同轴腔体滤波器的温度补偿设计

同轴腔体滤波器的温度补偿设计 nformation&c.mmCal,ons 摘要:同轴腔体滤波器温度补偿设计的主旨思想就是通过 改变谐振杆,调谐螺钉以及腔体之间的开路电容来补偿谐 振杆长度变化带来的影响,使谐振频率近似为常量.设计出 一 种带宽为2496MHz-2602MHz的椭圆型带通滤波器,经 过测试,温度补偿令人满意. 关键词:同轴腔体滤波器.椭圆型滤波器.温度补偿.CST 软件 中图分类号:TN713文献标识码:A 文章编号:1673一l131(2009)03—014—03 一 ,引言 现代无线通信系统的迅速发展,使得频谱资源非常的 紧张.这就要求尽量缩窄信道之间的保护频带最大限度 地利用频谱资源.这也对无线系统中滤波器的选择性提出 了更高的要求,同时也就要求滤波器拥有良好的温度稳定 性.过去,一般采用实验的方法来设计滤波器的温度补偿问 题.现在,随着电磁仿真软件技术的快速发展.可以通过其 准确的建模和仿真,来提高设计的准确性,加快设计时间和 降低研发成本. 在设计中,首先建立腔体滤波器的模型.分析出影响温 度稳定性的各个因素,探讨出合适的补偿方法.再利用电磁 仿真软件CST计算出单个谐振器的谐振频率,从而归纳出谐 振杆等效温度系数与谐振频率,调谐螺钉深度的关系.分析 出最佳的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 .最后以实例说明此种方法的优越性. 二,腔体滤波器的温度补偿原理 同轴腔体滤波器由于结构紧凑,无载Q值高.在现代通 信系统中被广泛采用.所谓同轴腔体滤波器的温度特性主 要是由制造滤波器各个零件的材料温度特性决定的.采用 低热膨胀系数的材料,滤波器可以获得良好的温度特性,但 同时也会带来高额的制造成本.表1是一些常用金属的热膨 胀系数.实际中,通常采用低成本的材料,正确地设计和制 作出理想温度特性的滤波器. 材料名称膨胀系数(ppm/~2) 殷钢O.9 钛8.5 410#不锈钢l0.2 10#钢l2 黄铜l6 7075#铝24 表1 图1 Abstact:Thebasicideaofthetemperaturecompensationforacoxial--cavityfilteristoprovide achangeoftheopen—-end capacitance,formedbetweentherodandthetuningscrewaswellasthebox,tocompensatefort hechangeoftheresonato rodlengthsothattheresonantfrequencyremainsnearlyconstant.Aellipticalband—passfilterfrom2496MHzto2602MHz isdesignedandtestedsatisfactorytemperaturecompensationisobtained. Keywords:coxial-cavityfilter,ellipticalfilter,temperaturecompensation.CST 14羹麟,主凯向釉睦体滤波嘉酌温度偿设讦一…,……… 单个谐振器单元结构如图1.随着温度的改变,谐振器 单元中各个尺寸也会发生变化,从而导致谐振频率的变化. 例如当温度上升时,Hrl的增大使得谐振频率降低.而H的 变化则使得频率升高.这就告诉我们通过改变谐振器与调 谐螺钉间的开路电容,可以很好地补偿谐振器长度变化带 来的影响. 首先我们设定Th是腔体材料的热膨胀系数,Tr是谐振 杆材料的热膨胀系数,Ts是调谐螺钉材料的热膨胀系数. 谐振杆可以采用一种材料,也可以是两种不同材料的零件 组合而成.当采用两种不同材料组合而成时,整个谐振器的 等效膨胀r与两种材料的属性和长度有以下关系: TrHr=-T订Hr1+r2Hr2(式一) Trl,Tr2分别对应两种不同材料的热膨胀系数;Hrl, Hr2分别为两种不同材料制出的谐振杆零件高度,它们的直 径是相同的:Hr是谐振杆的总高度.通过不同的材料及不同 的尺寸比例,根据式一,我们可以获得多种谐振杆等效热膨 胀系数. CSTMicrowaveStudio是为快速.精确仿真电磁场高 频问题而专门开发的EDA_I具.利用它,我们能够准确地得 到单个谐振器的谐振频率随调谐螺钉变化的曲线.根据温 度变化量和材料的热膨胀系数我们可以算出谐振器单元内 各主要尺寸的变化量.同时再根据这些尺寸利用CST计算 出相应的频率变化量.然后可以将这些数据转化为谐振器 等效温度系数随频率及调谐螺钉深度变化关系曲线,如图 2.对应图2的谐振器腔体尺寸是40+40*30mm:谐振杆高度 27ram, 半径6.7mm;调谐螺钉规格是M5.谐振杆分别采用 10#钢和殷钢制作,调谐螺钉和腔体分别采用黄铜,7075# 铝.从中我们可以发现当谐振螺钉落在谐振杆外时,如果 增加调谐螺钉深度即增~I]Hs,整个谐振器的等效温度系 数将开始下降,甚至是负值.