　此濾波器要求實(shí)現(xiàn)以下指標(biāo)：中心頻率為6GHz，帶寬為25MHz，插入損耗為2dB，通帶波動(dòng)0.5dB，駐波比1.5，在f0±50MHz處衰減不小于70dB。這屬于濾波器設(shè)計(jì)的綜合問(wèn)題。</p><p>　　在確定了濾波器的工作特性之后，要選擇濾波器的逼近函數(shù)，前面對(duì)濾波器的逼近函數(shù)已作了

36、簡(jiǎn)單的介紹，由于最平坦式濾波器不能滿(mǎn)足以上指標(biāo)的要求，而橢圓函數(shù)式濾波器實(shí)現(xiàn)又較為困難，因此選用切比雪夫式濾波器作為此濾波器的逼近函數(shù)。</p><p>　　2.2.2濾波器級(jí)數(shù)的確定</p><p>　　前面對(duì)濾波器逼近函數(shù)的選擇及由低通原型濾波器到帶通濾波器的設(shè)計(jì)已有簡(jiǎn)單的介紹，下面通過(guò)低通原型來(lái)確定濾波器的節(jié)數(shù)：</p><p>　　在確定濾波器的節(jié)數(shù)時(shí)，我們

37、可以通過(guò)理論計(jì)算和查圖表法來(lái)完成：</p><p>　　我們要求中心頻率為6GHz，帶寬25MHz，通帶波動(dòng)0.5dB，阻帶在f0±50MHz處衰減不小于70dB。首先通過(guò)頻率變換計(jì)算出歸一化頻率為：</p><p><b>　　(2.10)</b></p><p>　　式中，＝0.416％為相對(duì)帶寬。計(jì)算可得Ω1＝-4.0168，Ω

38、2＝3.98347。因，故用Ω2來(lái)確定N。</p><p>　　由此可通過(guò)查切比雪夫式低通原型濾波器阻帶衰減頻率特性圖（見(jiàn)附錄）得N＝5；也可通過(guò)下面的計(jì)算得出介質(zhì)腔體濾波器的節(jié)數(shù)，具體計(jì)算如下：</p><p>　　由式(2.5)，可得＝0.122；</p><p>　　由式(2.7)，當(dāng)ε、Ω確定后便可由給定的Ls確定元件數(shù)目N </p><

39、p>　　＝4.761158，因此選N＝5來(lái)進(jìn)行仿真。</p><p>　　但由于用5級(jí)諧振腔濾波器進(jìn)行仿真時(shí)，阻帶不能滿(mǎn)足指標(biāo)的要求，在進(jìn)行多次仿真處理后，N=6能滿(mǎn)足指標(biāo)的要求。</p><p>　　2.2.2濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)</p><p>　　在濾波器級(jí)數(shù)確定之后，由理論計(jì)算或查表法可以得出由電感和電容等集總元件構(gòu)成的梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其梯形網(wǎng)絡(luò)如圖3所示：

40、</p><p>　　在此我們通過(guò)查表法來(lái)確定通帶波動(dòng)為0.5dB的歸一化元件值為：g0=1； g1=1.7254；g2=1.2479；g3=2.6064；g4=1.3137；g5=2.4758；g6=0.8696；g7=1.9841。</p><p>　　由 (k=1,3,5…)</p><p>　　(i=2,4,6…)可得</p>&l

41、t;p>　　圖3 歸一化帶通濾波器電路圖</p><p>　　2.3介質(zhì)腔體濾波器的微波實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.3.1介質(zhì)腔體濾波器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4 介質(zhì)腔體濾波器的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4是介質(zhì)腔濾波器的典型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的濾波器計(jì)算簡(jiǎn)單，性能良好，是一種很實(shí)用的微波帶通濾波器。介質(zhì)腔與探針電路

