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(shí)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(hào)通過濾波器將會(huì)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(jì)(目前己經(jīng)很成熟)之外，更重要的是調(diào)試。因?yàn)闉V波器中線圈的電感量很難準(zhǔn)確測試，線圈之間的匝間電容、接點(diǎn)電容和互感等各種因素(統(tǒng)稱寄生參數(shù))都會(huì)使實(shí)際制造的濾波器的特性與設(shè)計(jì)時(shí)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(bǔ)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(gè)元件一個(gè)元件的依次進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方法的問題在于，將第一個(gè)元件調(diào)整到最佳狀態(tài)之后，再調(diào)第二個(gè)元件時(shí)，第一個(gè)元件就會(huì)偏離最佳值。同樣在調(diào)整后面的元件時(shí)，前面的元件也都會(huì)偏離最佳值。而更大的問題是，在調(diào)整一個(gè)元件的吋候只能考慮多個(gè)技術(shù)指標(biāo)中的一個(gè)。由于濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)之間往往存在制約，在調(diào)整一個(gè)元件時(shí)，所考慮的這一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)會(huì)向好的方向變化，而其余多數(shù)指標(biāo)一般是向壞的方向變化。因此，要想使所有技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到很高水平幾乎是不可能的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種同時(shí)考慮用戶提出的所有技術(shù)指標(biāo)，利用優(yōu)化原理同時(shí)調(diào)整全部可更換元件，使濾波器達(dá)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(shí)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(jì)出電路圖，如圖3，按照設(shè)計(jì)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?qǐng)D4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(jì)算機(jī)2連接，將待調(diào)濾波器在200個(gè)頻率采樣點(diǎn)上的頻率響應(yīng)——即所有的技術(shù)特性輸入計(jì)算機(jī)2。計(jì)算機(jī)2根據(jù)濾波器的電路原理圖和實(shí)測的頻率響應(yīng)，利用故障診斷原理計(jì)算出濾波器中所有電感、互感、匝間電容、接點(diǎn)電容等元器件和寄生參數(shù)的準(zhǔn)確值。計(jì)算機(jī)2將用戶提出的所有技術(shù)指標(biāo)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(gè)用戶期望響應(yīng)與上述實(shí)測的頻率響應(yīng)之差作為目標(biāo)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(biāo)。計(jì)算機(jī)2指出這些可更換元件調(diào)整后的具體值。根據(jù)計(jì)算機(jī)2指出的這些具體值，--次性更換這些元件即可。本實(shí)用新型的原理是這樣的，按設(shè)計(jì)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?yàn)椋?)實(shí)際電感值與設(shè)計(jì)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(diǎn)電容等寄生參數(shù)。因此，實(shí)際測試的頻率響應(yīng)與設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)想的響應(yīng)之間存在著差別，即產(chǎn)生了故障。計(jì)算機(jī)根據(jù)這個(gè)差別、利用故障診斷原理找出引起故障的原因，即上述4項(xiàng)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(shí)數(shù)值。計(jì)算機(jī)將這些真實(shí)的數(shù)值寫入電路原理圖中，這樣的一個(gè)電路，我們稱之為真實(shí)電路，其頻率響應(yīng)就和實(shí)測的頻率響應(yīng)一樣了。然后計(jì)算機(jī)利用現(xiàn)代優(yōu)化原理優(yōu)化真實(shí)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(shí)現(xiàn)了在調(diào)試吋，同時(shí)考慮用戶提出的所有技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)調(diào)整全部可更換元件，使濾波器達(dá)到用戶期望的特性。本實(shí)用新型所達(dá)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(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型所達(dá)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(biāo)與本實(shí)用新型制造的濾波器可以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)做一比較。表l:本實(shí)用新型制造的700MHz土190MHz線性相位帶通濾波器可達(dá)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(shí)用新型可達(dá)到<1.2:1<2.5dB<0.5ns±2.0o1%<2.2由上表可見，用本實(shí)用新型的方法制造的線性相位濾波器在技術(shù)指標(biāo)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(shí)時(shí)方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施方案軟件框圖。圖2是本實(shí)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(shí)用新型的濾波器電路原理圖。