332MHz螺旋滤波器的设计

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滤波器可分离信号,均衡所使用频带的幅度、相位特性,有效抑制干扰,是通信导航设备影响灵敏度、选择性等指标的关键元件,被广泛应用于通信、导航、测量等各类电子设备中。螺旋滤波器因其体积小、功率大的特点,在10MHz~1200MHz频率范围内得到广泛应用。LC滤波器广泛应用于1kHz~100MHz频段内,当频率大于100MHz时,分布参数影响严重,LC滤波器的插损变大,且Q值较低。LC滤波器原理是其它形式滤波器的基础。螺旋滤波器的实现频率在10MHz~1200MHz之间,无载Q值约为1000左右,可以克服LC滤波器的缺点。本文介绍了LC滤波器的原理,对网络综合法的设计方法及其优点进行说明,总结了LC低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的设计流程,给出了LC带通滤波器的设计实例。介绍了窄带耦合谐振器实现窄带带通滤波器的方法,此方法适合于Q值为10或者更大的滤波器,对电容耦合电路和电感耦合电路原理进行了介绍,对欠耦合、过耦合及临界耦合现象出现的原因进行了分析,给出了欠耦合、过耦合及临界耦合三种耦合现象的响应曲线,给出了临界耦合的元件取值及谐振器间耦合调试方法,这些耦合理论同样适用于螺旋滤波器。阐述了谐振器和螺旋谐振器原理,给出了滤波器网络的耦合矩阵综合方法。设计了螺旋滤波器,利用HFSS软件建立滤波器模型,并进行仿真、分析。采用本征模求解方式,对单个谐振腔的本征频率进行仿真;采用模式驱动求解方式,对整个滤波器的性能进行仿真,根据仿真波形,对各参数进行调整,确定结构参数。采用网络分析仪调试滤波器,得到了理想的波形,总结了调试方法。本文设计的滤波器中心频率332MHz±0.4MHz,插入损耗≤3dB,3dB带宽≥10MHz,20dB带宽≤17.5MHz,带内不平度≤2.5dB,驻波系数≤2,输入输出阻抗标称值为50Ω。采用传统的LC滤波器,元件值太小,工程上实现不了,而微波滤波器又尺寸太大,因此采用螺旋滤波器来实现。本文设计的332MHz螺旋滤波器是一款小型化滤波器,腔体尺寸长3宽3高仅为64mm316 mm326 mm。
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