專利名稱：Vhf/uhf電可調(diào)諧濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)中的濾波器，特別涉及一種電可調(diào)諧的濾波器。
背景技術(shù)：
電可調(diào)諧濾波器能提高通信質(zhì)量，改善通信系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備與其它分系統(tǒng)的電磁兼容工作，且頻率連續(xù)可調(diào)，是大型通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵件之一，屬軍事禁運(yùn)物品。實(shí)現(xiàn)電可調(diào)諧濾波器的技術(shù)有很多，但無論采用哪種技術(shù)都要求調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧速度快，而且在調(diào)諧頻率的范圍內(nèi)濾波器的響應(yīng)形狀要保持不變。
自60年代起，隨著軍事電子領(lǐng)域的需求不斷提高，電可調(diào)諧濾波器有了很大的發(fā)展。美國(guó)K&L公司推出了高性能指標(biāo)的VHF和UHF電可調(diào)諧濾波器(http//www.klmicrowavechina.com/products/mfa/hbtm.html)，但是該VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器的矩形系數(shù)指標(biāo)不太理想。TCD/TCK型可調(diào)帶通濾波器的功率容量不太高(http//www.telonicberkeley.com/tcs.html)。學(xué)術(shù)界也對(duì)電可調(diào)諧濾波器進(jìn)行了研究，如Torregrosa-Penalva，G.，Lopez-Risueno，G.and Alonso，J.I.，″Asimple method to design wide-band electronically tunable comb line filters，″IEEE Trans.Microwave Theory Tech.，vol.50，No.1，PP.172-177，Jan.2002提出的寬帶可調(diào)梳狀線濾波器和Fabre，A.，Saaid，O.，Wiest，F(xiàn).andBoucheron，C.，″High-frequency high-Q BiCMOS current-mode bandpassfilter and mobile communication application，″IEEE Journal of Solid-StateCircuits，vol.33，No.4，pp.614-625，Apr.1998提出的用于移動(dòng)通信的高頻、高品質(zhì)因素的帶通濾波器。專利US2003008617-A1；JP2003023363-A介紹了用于通訊設(shè)備，特別是用于窄頻率范圍無線通訊系統(tǒng)的可調(diào)帶通濾波器，該濾波器是通過調(diào)整加在變?nèi)荻O管兩端的電壓來改變電容，從而控制頻率。然而在窄帶(＜2％)調(diào)諧情況下，諧振元件尤其是變?nèi)莨芙Y(jié)電容的溫度漂移嚴(yán)重影響頻率的調(diào)諧?？v上所述，當(dāng)前VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器的主要不足在于頻率調(diào)諧的精度以及控制定位等方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，針對(duì)當(dāng)前VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器的不足，提高頻率調(diào)諧精度和控制定位準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，由濾波器主體和驅(qū)動(dòng)與控制兩部分組成，其特征在于(1)濾波器主體為含有可變電容器的多級(jí)腔體，包括腔體、定片、動(dòng)片、主軸，腔體為M個(gè)并置，每個(gè)腔體內(nèi)均容有數(shù)量為N的定片和數(shù)量為N+1的動(dòng)片，動(dòng)片固定在主軸上，主軸穿越M個(gè)腔體，M、N為自然數(shù)；(2)驅(qū)動(dòng)與控制部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、光電編碼器和主控板；光電編碼器和主軸連在一起；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由主控板上的CPU控制、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)通過齒輪和光電編碼器齒輪相噬和，從而連接主軸；主控板上具有CPU和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中存有與頻率對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，CPU判斷并分析接收到的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中查詢此時(shí)待調(diào)諧到的頻率所對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，同時(shí)讀取光電編碼器的角度值進(jìn)行對(duì)比，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，其進(jìn)一步特征在于所述M＝2～6，所述N＝3～10。
對(duì)VHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為4600時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，可調(diào)電容器調(diào)諧頻率和光電編碼器角度數(shù)值之間的關(guān)系為


對(duì)UHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為3650時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，可調(diào)電容器調(diào)諧頻率和光電編碼器角度數(shù)值之間的關(guān)系為