圖4是本實(shí)用新型的濾波器印刷電路板主視圖。圖5是本實(shí)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(jì)算機(jī)，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(diǎn)，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(shí)施方式中心頻率140MHz，帶寬為40MHz的帶通濾波器的設(shè)計(jì)制作過程1、根據(jù)指標(biāo)設(shè)計(jì)電路，進(jìn)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(shí)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(jì)方法設(shè)計(jì)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(jì)的線圈匝間電容和接點(diǎn)電容，C1-C13中也包括這些寄生參數(shù)的估計(jì)值(線圈匝間電容和接點(diǎn)電容的估計(jì)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(jìn)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(gè)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(gè)。并將這些電容放入一個(gè)有編號(hào)的網(wǎng)格中，每一個(gè)電容的容值和編號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)(2)，形成一個(gè)電容的數(shù)據(jù)文件。這樣就建立了一個(gè)電容庫和電容管理系統(tǒng)。當(dāng)上述設(shè)計(jì)作出時(shí)，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(gè)電容每兩個(gè)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(gè)并聯(lián)的電容值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，找出誤差最小的一組并聯(lián)電容，由計(jì)算機(jī)(2)給出這兩個(gè)電容的編號(hào)，例如是896和1231，這兩個(gè)電容并聯(lián)后的值與設(shè)計(jì)值之間的誤差控制在0.2%以下。人工要做的只是把這兩個(gè)電容拿出即可。用同樣方法口I以找出，C2C13。3、進(jìn)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(jì)值繞制的。當(dāng)然，這些線圈的電感量與設(shè)計(jì)值之間存在著較大的誤差，每個(gè)線圈之間也存在著互感，這些不利因素將由調(diào)試過程進(jìn)行彌補(bǔ)。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(jì)算機(jī)(2)操縱矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(3)將60MHz220MHz中的200個(gè)頻率采樣點(diǎn)的頻率響應(yīng)輸入計(jì)算機(jī)(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(shí)值計(jì)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(shí)數(shù)值，即找到了上述所說的真實(shí)電路。計(jì)算機(jī)(2)分析出這個(gè)真實(shí)電路的頻率響應(yīng)，該響應(yīng)就和待調(diào)濾波器實(shí)測的頻率響應(yīng)一樣了，它一般不是一個(gè)理想的響應(yīng)。將上述用戶提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成用戶響應(yīng)(即理想的頻率響應(yīng))，把13個(gè)電容值的應(yīng)調(diào)整量設(shè)為設(shè)計(jì)變量，利用上述優(yōu)化方法優(yōu)化它們，使濾波器(4)的實(shí)際響應(yīng)逼近用戶響應(yīng)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了同時(shí)考慮用戶的所有技術(shù)要求，同時(shí)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(diǎn)電容的估計(jì)值，就得到了需要更換的電容值。由于優(yōu)化的是這13個(gè)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(diǎn)電容的實(shí)際值。6、利用電容管理軟件、電容庫和上述配對(duì)選擇電容的方法選擇這些需要更換的電容。7、進(jìn)入工藝制造，更換原有的13個(gè)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(duì)于制造大批量產(chǎn)品，只需調(diào)整一個(gè)樣品，其余嚴(yán)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(shí)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(jì)算機(jī)連接。將濾波器的頻率響應(yīng)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)濾波器的電路原理圖、用戶的技術(shù)要求和實(shí)測的頻率響應(yīng)，利用故障診斷原理、現(xiàn)代優(yōu)化方法計(jì)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(gè)調(diào)試過程，不同于現(xiàn)有的人工逐個(gè)元件調(diào)試，它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)整體優(yōu)化調(diào)試，即同時(shí)考慮用戶提出的所有技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)調(diào)整10-20個(gè)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(hào)H03H7/00GK201039095SQ200720012408公開日2008年3月19日申請(qǐng)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(qǐng)人:大連海事大學(xué)