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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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