專利名稱：：一種高性能射頻線性相位集總參數(shù)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于電子科學(xué)與技術(shù)的
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景射頻無線通信需要利用濾波器去掉無用信息和干擾。信號通過濾波器將會產(chǎn)生相位偏移，導(dǎo)致誤碼率的增加?，F(xiàn)代無線數(shù)據(jù)通信的發(fā)展方向是高速、可靠和保密，這就要求濾波器特性優(yōu)異，相位偏移少(近似于線性相位)，從而降低誤碼率。要制造出高性能的濾波器，除了設(shè)計(目前己經(jīng)很成熟)之外，更重要的是調(diào)試。因為濾波器中線圈的電感量很難準確測試，線圈之間的匝間電容、接點電容和互感等各種因素(統(tǒng)稱寄生參數(shù))都會使實際制造的濾波器的特性與設(shè)計時預(yù)想的特性之間產(chǎn)生很大的差別。因此必須經(jīng)調(diào)試彌補這些寄生參數(shù)所產(chǎn)生的影響和誤差。目前國際上通用的調(diào)試方法是將濾波器接在專用的調(diào)試儀器上，一個元件一個元件的依次進行調(diào)整。這個方法的問題在于，將第一個元件調(diào)整到最佳狀態(tài)之后，再調(diào)第二個元件時，第一個元件就會偏離最佳值。同樣在調(diào)整后面的元件時，前面的元件也都會偏離最佳值。而更大的問題是，在調(diào)整一個元件的吋候只能考慮多個技術(shù)指標中的一個。由于濾波器的各項技術(shù)指標之間往往存在制約，在調(diào)整一個元件時，所考慮的這一項技術(shù)指標會向好的方向變化，而其余多數(shù)指標一般是向壞的方向變化。因此，要想使所有技術(shù)指標都達到很高水平幾乎是不可能的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種同時考慮用戶提出的所有技術(shù)指標，利用優(yōu)化原理同時調(diào)整全部可更換元件，使濾波器達到用戶期望的特性的高性能射頻線性相位集總參數(shù)濾波器。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種高性能射頻線性相位集總參數(shù)濾波器，其特征在于，由印刷電路板12、電感線圈ll、并聯(lián)電容IO、輸入/輸出引腳6、接地引腳5和濾波器外殼7構(gòu)成；電路板12的長度為40mm，寬度為10mm;電感線圈11和并聯(lián)電容10分別焊接在印刷電路板12的反正面、四根接地引腳5焊接在銅外殼7上，輸入/輸出引腳6焊接在電路板12的底部左右兩端，最后濾波器整體用銅外殼7封裝。根據(jù)優(yōu)化原理設(shè)計出電路圖，如圖3，按照設(shè)計的元件值繞制電感線圈ll和配置并聯(lián)電容IO，用焊錫分別焊接在電路板12的反正面上，并按照圖4和圖5裝配形成待調(diào)濾波器。將待調(diào)濾波器接到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀3上，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀3與計算機2連接，將待調(diào)濾波器在200個頻率采樣點上的頻率響應(yīng)——即所有的技術(shù)特性輸入計算機2。計算機2根據(jù)濾波器的電路原理圖和實測的頻率響應(yīng)，利用故障診斷原理計算出濾波器中所有電感、互感、匝間電容、接點電容等元器件和寄生參數(shù)的準確值。計算機2將用戶提出的所有技術(shù)指標轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率響應(yīng)，稱之為用戶期望響應(yīng)。并把這個用戶期望響應(yīng)與上述實測的頻率響應(yīng)之差作為目標函數(shù)，利用現(xiàn)代優(yōu)化方法優(yōu)化所有可更換元件的值，可更換元件一般為電容，使濾波器的頻率響應(yīng)逼近用戶響應(yīng)——即用戶提出的各種技術(shù)指標。計算機2指出這些可更換元件調(diào)整后的具體值。根據(jù)計算機2指出的這些具體值，--次性更換這些元件即可。本實用新型的原理是這樣的，按設(shè)計出的電路原理圖做出的濾波器所產(chǎn)生的頻率響應(yīng)應(yīng)該是好的、理想的。但是因為，1)實際電感值與設(shè)計值之間有誤差，2)線圈中存在匝間電容，3)電感之間存在互感，4)印刷電路板中存在接點電容等寄生參數(shù)。因此，實際測試的頻率響應(yīng)與設(shè)計時預(yù)想的響應(yīng)之間存在著差別，即產(chǎn)生了故障。計算機根據(jù)這個差別、利用故障診斷原理找出引起故障的原因，即上述4項的具體數(shù)值，也就是說找到了電路中元件參數(shù)和各種寄生參數(shù)的真實數(shù)值。