42、裝在封閉的金屬盒內(nèi)，金屬屏蔽盒不僅有防止外界電磁干擾的作用，它與微帶電路基片一起構(gòu)成一段部分填充介質(zhì)的截止波導(dǎo)，適當(dāng)?shù)剡x擇屏蔽盒截面尺寸，使其截止頻率遠(yuǎn)高于濾波器的通帶頻率，則介質(zhì)諧振器與通常空腔諧振器一樣，能夠有選擇地傳遞所需信號(hào)頻率的能量。傳至介質(zhì)諧振器附近的信號(hào)，假如其頻率與介質(zhì)的TE01δ模諧振頻率不一樣，介質(zhì)諧振器不被激勵(lì)，同時(shí)又由于屏蔽盒的截止波導(dǎo)作用，信號(hào)能量不能通過(guò)，這樣就構(gòu)成了濾波器的阻帶。當(dāng)其頻率與介質(zhì)腔TE01δ模

43、的諧振頻率相同時(shí)，濾波器輸出端的介質(zhì)腔被激勵(lì)，此時(shí)介質(zhì)腔等效于一個(gè)磁耦極子發(fā)生耦合，從而進(jìn)行能量傳遞，信號(hào)能量經(jīng)介質(zhì)腔一個(gè)傳至一個(gè)直至最后一個(gè)，再通過(guò)微帶輸出結(jié)構(gòu)，構(gòu)成濾波器的通帶，介質(zhì)諧振器的個(gè)數(shù)選取與通帶特性有關(guān)，圓柱形介質(zhì)腔的TE01δ模Q值很高，諧振曲線可以很尖銳，滿(mǎn)足一定的阻帶衰減，同時(shí)通帶的矩形系數(shù)較好。</p><p>　　2.3.2截止波導(dǎo)尺寸參數(shù)的確定</p><p>　

44、　矩形波導(dǎo)是橫截面為矩形的空心金屬管。在這種單導(dǎo)體的空心波導(dǎo)中不可能存在TEM波，只能存在TE波或TM波，屬于色散導(dǎo)波系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)不同的場(chǎng)分布具有不同的傳播特性，但由于它們都能滿(mǎn)足矩形波導(dǎo)的邊界條件，因此都能獨(dú)立地存在于矩形波導(dǎo)中，于是在矩形波導(dǎo)中便有了TEmn和TMmn兩個(gè)系列無(wú)限多種不同的模式。但是在由TE01δ模諧振器組成的諧振腔濾波器，在波導(dǎo)中就要求只能傳輸TE01δ模式波，這就需要通過(guò)選擇合適的波導(dǎo)尺寸來(lái)截止其他模式波，可通

45、過(guò)下式來(lái)根據(jù)不同模式的截止波長(zhǎng)（λc）mn來(lái)確定所需截止模式對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)尺寸：</p><p>　?。╩,n=0,1,2,…） (2.11)</p><p>　　將m＝0，n＝1， mm，代入式(2.11)，可算得b=25mm，也即只需b<25mm，即可將所有模式的波截止，但考慮到波導(dǎo)尺寸與插損及阻帶有一定的關(guān)系，以及生產(chǎn)實(shí)際及目前小型化對(duì)產(chǎn)品的要求。波導(dǎo)尺寸大，插損會(huì)

46、小，但阻帶可能會(huì)較差，同樣不利于產(chǎn)品小型化；反之，阻帶較好，插損則較大。我們就要在滿(mǎn)足要求的情況下，選擇合適的波導(dǎo)尺寸，因此暫定波導(dǎo)尺寸為a=13mm，b=16mm（考慮到諧振器大小及仿真的可行性后得出的結(jié)論），由于截止波導(dǎo)尺寸對(duì)產(chǎn)品仿真的影響因素是多方面，因此在選擇此尺寸進(jìn)行仿真時(shí)一般不對(duì)其參數(shù)進(jìn)行更改。以后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理化處理后，會(huì)選擇更加合適的尺寸。</p><p>　　2.3.3介質(zhì)諧振器尺寸的確定<

47、;/p><p>　　介質(zhì)諧振器尺寸的選擇是根據(jù)我廠現(xiàn)有產(chǎn)品的頻率，及現(xiàn)有模具我們選用我廠介電常數(shù)為38的394材料做為此介質(zhì)諧振器的材料，此材料具有較高的Q值，選用介質(zhì)諧振器的模具為外徑10.54mm，成瓷后外徑為9mm；支架采用介電常數(shù)為6.5的Z06材料進(jìn)行生產(chǎn)，根據(jù)目前現(xiàn)有模具，選用外徑為4.76mm的模具來(lái)生產(chǎn)支架，成瓷后支架外徑為4mm，高度選為3.5mm。</p><p>　　由介

