原標題：45MHz寬帶螺旋帶通濾波器研究設計

一、設計背景與目標

隨著無線電通信技術的快速發展，短波頻率資源匱乏，多頻率工作普遍，濾波器的設計和使用尤為重要。45MHz寬帶螺旋帶通濾波器旨在提高無線電通信設備的抗干擾能力，其設計目標包括：

• 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）

• 選擇性變化：±1dB（工作溫度范圍內）

二、濾波器結構與原理

1. 組成：

• 濾波器由4個腔體構成，每個腔體由螺旋諧振腔、諧振線圈、調諧螺釘、耦合螺釘、骨架組成。

• 螺旋濾波器采用“開窗”耦合方式，各個空腔諧振器之間通過“開窗”進行信號的耦合，構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現耦合諧振器濾波器中的并聯諧振回路。

• 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，為減少金屬損耗，屏蔽盒一般采用鍍銀工藝。

三、設計步驟與方法

1. 原型電路設計法：

• 將螺旋濾波器中的一個諧振腔看成一個LC的集中參數單元，4個串聯腔體的濾波器等效成集中參數電路。

• 利用ADS仿真軟件建立原理仿真圖，并根據仿真波形對各參數進行調整，確定結構參數。

2. 螺旋諧振器理論計算：

• 依據最平和切比雪夫型濾波器的設計理論，計算螺旋諧振器的尺寸和參數。

• 螺旋諧振器采用方腔形式，內部表面要求光滑，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，進行三維電磁場仿真分析。

• 根據仿真數據，進一步優化濾波器的結構參數。

4. 實物制作與調試：

• 依據三維仿真模型的尺寸設計螺旋諧振器腔體，實物結構材料采用銅，具有良好的導電性和熱膨脹系數。

• 螺旋濾波器外部和內部均進行鍍銀處理，表面保證平整光潔。

• 采用網絡分析儀調試電路，得到理想的濾波器波形。

四、性能優化措施

1. 減少射頻損耗：

• 腔體材料采用銅且內部表面采用鍍銀工藝。

• 螺桿均采用鍍銀螺桿，且設計時盡量處于螺旋線圈和耦合“窗口”中部。

• 螺旋線圈射頻損內部骨架采用聚四氟乙烯材料，利于加工且介電常數小。

• 螺旋線圈采用鍍銀銅線。

2. 提高穩定性：

• 整體結構采用一體化成形，不能拼裝。

• 每個螺桿均利用螺母和齒狀墊圈實現“鎖死”定位。

五、性能測試與驗證

1. 頻率響應測試：

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

2. 插入損耗測試：

• 測試濾波器引入的信號衰減情況，確保插損滿足設計要求。

3. 阻帶抑制測試：

• 通過檢測在阻帶內對信號的抑制能力，評估濾波器的阻帶抑制性能。

4. 溫度穩定性測試：

• 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性能穩定。