当调谐螺钉伸入谐振杆内时, 等效温度系数将会上升.这也就是说,对于给定尺寸的谐 蓦 二 工 t'4 舌 龉 鬓按 调谐螺钉长度Hs(一n) 图2 _壬甑7询辐j瞌体瓣菠幕荫温度设讦 p 0 + ^ N 工 ,一 静 j錾 调谐螺钉长度Hs(nn) 图3 振器.我们可以在两个谐振频率上获得极好的温度补偿效 果.当选择螺钉处于谐振杆外时设计滤波器.可以获得较高 的Q值而选择螺钉进入谐振杆内时设计滤波器.它可以获 得更加紧凑的结构. 三,设计实例 现在我们采用上述的方法设计一只8级椭圆型滤波器 的温度补偿.这个滤波器的腔体采用7075#铝制作.调谐 螺钉采用黄铜.内部的电耦合通过耦合棒来实现,而磁耦 合通过耦合窗口,并用调谐螺钉实现微调.滤波器带宽是 2496~2602MHz.为了提高谐振器的无载Q值最大限度地降 低滤波器通带内差损,我们选择调谐螺钉在谐振杆外进行 温度补偿设计.单个谐振腔尺寸为2221+19.5ram.谐振杆 直径6ram,调谐螺钉规格是M4.图3是该单元谐振器的等 效温度系数仿真图.从曲线中.我们可以发现:当谐振杆等 效热膨胀系数在时,在中心频率2555MHz左右可以获得较 好的温度特性.所以设计出谐振杆是由铝制成的2mm谐振 杆和10??钢制成的14.5ram谐振杆组合而成.这样可以使谐 振杆等效热膨胀系数在12ppm/.c左右.图4与图5是该滤波 器分别在25.C和80?状态下的$21及S11曲线.从边带的抑 制点我们可以计算出该滤波器在25~80.c内的频率漂移大 约是一500kHz(负号表示在温度升高时,频率向下偏移).对 应温度系数是-3.55ppm/.C,这只滤波器的温度稳定性是非 常理想的. 四,结论 利用先进的全波仿真软件对单个谐振器的谐振频率随 温度变化量进行计算,得出准确的谐振器等效温度系数与 频率的关系曲线,再选择好合适的谐振杆制作材料,可以迅 速准确地设计出具有良好温度特性的同轴腔体滤波器. _一瞰15 ^p\,Q廿)巅嗡越赠蔌擀 ^p\,ad)赫峨醚璃揆静 communications 图4(+25?) 图5(+80?) 参考文献 [1】甘本祓,吴万春:(《现代微波滤波器的结构与设 计》,科学出版社,1973 [2】DanielG.Swanson,JrWolfgangJ.R.Hoefer: ((MicrowaveCircuitModelingUsingElectromagnetic FieldSimulation)) [3]T.S.Saad."DoublyCompensatedTunableCavity." Mar.1953[T-MTT] [4】Hui-WenYaoandA.E.Atia."Temperature characteristicsofcomblineresonatorsandfilters."2001 MTT-SInternationalMicrowaveSymposiumDigest01.3 【5】GeorgeL.Matthaei,LeoYoung:((Microwave Filters,Impedance—matchingNetworks,andcoupling structures 作者简介 王凯(1978一),男,汉族.合肥工业大学工程硕士,方向 为无线通信系统. (上接第13页) [2]WangPing-Ying.Chaosinphaselockedloop[C]. VLSIDesign,AutomationandTest,TAIWAN,2006: Proceedingsofthe2006IEEEInternationalSymposiumon, 2006.1-2. [3]EndoT,YokotaJ.Generationofwhitenoiseby usingchaosinpracticalphase?lockedloopintegrated circuitmodule[C】.CircuitsandSystems,USA,2007, Proceedingsofthe2007IEEEInternationalSymposiumon, 2007.201—204. [4】谭永明邓立虎三角形取样鉴相数字合成器锁相环 中的混沌[J].电子科技大学,2005,34(03):300—303. [5】张政伟李宏.基于锁相环混沌同步[J].电子测量技 术,2004,(05):56—56. [6]谭永明.取样锁相环中的奇异吸引子及混沌[J】.东莞 理工学院,2001,8(01):1—4. [7]张厥盛等.锁相环频率合成器[M】.北京:电子工业出 版社,1997. 作者介绍 王磊(1984一),男,湖北恩施人,硕士,主要研究方向 为控制理论与控制工程, 刘振兴(1965一),男,湖南桃江人,教授,博士,主要研 究方向为控制理论及应用,新型电力传动系统,故障诊断 技术与应用以及信号与信息处理. 16l毯豳善威崾鲼隧垂曼E二二二二二二二二二二