48、質(zhì)諧振器的頻率可用磁壁法方便地計(jì)算出介質(zhì)諧振器的尺寸，給定諧振波長(zhǎng)λ0，諧振器介電常數(shù)εr，墊片介質(zhì)常數(shù)εs，以及L1、L2、D、a，如圖所示，可算得</p><p><b>　　(2.12)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　圖5 介質(zhì)諧振器尺寸與位置圖</p><

49、p>　　將以上數(shù)據(jù)代入上述式子，可得諧振器的高度為L(zhǎng)＝3.9mm；但由于在仿真過(guò)程中理論計(jì)算值不能滿(mǎn)足指標(biāo)要求，將諧振器高度L改為3.52mm。</p><p>　　由此公式我們可以看出，影響諧振器尺寸的因素有支架高度、支架所用材料、諧振器所用材料、波導(dǎo)尺寸等；同樣，這些因素也就決定了諧振器的頻率，由理論及實(shí)踐可知，支架越高，其頻率越低；諧振器直徑越小，頻率越高，高度越高，頻率越低；諧振器與波導(dǎo)頂?shù)木嚯x越小

50、，諧振器頻率越高等。這些為我們進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)提供了大量的支持，特別是在對(duì)濾波器調(diào)試方面，在我們的諧振器頻率不可能完全一致的情況下，我們可以通過(guò)在波導(dǎo)的頂部加上螺釘來(lái)調(diào)節(jié)振子頻率，使濾波器設(shè)計(jì)合理化、快速化。但螺釘在對(duì)諧振器進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程中，必然導(dǎo)致諧振器的Q值降低，從而使濾波器的插入損耗增加，因此我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要盡量地少用螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就一方面需要我們的諧振器頻率的一致性較好，另一方面，我們?cè)跒V波器設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中要不斷地對(duì)諧振器的

51、參數(shù)進(jìn)行反饋處理，找到諧振器的準(zhǔn)確尺寸，為以后的調(diào)試提供方便。</p><p>　　2.3.4耦合理論參數(shù)確定</p><p>　　諧振器腔體濾波器是通過(guò)諧振器與輸入輸出結(jié)構(gòu)的耦合以及諧振器之間的耦合實(shí)現(xiàn)的，所以耦合的分析是關(guān)鍵。介質(zhì)之間的耦合系數(shù)與它們的距離密切相關(guān)，距離越近，耦合越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)，耦合越弱。所以要制作較寬頻帶的濾波器，必須增加每級(jí)諧振器間的耦合，這樣就要把它們的間距做得較

52、小，相反，要做較窄帶的濾波器，就需要耦合較弱，諧振器間的距離較大。</p><p>　　寬帶耦合輸入結(jié)構(gòu)是濾波器激勵(lì)信號(hào)到第一級(jí)介質(zhì)的耦合結(jié)構(gòu)，而輸出結(jié)構(gòu)則是濾波器的最后一級(jí)介質(zhì)與輸出之間的耦合。我們采了一些特殊方法，使其耦合加強(qiáng)，能達(dá)到較寬的帶寬。由于帶寬較寬，帶內(nèi)波動(dòng)的問(wèn)題亦是調(diào)配時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)，需仔細(xì)調(diào)整才能達(dá)到較好的結(jié)果；反之亦然。</p><p>　　1、介質(zhì)諧振器間的耦合距離&l

53、t;/p><p>　　介質(zhì)諧振器之間的耦合不僅決定著濾波器的帶寬，同樣對(duì)濾波器的駐波、阻帶、插入損耗、通帶波動(dòng)都有著很大的關(guān)系。因此計(jì)算準(zhǔn)確的耦合距離也就至關(guān)重要，下面給出了諧振器間耦合系數(shù)及耦合距離的計(jì)算方法：</p><p>　　通過(guò)求兩個(gè)介質(zhì)諧振器之間的耦合系數(shù)即可得到耦合距離。耦合系數(shù)可用耦合介質(zhì)諧振器的等效電路計(jì)算，也可用微擾法計(jì)算，下面給出了用等效電路導(dǎo)出的計(jì)算公式：</p&