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)可調(diào)諧濾波器主體的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸上的動(dòng)片發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得可變電容器的動(dòng)片與定片的相對(duì)角度發(fā)生變化，諧振腔內(nèi)LC諧振元件的電容C值也跟著變化，這樣就使諧振腔的諧振頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了頻率的調(diào)諧；根據(jù)諧振頻率與電容的關(guān)系，找到對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，使得多個(gè)可變電容器的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)能滿足濾波器中心頻率調(diào)節(jié)的要求，通過光電編碼器實(shí)時(shí)讀取可變電容器的旋轉(zhuǎn)角度，微處理器對(duì)調(diào)諧電容的角度進(jìn)行定位，然后將角度信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)，實(shí)現(xiàn)中心頻度精確控制的。體現(xiàn)本發(fā)明總體思路的原理框圖如圖1所示，有效解決了電可調(diào)諧濾波器在頻率調(diào)諧的精度、控制定位等方面的不足。


圖1本發(fā)明的原理框圖；圖2本發(fā)明的濾波器主體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)與控制部分示意圖；圖4本發(fā)明的調(diào)試系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的濾波器主體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括腔體1、定片2、動(dòng)片3、主軸4等部分。濾波器主體采用“多級(jí)腔體可調(diào)諧濾波器”方案，并利用可變電容器來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧。其中，腔體1的動(dòng)片固定在主軸上。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)可調(diào)諧濾波器主體的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主軸上的動(dòng)片發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得可變電容器的動(dòng)片與定片的相對(duì)角度發(fā)生變化。當(dāng)動(dòng)片與定片的相對(duì)角度發(fā)生變化時(shí)，諧振腔內(nèi)LC諧振元件的電容C值也跟著變化，這樣就使諧振腔的諧振頻率發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了頻率的調(diào)諧。根據(jù)諧振頻率與電容的關(guān)系，找到對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，使得多個(gè)可變電容器的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)能滿足濾波器中心頻率調(diào)節(jié)的要求。
如圖3所示，驅(qū)動(dòng)與控制部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路5、步進(jìn)電機(jī)6、光電編碼器7和主控板8，其中，高分辨率的光電編碼器和腔體主軸連在一起，直接對(duì)主軸進(jìn)行跟蹤定位，避開了傳動(dòng)環(huán)節(jié)引入的一切誤差，這就有效地保證了對(duì)調(diào)諧電容器轉(zhuǎn)角的精確定位，從而保證了可調(diào)諧濾波器調(diào)諧頻率的準(zhǔn)確性。利用圖4所示的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行濾波器數(shù)據(jù)分析擬合，計(jì)算出一組頻率與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主控板的存儲(chǔ)器中。當(dāng)電可調(diào)諧濾波器接收到外部調(diào)諧信號(hào)時(shí)，主控板上的CPU判斷并分析接收到的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中查詢此時(shí)將要調(diào)諧到的頻率所對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，CPU控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)讀取光電編碼器的角度值進(jìn)行對(duì)比，并進(jìn)行修正，直到轉(zhuǎn)動(dòng)角度偏差最小為止，此時(shí)濾波器就調(diào)諧到所要求的中心頻率。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為五級(jí)腔體，腔體內(nèi)定片數(shù)量為6，動(dòng)片數(shù)量為7的可調(diào)諧濾波器，驅(qū)動(dòng)與控制部分可采用高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、光電編碼器和主控電路板，例如美國(guó)IMS公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IM483、意大利MAE步進(jìn)電機(jī)、14位分辨率的KRE58型絕對(duì)型光電編碼器。主控電路板的實(shí)現(xiàn)可基于ATMEL公司的C51單片機(jī)技術(shù)或者TI公司54系列的DSP技術(shù)。
用于本發(fā)明的調(diào)試系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)分析儀和PC機(jī)，如圖4所示。其中，網(wǎng)絡(luò)分析儀可采用ADVENTEST公司的R3767CG型或者Agilent公司的E5071B型網(wǎng)絡(luò)分析儀。利用該調(diào)試系統(tǒng)，即可測(cè)試出光電編碼器初始數(shù)值對(duì)應(yīng)的一個(gè)頻率；PC機(jī)發(fā)出指令，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器從初始數(shù)值變?yōu)樾碌臄?shù)值，網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)出和此數(shù)值對(duì)應(yīng)的頻率；繼續(xù)此測(cè)試過程，即可測(cè)出一組光電編碼器數(shù)值和調(diào)諧頻率之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)。對(duì)VHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為4600時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下所示VHF電調(diào)諧濾波器頻率和光電編碼器數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系


