江 燕，廖 伟，唐冬生（同方电子科技有限公司，江西 九江 332100）
摘 要为了进步无线电通信设备的抗干扰才能，规划了一种宽带螺旋带通滤波器，论述了螺旋谐振腔的原理，运用ADS仿真软件进行仿真剖析。根据仿真波形，对各参数进行调整，确认结构参数，运用HFSS仿真软件树立滤波器模型。选用网络剖析仪调试电路，得到了抱负的滤波器波形。
关键词：螺旋带通滤波器；ADS仿真软件；HFSS仿真软件
0 导言
跟着无线电通信技能的快速开展，短波频率资源严峻匮乏，多频率作业比较遍及，因而滤波器的规划和运用尤为重要。带通滤波器对信号频率具有选择性，在电路中起到选频和分频的效果，杰出的带外按捺才能和通带损耗能更好地进步射频电路功能。短波带通滤波器有许多类型，其间晶体滤波器、声表滤波器、LC滤波器运用较多，各自均有优缺陷。本文介绍的45MHz带通滤波器选用螺旋滤波器和‘开窗’耦合办法完成。螺旋滤波器是一种腔体结构，由多个腔体构成，每个腔体便是一个由螺旋状的金属线和空腔组成的谐振器，各个空腔谐振器之间通过“开窗”进行信号的耦合，构成了特定频率的信号传输通道。螺旋滤波器具有体积小、无载Q值高、加工简单等长处。
1 组成及原理
1.1 组成
带通滤波器由4个腔体构成，每个腔体由螺旋谐振腔1、谐振线圈2、调谐螺钉3、耦合螺钉4、骨架5组成，如图1所示。
1.2 螺旋滤波器原理
螺旋滤波器是螺旋谐振器滤波器的简称，选用螺旋谐振器来完成耦合谐振器滤波器中的并联谐振回路。特点是：较窄的相对带宽，低插入损耗、体积小和制造简单等。
螺旋谐振器类似于四分之一波长的同轴线谐振器，根据式 [1] 可得λ/4 =1.667米，45MHz的同轴线谐振器尺度太大。而选用螺旋谐振器体积上可以比同轴线谐振器小许多且能坚持较高无载Q值。
其间 V 为光速（30万km/s）；f为谐振频率（45MHz）；λ为波长。
螺旋谐振器关闭在屏蔽空间内，为削减金属损耗屏蔽盒一般选用镀银工艺。谐振频率遵从公式2 [2] ：
螺旋谐振器分为圆腔和方腔办法，其理论核算有所区别。现在广泛选用的是方腔的办法。
1.2.1 原理规划与仿真
归纳考虑规划要求后，选用了别离元件与螺旋谐振器混合规划办法，根据滤波器的衰减特性，确认四级谐振单元可以满意规划方针。
关于螺旋滤波器结构，因为腔内螺旋导线的存在，给出的边界条件杂乱，用电磁场和电磁波的办法进行剖析、规划比较困难。本文中选用原型电路规划法，将螺旋滤波器中的一个谐振腔当作一个LC的会集参数单元，4个串联腔体的滤波器等效成会集参数电路，运用ADS仿真软件 [3] 树立如图2所示的原理仿真图，并得到如图3所示的数据成果。
ADS原理仿真成果满意规划要求。原理仿真选用了4个螺旋谐振器完成滤波器规划，且可以得到 △f 3dB 为2.6MHz。
1.2.2 螺旋谐振器理论核算
根据最平缓切比雪夫型滤波器的规划理论 [1] ：
其间K 0 为校对系数 [1] ；
q min 为谐振器归一化的最小质量要素 [1] 。
其间n为谐振器数量。
根据规划方针要求为插损≤1.5dB，根据方针冗余规划在理论核算时插损按≤1.2dB规划：
根据式（3）可得：U=8.76；
根据式（5）可得：Q min =45；
根据式（4）可得： Q0=395。
螺旋谐振器选用方腔办法，内部外表要求润滑，以下办法核算螺旋腔体结构尺度。
依 据 方 形 螺 旋 腔 体 最 佳 无 载 Q 0 设 计 原 则 式（6）～（9） [1] ：
其间S为屏蔽盒的内壁边长（cm），d为螺旋管的均匀直径（cm），H为屏蔽盒的内部高度（cm），b为螺旋管的长度（cm）， f0单位为MHz。
得出：螺旋谐振器尺度为： S ＝2.45cm， d ＝1.62cm，b＝2.43cm，H＝3.9cm；
1.2.3 三维模型规划与仿真
根据理论核算的结构尺度数据且运用HFSS仿真软件树立三维电磁场仿真模型 [4] 。如图4所示。
4个螺旋谐振器之间选用‘开窗’耦合的办法，且运用顶部螺杆操控耦合相邻谐振器间的耦合量。在线圈中部设有谐振频率调谐螺杆完成滤波器频率调理。仿真数据如图5所示。
2 滤波器什物
2.1什物外形
根据三维仿真模型的尺度规划螺旋谐振器腔体，详细外形如图6所示。
2.2什物规划
什物结构资料选用铜，其具有杰出的导电性和热膨胀系数。根据结构强度和调整螺杆螺纹需求留取必定壁厚。螺旋滤波器外部和内部均进行了镀银处理，外表确保平坦光亮。每个螺杆均运用螺母和齿状垫圈完成‘锁死’定位。
为了削减射频损耗采取了几个办法：
1）腔体资料选用铜且内部外表选用镀银工艺；
2）螺杆均选用镀银螺杆，且规划时尽量处于螺旋线圈和耦合‘窗口’中部；
3）螺旋线圈射频损内部骨架选用聚四氟乙烯资料，利于加工且介电常数小；
4）螺旋线圈选用镀银铜线；
5）全体结构选用一体化成形，不能组装。
2.3什物测验方针
上述规划在什物调试过程中存在一些误差但不影响全体功能，得到如图7所示的什物丈量曲线和如表3所示的测验数据值。
通过高低温实验测验；
损耗和选择性没有发生改变。
3 规划方针
1）中心频率：45MHz；
2）最大输入功率：20dBm；
3）驻波比：≤2.0；
4）1dB带宽：（44～46）MHz；
5）插损：≤1.5dB；
6）选择性：≥10dB（违背f 0 +2MHz以外）；
7）作业温度：﹣40℃～85℃。
8）插损改变：±0.5dB（作业温度范围内）；
9）选择性改变：±1dB（作业温度范围内）；
4 定论
该螺旋滤波器具有选择性高、损耗小、稳定性强的长处。可以对短波接收机中频带外信号杂散有用按捺，其弥补了晶体滤波器带宽窄、声表滤波器损耗大和频率高的缺陷。该螺旋滤波器是短波宽带超外差接收机的重要模块，为接收机广泛运用于杂乱电磁环境供给支撑，使其具有杰出的运用远景。
参考文献
[1] 成都电讯工程学院 七系.LC滤波器和螺旋滤波器的规划[M].北京：人民邮电出版社，1978.
[2] Ludwig R.，Bogdanov，G.射频电路规划：理论与运用：第2版[M]，王子宇，王心悦，等译.北京：电子工业出版社，2013.[M].北京：电子工业出版社，2013.
[3] 徐兴福 .ADS2008 射频电路规划与仿真实例：2版[M].北京：电子工业出版社，2013.
[4] 冯奎胜，李娜，李劲 .Ansoft HFSS入门教程与仿真实例[M].北京：电子工业出版社，2013.
作者简介
江燕(1981—)，女，江西宜春人，同方电子科技有限公司工程师，研讨方向为电子线路和无线电通信。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第44页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