54、gt;<p>　　兩諧振器間的耦合系數(shù)計(jì)算公式為：</p><p>　　( j=1～N-1 ) (2.13)</p><p>　　式中W＝（f2-f1）/f0＝0.416％為濾波器的相對(duì)帶寬。</p><p>　　由前面梯形網(wǎng)絡(luò)的歸一化元件值：g0=1； g1=1.1681；g2=1.4039；g3=2.0562；g4=1.5170

55、；g5=1.9029；g6=0.8618；g7=1.3554。可計(jì)算出各諧振器間的耦合系數(shù)為</p><p>　　K12＝0.00284；K23＝0.00231；K34＝0.00225；K45＝0.00231；K56＝0.00284。</p><p>　　兩諧振器間的耦合距離可用下式計(jì)算：</p><p><b>　　(2.14)</b><

56、;/p><p>　　通過(guò)式(2.14)可計(jì)算出兩諧振器間的距離分別為：S12＝22.81mm；S23＝23.81mm；S34＝23.93mm；S45＝23.81mm；S56＝22.81mm。</p><p>　　螺釘在微波技術(shù)中作為一個(gè)可調(diào)電抗元件，在此種濾波器耦合調(diào)節(jié)中也起著重要的作用，在對(duì)螺釘?shù)纳钊胧窃龃罅苏褡娱g的耦合還是減小振子間的耦合問(wèn)題上，一度在仿真設(shè)計(jì)階段困擾著我們，最初我們一致認(rèn)

57、為螺釘?shù)纳钊胧菧p小振子間的耦合，然后當(dāng)我們?cè)趯?duì)三腔濾波器進(jìn)行仿真時(shí)，加入螺釘，帶寬增加，駐波變高，這一系列的現(xiàn)象說(shuō)明了螺釘是起著增大耦合的作用的，這也為我們?cè)O(shè)計(jì)提供了依據(jù)，在對(duì)理論值進(jìn)行計(jì)算后，我們需對(duì)這個(gè)值加入一定的余量，因?yàn)槲覀儗?duì)諧振器的定位不可能像在電腦上仿真那樣準(zhǔn)確無(wú)誤，加入的余量，我們可以通過(guò)螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)，輕易的實(shí)現(xiàn)濾波器的調(diào)試。</p><p>　　因此我們選擇如下耦合參數(shù)進(jìn)行仿真，S12＝21.95m

58、m；S23＝23.65mm；S34＝23.8mm；S45＝23.65mm；S56＝21.95mm。其仿真結(jié)果在后面有詳細(xì)的說(shuō)明。</p><p>　　圖6 介質(zhì)諧振器耦合距離分布圖</p><p>　　2、輸入輸出與諧振器間的耦合距離</p><p>　　輸入輸出與諧振器間的耦合的方式是多種多樣的，可以用微帶耦合、環(huán)耦合、探針耦合等，在此我們選擇了設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的

59、探針耦合。探針耦合需要注意以下問(wèn)題：探針位置及探針長(zhǎng)度的選擇，探針與諧振器間的耦合距離的確定等。</p><p>　　濾波器終端耦合距離可通過(guò)計(jì)算端頭諧振器的外載Q值而得到。這里給出了等效理想變壓器原理得到的計(jì)算公式</p><p><b>　　(2.15)</b></p><p>　　為所要求的外載Q值。。R2為同軸線特性阻抗。</p&

60、gt;<p>　　通過(guò)計(jì)算可得St＝10</p><p>　　對(duì)于輸入輸出間的耦合由于理論上的不完善性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中基本上是依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行不斷調(diào)整實(shí)現(xiàn)的，在此以理論結(jié)果作參考，實(shí)踐結(jié)論為最終結(jié)果，其仿真結(jié)果為9.8mm。最終確定探針長(zhǎng)度及探針位置為9.8mm。</p><p>　　另外探針的位置和探針的長(zhǎng)度對(duì)濾波器性能也起著重要的作用，根據(jù)理論分析可知，探針應(yīng)處于所在