對(duì)UHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為3650時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，可調(diào)電容器調(diào)諧頻率和光電編碼器角度數(shù)值之間的關(guān)系為UHF電調(diào)諧濾波器頻率和光電編碼器數(shù)值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

其中心頻率范圍、插入損耗、矩形系數(shù)、駐波系數(shù)及帶外抑制等各項(xiàng)性能指標(biāo)均已達(dá)到很高的要求。在國(guó)外，只有美國(guó)幾家公司研制了同類型產(chǎn)品(如K&L公司)。在本發(fā)明研制前，國(guó)內(nèi)沒有單位從事過該方向的研究。下表比較了本發(fā)明和其他產(chǎn)品的性能。
表1VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器的性能比較


由上面的參數(shù)對(duì)比可知，本發(fā)明的VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器在頻率調(diào)諧的精度以及控制定位方面明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，由濾波器主體和驅(qū)動(dòng)與控制兩部分組成，其特征在于(1)濾波器主體為含有可變電容器的多級(jí)腔體，包括腔體、定片、動(dòng)片、主軸，腔體為M個(gè)并置，每個(gè)腔體內(nèi)均含有數(shù)量為N的定片和數(shù)量為N+1的動(dòng)片，動(dòng)片固定在主軸上，主軸穿越M個(gè)腔體，M、N為自然數(shù)；(2)驅(qū)動(dòng)與控制部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、光電編碼器和主控板；光電編碼器和主軸連在一起；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由主控板上的CPU控制、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)通過齒輪和光電編碼器齒輪相噬和，從而連接主軸；主控板上具有CPU和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中存有與頻率對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，CPU判斷并分析接收到的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中查詢此時(shí)待調(diào)諧到的頻率所對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，同時(shí)讀取光電編碼器的角度值進(jìn)行對(duì)比，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，其特征在于所述M＝2～6，所述N＝3～10。
3.如權(quán)利要求1或2所述的VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，其特征在于對(duì)VHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為4600時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，可調(diào)電容器調(diào)諧頻率和光電編碼器角度數(shù)值之間的關(guān)系為
；對(duì)UHF電可調(diào)諧濾波器，當(dāng)光電編碼器初始角度數(shù)值為3650時(shí)，對(duì)應(yīng)的是調(diào)諧頻率的低端，可調(diào)電容器調(diào)諧頻率和光電編碼器角度數(shù)值之間的關(guān)系為
。
全文摘要
VHF/UHF電可調(diào)諧濾波器，屬于通信系統(tǒng)中的濾波器，針對(duì)當(dāng)前電可調(diào)諧濾波器的不足，提高頻率調(diào)諧精度和控制定位準(zhǔn)確度；本發(fā)明由濾波器主體和驅(qū)動(dòng)與控制兩部分組成，濾波器主體為含有可變電容器的多級(jí)腔體，腔體為M個(gè)并置，每個(gè)腔體內(nèi)均容有數(shù)量為N的定片和動(dòng)片，動(dòng)片固定在主軸上，主軸穿越M個(gè)腔體，M、N為自然數(shù)；驅(qū)動(dòng)與控制部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)、光電編碼器和主控板；主控板上具有CPU和存儲(chǔ)器，CPU判斷并分析接收到的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中查詢此時(shí)待調(diào)諧到的頻率所對(duì)應(yīng)的可變電容器角度值，同時(shí)讀取光電編碼器的角度值進(jìn)行對(duì)比，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；用于無線通訊系統(tǒng)；有效解決了頻率調(diào)諧精度和控制定位。
文檔編號(hào)H01P1/20GK1697247SQ20051001871
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月17日
發(fā)明者吳國(guó)安, 湯清華, 潘曉光, 漆蘭芬, 許軍, 潘于, 陳濤, 尚民 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)