計算機將這些真實的數(shù)值寫入電路原理圖中，這樣的一個電路，我們稱之為真實電路，其頻率響應(yīng)就和實測的頻率響應(yīng)一樣了。然后計算機利用現(xiàn)代優(yōu)化原理優(yōu)化真實電路中的可更換元件，使濾波器的頻率響應(yīng)逼近用戶響應(yīng)。這樣，就實現(xiàn)了在調(diào)試吋，同時考慮用戶提出的所有技術(shù)指標，同時調(diào)整全部可更換元件，使濾波器達到用戶期望的特性。本實用新型所達到的有益效果是用于不同目的的濾波器，其中心頻率和帶寬是千變?nèi)f化的，而且有的高性能濾波器用現(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)手段很難實現(xiàn)。本實用新型所達到的有益效果和益處以700MHz土l卯MHz線性相位帶通濾波器為例，將國內(nèi)外主流產(chǎn)品的技術(shù)指標與本實用新型制造的濾波器可以達到的技術(shù)指標做一比較。表l:本實用新型制造的700MHz土190MHz線性相位帶通濾波器可達到的<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>流產(chǎn)品國內(nèi)主流產(chǎn)品<1.5:1<3dB<0.8ns±3o未說明<2.5本實用新型可達到<1.2:1<2.5dB<0.5ns±2.0o1%<2.2由上表可見，用本實用新型的方法制造的線性相位濾波器在技術(shù)指標上可以全面超過國際上同類產(chǎn)品的水平。以下結(jié)合附圖和具體實時方式對本實用新型作進一步的說明。圖1是本實用新型的實施方案軟件框圖。圖2是本實用新型的濾波器調(diào)試和電容測試的硬件系統(tǒng)圖。圖3是本實用新型的濾波器電路原理圖。圖4是本實用新型的濾波器印刷電路板主視圖。圖5是本實用新型的濾波器印刷電路板后視圖。圖中，l.阻抗分析儀，2.計算機，3.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，4.濾波器，5.接地引腳，6.輸入/輸出引腳，7.濾波器外殼，8激銅節(jié)點，9.敷銅接地，IO.并聯(lián)電容，11.電感線圈，12.印刷電路板。具體實施方式中心頻率140MHz，帶寬為40MHz的帶通濾波器的設(shè)計制作過程1、根據(jù)指標設(shè)計電路，進入電容管理軟件選擇電容濾波器技術(shù)要求為中心頻率140MHz帶寬40MHz插入損耗<1.2dB駐波比<1.3:1群時延<1.5ns相位偏移±0.7°K4o艦犯矩形系數(shù)<3.8帶外抑制>60dB根據(jù)現(xiàn)有的常規(guī)最優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計出電路(見附圖3濾波器電路原理圖)。元件參數(shù)為Cl=9.775lpFC5=7.0591pFC9=23.639pFC13-4.8700pFL17=45.174nHC2=19.826pFC6=6.8239pFC10=30.897pFL14=34.676nHL18=45.100nHC3=19.801pFC7二11.277pFCll=8.5530pFL15=74.628nHL19=76.571nHC4=14.484pFC8=15.060pFC12=7.9047pFLI6=7.455隨C、20=0.4pFC、21=0.4pFC'22=0.8pF其中C'20~C'22是估計的線圈匝間電容和接點電容，C1-C13中也包括這些寄生參數(shù)的估計值(線圈匝間電容和接點電容的估計值均為0.4pF)，從C1C13中減去它們則是需要安裝的電容值。這些電容值進入電容管理系統(tǒng)，選擇電容。2、由電容管理軟件經(jīng)電容庫選取相應(yīng)的電容。這個過程是這樣的，事前由框圖中的電容管理軟件操縱濾波器調(diào)試和電容測試的硬件系統(tǒng)測量一批常用電容，2,000個。并將這些電容放入一個有編號的網(wǎng)格中，每一個電容的容值和編號進入計算機(2)，形成一個電容的數(shù)據(jù)文件。這樣就建立了一個電容庫和電容管理系統(tǒng)。當上述設(shè)計作出時，電容管理系統(tǒng)首先在電容數(shù)據(jù)文件中選擇C1。一般是將2，000個電容每兩個并聯(lián)，這樣就產(chǎn)生了2，000，000種并聯(lián)方式，將這2，000，000個并聯(lián)的電容值與設(shè)計值進行比較，找出誤差最小的一組并聯(lián)電容，由計算機(2)給出這兩個電容的編號，例如是896和1231，這兩個電容并聯(lián)后的值與設(shè)計值之間的誤差控制在0.2%以下。人工要做的只是把這兩個電容拿出即可。用同樣方法口I以找出，C2C13。3、進入工藝制造，得到待調(diào)的濾波器。濾波器的結(jié)構(gòu)(見圖4濾波器結(jié)構(gòu)圖)。電路板(12)的正面焊上選定的兩兩并聯(lián)的C1C13，電路板(12)的反面焊接電感線圈(11)。這些電感線圈(11)是按照設(shè)計值繞制的。