61、壁的中間位置，當(dāng)然它也隨著振子位置的改變可以有相應(yīng)的調(diào)整；至于探針的長(zhǎng)度對(duì)濾波器性能的影響是非常大的，在大多的文章中，都要求探針長(zhǎng)度h為波導(dǎo)內(nèi)壁寬度b的一半，特別是對(duì)濾波器邊帶的影響，選擇合適的探針長(zhǎng)度，就可以盡量地實(shí)現(xiàn)濾波器邊帶的對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)探針過(guò)長(zhǎng)時(shí)，我們可以看作是輸入與輸出是容性耦合，以致下邊帶較陡峭，上邊帶較平緩；反之則為感性耦合，下邊帶較平緩，上邊帶較陡峭。在大多數(shù)情況下，我們要求濾波器兩邊帶具有對(duì)稱(chēng)性，具有良好的矩形系數(shù)，就要

62、求一邊為感性耦合，一邊為容性耦合，但對(duì)于此產(chǎn)品的耦合是通過(guò)電磁耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，我們很難達(dá)到一邊感性，一邊容性，只有讓感性和容性相一致，從而實(shí)現(xiàn)真正的電磁耦合。因此選擇適當(dāng)?shù)奶结樀拈L(zhǎng)度也是至關(guān)重要的。</p><p>　　3腔體介質(zhì)濾波器的仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1Ansoft　HFSS仿真軟件介紹</p><p>　　Ansoft HFSS是一個(gè)計(jì)算電磁結(jié)構(gòu)

63、的交互軟件包,可分析仿真任意三維無(wú)源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場(chǎng)，可直接得到特征阻抗、傳播常數(shù)、S參數(shù)及電磁場(chǎng)、輻射場(chǎng)、天線方向圖等結(jié)果。該軟件廣泛應(yīng)用于無(wú)線和有線通信、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、雷達(dá)、半導(dǎo)體和微波集成電路、航空航天等領(lǐng)域。它具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　Ansoft重新定義高頻及高速數(shù)位設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　基于三維電磁場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)流程進(jìn)一步縮短高頻設(shè)計(jì)的周期,Ansoft 公司

64、發(fā)布了HFSS的最新版本V9，即基于三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的電子設(shè)計(jì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　全世界成千上萬(wàn)的工程師利用HFSS設(shè)計(jì)最先進(jìn)的電子設(shè)備，例如射頻(RF)和微波部件、天線和天線陣列、高速積體電路、印刷電路板和IC封裝，值得欣慰的是HFSS V9在提高設(shè)計(jì)性能和減少制造成本的同時(shí)，還大大縮短了研制時(shí)間。 </p><p><b>　　概述</b><

65、;/p><p>　　在HFSS的桌面上，你能找到HFSS的全套功能，這是一個(gè)可以完全支持基于三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)的界面。除了直觀的視窗特性外，圖形項(xiàng)目樹(shù)提供了廣為熟知的HFSS設(shè)計(jì)流程的傳統(tǒng)風(fēng)格。利用Ansoftlinks接口，設(shè)計(jì)師可將HFSS和現(xiàn)有的EDA和MCAD設(shè)計(jì)流結(jié)合起來(lái)。利用與 Cadence、Mentor Graphics，Synopsys以及Zuken的接口，還可鏈接到外部的設(shè)計(jì)流，從而支持Hspice、

66、Pspice及Maxwell SPICE 實(shí)現(xiàn)精確的寬帶電路仿真。全參數(shù)化的電路模型還可支持在 Ansoft Disigner和其它電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具中進(jìn)行精確的高頻電路設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　自動(dòng)化</b></p><p>　　HFSS能進(jìn)行全面的全參數(shù)化設(shè)計(jì)，從幾何結(jié)構(gòu)、材料特性到分析、控制及所有后處理。該軟體強(qiáng)大的參數(shù)化三維建模能力和高性能的圖形能

