原標(biāo)題：45MHz寬帶螺旋帶通濾波器研究設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)背景與目標(biāo)

隨著無線電通信技術(shù)的快速發(fā)展，短波頻率資源匱乏，多頻率工作普遍，濾波器的設(shè)計(jì)和使用尤為重要。45MHz寬帶螺旋帶通濾波器旨在提高無線電通信設(shè)備的抗干擾能力，其設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：

• 中心頻率：45MHz

• 最大輸入功率：20dBm

• 插損：≤1.5dB

• 選擇性：≥10dB（偏離f0+2MHz以外）

• 工作溫度：-40℃～85℃

• 插損變化：±0.5dB（工作溫度范圍內(nèi)）

• 選擇性變化：±1dB（工作溫度范圍內(nèi)）

二、濾波器結(jié)構(gòu)與原理

1. 組成：

• 濾波器由4個(gè)腔體構(gòu)成，每個(gè)腔體由螺旋諧振腔、諧振線圈、調(diào)諧螺釘、耦合螺釘、骨架組成。

• 螺旋濾波器采用“開窗”耦合方式，各個(gè)空腔諧振器之間通過“開窗”進(jìn)行信號的耦合，構(gòu)成特定頻率的信號傳輸通道。

2. 原理：

• 螺旋濾波器采用螺旋諧振器來實(shí)現(xiàn)耦合諧振器濾波器中的并聯(lián)諧振回路。

• 螺旋諧振器類似于四分之一波長的同軸線諧振器，但體積更小且能保持較高無載Q值。

• 螺旋諧振器封閉在屏蔽空間內(nèi)，為減少金屬損耗，屏蔽盒一般采用鍍銀工藝。

三、設(shè)計(jì)步驟與方法

1. 原型電路設(shè)計(jì)法：

• 將螺旋濾波器中的一個(gè)諧振腔看成一個(gè)LC的集中參數(shù)單元，4個(gè)串聯(lián)腔體的濾波器等效成集中參數(shù)電路。

• 利用ADS仿真軟件建立原理仿真圖，并根據(jù)仿真波形對各參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確定結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2. 螺旋諧振器理論計(jì)算：

• 依據(jù)最平和切比雪夫型濾波器的設(shè)計(jì)理論，計(jì)算螺旋諧振器的尺寸和參數(shù)。

• 螺旋諧振器采用方腔形式，內(nèi)部表面要求光滑，以減少射頻損耗。

3. 三維電磁場仿真：

• 利用HFSS仿真軟件建立濾波器模型，進(jìn)行三維電磁場仿真分析。

• 根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4. 實(shí)物制作與調(diào)試：

• 依據(jù)三維仿真模型的尺寸設(shè)計(jì)螺旋諧振器腔體，實(shí)物結(jié)構(gòu)材料采用銅，具有良好的導(dǎo)電性和熱膨脹系數(shù)。

• 螺旋濾波器外部和內(nèi)部均進(jìn)行鍍銀處理，表面保證平整光潔。

• 采用網(wǎng)絡(luò)分析儀調(diào)試電路，得到理想的濾波器波形。

四、性能優(yōu)化措施

1. 減少射頻損耗：

• 腔體材料采用銅且內(nèi)部表面采用鍍銀工藝。

• 螺桿均采用鍍銀螺桿，且設(shè)計(jì)時(shí)盡量處于螺旋線圈和耦合“窗口”中部。

• 螺旋線圈射頻損內(nèi)部骨架采用聚四氟乙烯材料，利于加工且介電常數(shù)小。

• 螺旋線圈采用鍍銀銅線。

2. 提高穩(wěn)定性：

• 整體結(jié)構(gòu)采用一體化成形，不能拼裝。

• 每個(gè)螺桿均利用螺母和齒狀墊圈實(shí)現(xiàn)“鎖死”定位。

五、性能測試與驗(yàn)證

1. 頻率響應(yīng)測試：

• 檢測濾波器在不同頻率下的頻率響應(yīng)性能，觀察通帶增益、截止頻率、通帶衰減、阻帶衰減等參數(shù)。

2. 插入損耗測試：

• 測試濾波器引入的信號衰減情況，確保插損滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 阻帶抑制測試：

• 通過檢測在阻帶內(nèi)對信號的抑制能力，評估濾波器的阻帶抑制性能。

4. 溫度穩(wěn)定性測試：

• 在不同溫度下測試濾波器的性能，確保其在工作溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定。