當然，這些線圈的電感量與設(shè)計值之間存在著較大的誤差，每個線圈之間也存在著互感，這些不利因素將由調(diào)試過程進行彌補。4、將待調(diào)的濾波器(4)接到調(diào)試的硬件系統(tǒng)上，(見圖2濾波器測試和電容測試的硬件系統(tǒng))。5、計算機(2)操縱矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)將60MHz220MHz中的200個頻率采樣點的頻率響應(yīng)輸入計算機(2)，然后應(yīng)用上述的故障診斷原理將L14L19、M23M27和C'20、C'21和C'22的真實值計算出來，如下表Ll4=39.937nHL15=67.752nHL16=75.052nHL17=45.900nHL18=46.987nHL19=72.276nHM23=1.5643nHM24=-2.0837nHM25=1.8746nHM26=-1.7645nHM27=2.2365nHC'20=0.46758pFC'21=0.39867pFC、22=0.98787pF這就是說找到了待調(diào)濾波器電路中元件參數(shù)和各種寄生參數(shù)的真實數(shù)值，即找到了上述所說的真實電路。計算機(2)分析出這個真實電路的頻率響應(yīng)，該響應(yīng)就和待調(diào)濾波器實測的頻率響應(yīng)一樣了，它一般不是一個理想的響應(yīng)。將上述用戶提出的各項技術(shù)指標轉(zhuǎn)換成用戶響應(yīng)(即理想的頻率響應(yīng))，把13個電容值的應(yīng)調(diào)整量設(shè)為設(shè)計變量，利用上述優(yōu)化方法優(yōu)化它們，使濾波器(4)的實際響應(yīng)逼近用戶響應(yīng)。這樣，就實現(xiàn)了同時考慮用戶的所有技術(shù)要求，同時優(yōu)化(調(diào)整)濾波器中所有可更換元件的過程。將原C1C13的值加上應(yīng)調(diào)整量所得結(jié)果如下Cl=11.009pFC2=20.610pFC3:19.180pFC4=13.361pFC5=6.3654pFC6=5.9027pFC7=14.076pFC8=17.429pFC9=20.552pFC10=25.274pFCll=10,055pFC12=8.1650pFC13=4.8271pF從新的C1C13中減去上述的線圈匝間電容和接點電容的估計值，就得到了需要更換的電容值。由于優(yōu)化的是這13個電容的調(diào)整值，所以得到的需要更換的電容值已考慮了線圈匝間電容和接點電容的實際值。6、利用電容管理軟件、電容庫和上述配對選擇電容的方法選擇這些需要更換的電容。7、進入工藝制造，更換原有的13個電容，得到最終的濾波器。調(diào)試后測試的結(jié)果如下中心頻率140MHz帶寬40MHz插入損耗<l.ldB駐波比<1.2:1群吋延<1.3ns相位偏移±0.5°K4函脇矩形系數(shù)<3.6帶外抑制>65dB完全滿足用戶的要求。對于制造大批量產(chǎn)品，只需調(diào)整一個樣品，其余嚴格按樣品制造即可。權(quán)利要求1.一種高性能射頻線性相位集總參數(shù)濾波器，其特征在于，由印刷電路板(12)、電感線圈(11)、并聯(lián)電容(10)、輸入/輸出引腳(6)、接地引腳(5)和濾波器外殼(7)構(gòu)成；印刷電路板(12)的長度為40mm，寬度為10mm;電感線圈(11)和并聯(lián)電容(10)分別焊接在印刷電路板(12)的反正面、四根接地引腳(5)焊接在銅外殼(7)上，輸入/輸出引腳(6)焊接在印刷電路板(12)的底部左右兩端，最后濾波器整體用銅外殼(7)封裝。專利摘要一種高性能射頻線性相位集總參數(shù)濾波器屬于電子科學(xué)與技術(shù)的
技術(shù)領(lǐng)域：
。線性相位濾波器是數(shù)據(jù)通信設(shè)備中的關(guān)鍵性器件，其性能的優(yōu)劣主要取決于調(diào)試的精度。本實用新型將待調(diào)濾波器接到網(wǎng)絡(luò)分析儀上，網(wǎng)絡(luò)分析儀與計算機連接。將濾波器的頻率響應(yīng)輸入計算機，計算機根據(jù)濾波器的電路原理圖、用戶的技術(shù)要求和實測的頻率響應(yīng)，利用故障診斷原理、現(xiàn)代優(yōu)化方法計算出可更換元件調(diào)整后的具體值，一次性更換這些元件即完成調(diào)試和制造過程。這個調(diào)試過程，不同于現(xiàn)有的人工逐個元件調(diào)試，它實現(xiàn)了計算機整體優(yōu)化調(diào)試，即同時考慮用戶提出的所有技術(shù)指標，同時調(diào)整10-20個元件。其既降低濾波器的相位失真，又保持其良好的選擇性。文檔編號H03H7/00GK201039095SQ200720012408公開日2008年3月19日申請日期2007年5月28日優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日發(fā)明者周愛軍,房少軍,王大壽,王小妹,策符申請人:大連海事大學(xué)