67、力，大大節(jié)省了工程師 的設(shè)計(jì)時(shí)間。直觀的分析設(shè)置和高級(jí)的分析控制確保在全自動(dòng)化方式下獲得設(shè)計(jì)師 所希望的設(shè)計(jì)結(jié)果。利用 Optimetrics可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和參數(shù)化掃描設(shè)計(jì)，且很容易在桌面上同一項(xiàng)目樹(shù)中直接訪問(wèn)進(jìn)入。在優(yōu)化設(shè)計(jì)分析技術(shù)中增強(qiáng)了敏感性分析和統(tǒng)計(jì)分析功能，其利用HFSS參數(shù)化分析能力自動(dòng)設(shè)計(jì)分析制造公差帶來(lái)的性能變化。 </p><p><b>　　用戶(hù)化</b></p&

68、gt;<p>　　HFSS有多個(gè)機(jī)制允許工程師們根據(jù)自己的需要去制作用戶(hù)特定的設(shè)計(jì)流程。視窗、對(duì)話方塊、工具欄、甚至菜單均可被用戶(hù)通過(guò)配量缺省來(lái)支持個(gè)性化參數(shù)定義。 使用者可通過(guò)主菜單、工具欄、項(xiàng)目樹(shù)和文本欄來(lái)靈活操作界面命令。另外，通 過(guò)腳本語(yǔ)言VB和JavaScript全面控制HFSS和專(zhuān)用化定制。腳本也能支持強(qiáng)大的宏記 錄，可以用來(lái)定義參數(shù)化幾何結(jié)構(gòu)，執(zhí)行用戶(hù)分析流程或控制從開(kāi)始到結(jié)束的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。</p&g

69、t;<p>　　3.2腔體介質(zhì)濾波器的工作原理</p><p>　　下面以?xún)汕恢C振器濾波器為例說(shuō)明此種濾波器的工作原理：</p><p>　　由圖我們可以看出，如前面所述，能量是在截止波導(dǎo)中以波的方式經(jīng)探針，由兩個(gè)諧振器，探針依次傳遞過(guò)去，此圖也是判斷濾波器設(shè)計(jì)是否成功的一個(gè)依據(jù)，同樣也為濾波器的設(shè)計(jì)提供了方便，使之更加直觀化，后面在仿真部分我們還會(huì)作進(jìn)一步的分析。</

70、p><p>　　3.3腔體介質(zhì)濾波器仿真過(guò)程</p><p>　　前面已對(duì)濾波器的基本參數(shù)進(jìn)行了分析和計(jì)算，將分析與計(jì)算的數(shù)據(jù)在模型中表現(xiàn)出來(lái)，是仿真的主要工作。而對(duì)波形的分析與模型的修改是設(shè)計(jì)濾波器的關(guān)鍵，也是對(duì)濾波器進(jìn)行調(diào)試的關(guān)鍵。</p><p><b>　　1、繪制仿真模型</b></p><p>　　按照計(jì)算出的數(shù)

71、據(jù)，用ANSOFT仿真軟件繪制仿真模型（如圖7所示），所繪模型和實(shí)物基本一致，設(shè)置模型中所用材料的基本參數(shù)（如介電常數(shù)等），如振子和支架的介電常數(shù)前面已有說(shuō)明，特別需要注意的是矩形波導(dǎo)為良導(dǎo)體，SMA探針的參數(shù)是繪制模型的關(guān)鍵，由于SMA接頭是一個(gè)輸入輸出特性阻抗為50Ω的裝置，也正是這個(gè)接頭才使濾波器能夠與外電路達(dá)到匹配，從而使傳輸功率最大。SMA接頭的設(shè)計(jì)要以實(shí)物為參考，繪出基本結(jié)構(gòu)，并設(shè)置材料的介電常數(shù)，確保輸入輸出特性阻抗為50

72、Ω，使仿真與實(shí)物盡可能的一致。</p><p>　　圖7 濾波器仿真模型圖</p><p><b>　　2、進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)之前我們還需對(duì)仿真的其它參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如仿真的頻率段、仿真精度、仿真步數(shù)、仿真方式等多種參數(shù)，這些參數(shù)決定著仿真的時(shí)間、效率與精度。因此準(zhǔn)確地選擇這些參數(shù)會(huì)給仿真帶來(lái)大大的方便。在

73、對(duì)這些參數(shù)設(shè)置之后就可以對(duì)模型進(jìn)行仿真了。</p><p>　　3、仿真波形的分析與模型的修改</p><p>　　對(duì)仿真波形的分析是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是對(duì)模型進(jìn)行修改的前提，只有準(zhǔn)確地把握波形才能對(duì)模型做出正確的判斷，對(duì)于腔體介質(zhì)濾波器的波形雖然與其它濾波器的波形沒(méi)有太大的區(qū)別，可以準(zhǔn)確地分析出波形的耦合與頻率，但是在對(duì)模型的修改卻是非常困難的，由于此濾波器與其他濾波器在形式和調(diào)試方法上的不一

74、致性，也就使對(duì)此濾波器的修改要有新的思路，前面已提到過(guò)關(guān)于此濾波器耦合上的問(wèn)題，即螺釘對(duì)耦合的影響，而實(shí)際上在此濾波器頻率上的問(wèn)題也是不容忽視的，按照目前我廠的由DRT制作的多腔組合式濾波器，一般來(lái)說(shuō)中間振子的頻率要低于兩邊振子的頻率，而腔體介質(zhì)濾波器卻不同，它要求所有的振子頻率一致，這對(duì)濾波器的調(diào)試也有很大的指導(dǎo)意義。</p><p><b>　　仿真經(jīng)驗(yàn)總結(jié)</b></p>

75、<p>　　由于仿真此種濾波器的難度相對(duì)較大，在仿真過(guò)程中總結(jié)了大量的經(jīng)驗(yàn)：</p><p>　　由2腔、3腔等較簡(jiǎn)單的模型開(kāi)始進(jìn)行仿真，不斷總結(jié)這些模型仿真過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，如螺釘在調(diào)節(jié)耦合是起增耦合還是減耦合作用的問(wèn)題就是通過(guò)簡(jiǎn)單模型的快速實(shí)現(xiàn)來(lái)完成的。</p><p>　　參考多種模型，進(jìn)行大膽猜測(cè)，找到較快捷的設(shè)計(jì)方法，如在確定腔體濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問(wèn)題時(shí)我們參考了大量的模型

76、資料，以求找到增加耦合和減小的耦合的有效方法。</p><p>　　通過(guò)對(duì)濾波器模型的調(diào)整及波形的變化的比較分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)方法，如在設(shè)計(jì)中將某一參數(shù)的變化對(duì)應(yīng)的波形變化通過(guò)手繪，電腦記錄等方法來(lái)找到一套行之有效的調(diào)試方法。</p><p>　　突破現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的束縛，勇于實(shí)踐，大膽猜測(cè)。特別是在對(duì)新一種濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別要注意這一點(diǎn)，在此濾波器的設(shè)計(jì)中，我們突破了螺釘對(duì)耦合影響的概

77、念，擺脫了諧振器頻率排布與濾波器波形關(guān)系的束縛。</p><p>　　經(jīng)過(guò)一段時(shí)間對(duì)此濾波器的了解，在設(shè)計(jì)過(guò)程中慢慢地也掌握了一定規(guī)律，這是此濾波器設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵所在。其仿真波形如下：</p><p>　　圖8 濾波器仿真波形圖</p><p>　　4腔體介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)與調(diào)試</p><p>　　4.1介質(zhì)諧振器與截止波導(dǎo)的生產(chǎn)<

78、/p><p>　　由前面的仿真波形可以看出波形并不完美，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有辦法對(duì)耦合進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷，對(duì)耦合距離一點(diǎn)點(diǎn)的移動(dòng)，都會(huì)對(duì)波形產(chǎn)生較大的影響。在波形不是非常滿(mǎn)意的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，也是考慮到仿真參數(shù)對(duì)波形的影響以及仿真的效率相對(duì)較慢等因素。因此決定在生產(chǎn)調(diào)試產(chǎn)品之后再來(lái)將調(diào)試參數(shù)反饋給模型，以達(dá)到較好的效果。</p><p>　　對(duì)于整個(gè)濾波器的生產(chǎn)，以生產(chǎn)介質(zhì)諧振器和截止波導(dǎo)為主

79、，下面來(lái)詳細(xì)說(shuō)明介質(zhì)諧振器和截止波導(dǎo)的加工過(guò)程。圖9為我廠介質(zhì)諧振器的工藝流程圖，本濾波器中所用諧振器的材料為介電常數(shù)為38的394材料，壓濾也只是針對(duì)A9材料而言的，它的目的是加快干燥速度，而A9材料如果直接在混料后進(jìn)行干燥需要時(shí)間太長(zhǎng)，所以在干燥之前先對(duì)其進(jìn)行壓濾；噴霧造粒也僅是針對(duì)干壓成型而言的，而所有的介質(zhì)諧振器都是干壓成型的；滾磨是所有濾波器和諧振器都需的工序，但是它們的作用是不一樣的，對(duì)于需要電鍍的濾波器，滾磨一方面是為了有

80、利于金屬化，另一方面也是為了防止棱角因摩擦而脫落，而介質(zhì)諧振器經(jīng)過(guò)滾磨一方面是為了厚度研磨盡量避免邊</p><p>　　圖9 介質(zhì)諧振器工藝流程圖</p><p>　　緣破損，另一方面是防止在使用過(guò)程中因碰撞而破損；而對(duì)于厚度的研磨，之所以要分粗磨和精磨是因?yàn)槲覀兯玫脑O(shè)備相對(duì)陳舊，是因?yàn)樵谥C振器加工的一致性方面存在一定的困難，即引起諧振器密度的不一致，也就導(dǎo)致了材料的介電常數(shù)的變化

81、，由式(1.1)及(2.12)可知，當(dāng)介電常數(shù)發(fā)生變化，諧振器的頻率也將變化，要彌補(bǔ)這方面的缺陷就需要在第一次分頻之后將頻率不能達(dá)到所需頻率的諧振器進(jìn)行精磨。粘膠是用黑膠將諧振器與其支架粘在一起，選擇黑膠是因?yàn)槠渚哂辛己玫恼辰Y(jié)力，一般不隨環(huán)境的變化而出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象，前面對(duì)支架高度對(duì)諧振頻率的影響已作介紹，在所不做贅述；回溫處理是對(duì)諧振器性能的測(cè)試，也相當(dāng)于高低溫循環(huán)試驗(yàn)，它用來(lái)測(cè)試諧振器隨溫度的變化系數(shù)；在經(jīng)過(guò)總測(cè)、外觀分選、包裝和QA之

82、后即可出廠。</p><p>　　根據(jù)截止波導(dǎo)材料的要求，我們選用銅作用波導(dǎo)材料，銅具有良好的導(dǎo)電性，用來(lái)做波導(dǎo)具有衰減較小等優(yōu)點(diǎn)，另外我們要求波導(dǎo)壁盡量的光滑，尺寸誤差相對(duì)較小，這都是為了讓產(chǎn)品的一致性達(dá)到最佳。另外我們還需在波導(dǎo)壁上進(jìn)行鍍銀，也是為了讓衰減最小，另外也防止了銅長(zhǎng)期暴露在空氣中氧化。矩形波導(dǎo)零件圖見(jiàn)附錄。</p><p><b>　　4.2濾波器的調(diào)試</

83、b></p><p>　　對(duì)于此濾波器的調(diào)試，我們一方面是根據(jù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中所積累的大量經(jīng)驗(yàn)，另一方面是我們?cè)趯?duì)其它濾波器調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，當(dāng)然我們會(huì)根據(jù)不同的波形來(lái)進(jìn)行調(diào)整。其濾波器調(diào)試主要依靠螺釘來(lái)完成，即通過(guò)螺釘來(lái)調(diào)整頻率與耦合，不同的帶寬我們需要不同的頻率與不同的耦合之間的配合，為了實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的要求，最終將各螺釘?shù)恼{(diào)試長(zhǎng)度確定為S12=5.8mm,S23=4.7mm,S34=4.8mm,S45=4.5mm

84、,S56=6.2mm。</p><p>　　5濾波器測(cè)試結(jié)果及分析</p><p>　　以下是由實(shí)物得出的波形圖，各參數(shù)基本滿(mǎn)足要求，帶寬24.933MHz，中心頻率5.999GHz，插入損耗為-0.75dB，駐波比為1.2，阻帶在f0±50MHz處衰減不小于70dB。</p><p>　　由實(shí)物波形圖與仿真波形圖我們可以清晰地看到，實(shí)物波形圖的阻帶僅能達(dá)