X波段群延时腔体滤波器仿真设计与研制

摘要

本文的目的是研究一种利用计算机软件对 X波段范围内窄带群延时滤波器进行仿真设计的方法，并根据计算机软件仿真设计的结构，研制出实际样品，使其满足滤波器设计指标，并将实际样品的结构尺寸与计算机软件仿真设计的结构尺寸进行比较和分析，最后得出结论。
　　本文应用现代微波滤波器设计理论，采用同轴线型多级腔体滤波器方案，由低通原型开始，采用耦合谐振滤波器设计方法，经过频率变换，并结合终端谐振器外界Q值和谐振器间的耦合系数，通过仿真和优化设计，最终得到满足设计目标的群延时滤波器。
　　本文的主要研制成果是解决了两个关键技术难点：一个是低群延时波动的设计，因为群延时波动的要求与带外抑制的要求互为制约，因此合理设计适当的滤波器通带带宽成为关键。工作带宽过宽，带外抑制达不到要求；通带带宽过窄，群延迟波动又不够理想。经过反复试验，最终确定了合适的通带带宽值，使得这两个技术指标都达到合同指标的要求。
　　另一个关键技术难点是滤波器的低温度漂移问题，由试验可知，在未采用任何温度补偿措施时，会出现高温时谐振频率低跑、低温时谐振频率高跑的现象。这一现象会造成滤波器群延时波动以及带外抑制超标的情况，所以采取适当的温度补偿措施是非常必要的。在此分析原因后，采用在谐振柱上加装1殷钢材料柱头，进行温度补偿的办法解决，使滤波器的温度漂移控制在一个较小的范围内，从而让滤波器满足温度稳定性要求。
　　X波段窄带群延时滤波器在采用多级同轴谐振腔结构基础上采用低幅度纹波、低群延时纹波、低温漂和抗振动冲击的结构设计，突破了低温漂、低幅度纹波、低群延时纹波及抗振动冲击等关键技术，研制出了具有以上特点的腔体滤波器。
　　通过以上工作，最终得到了一种利用计算机软件对X波段范围内窄带群延时滤波器进行仿真设计的方法，比较后发现实际样品结构尺寸与计算机软件仿真结构尺寸比较吻合。

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第一章 引言

1.1 X波段群延时滤波器在国民经济中的实用价值与理论意义

1.2 X波段腔体滤波器相关研究及本项目研究的必要性

1.3腔体滤波器相关研究方法

1.4本文主要解决的问题

第二章 理论分析

2.1本项目技术指标

2.2对技术指标的分析

2.3低通原型滤波器

2.4方案设计

2.5由低通到带通理论计算

2.6计算归一化电纳值和实际尺寸

2.7谐振腔设计

2.8谐振腔温度漂移问题

2.9滤波器群延时问题

2.10滤波器抗振动、冲击等工艺技术的可靠性设计

2.11调谐螺钉和腔体预先缩短的问题

2.12 本项目使用的研究方法

2.13 其他的一些研究方法

2.14 研究方法的比较

2.15小结

第三章 软件仿真设计

3.1 软件仿真设计的必要性

3.2 仿真的概念

3.3 Ansoft Designer

3.4 Ansoft HFSS

3.5 uWave

3.6 Ansoft Q3D三维结构参数抽取工具

3.7 使用Ansoft Designer软件对滤波器级数设计

3.8 使用HFSS对腔体滤波器的单腔仿真

3.9 使用HFSS对腔体滤波器的单腔激励源仿真

3.10 使用HFSS对腔体滤波器的耦合结构仿真

3.11腔体滤波器结构仿真过程

3.12 最终的腔体滤波器结构仿真

第四章 制作样品和测试方法及实验

4.1 样品的制作流程

4.2 加工件的检验

4.3 铁柱的装配

4.4 SMA连接器的装配

4.5 盖板与调谐螺钉的装配

4.6 腔体与盖板的装配

4.7 腔体滤波器的调试

4.8 老化和温度冲击

4.9 铁柱封胶固化

4.10 调谐螺钉的封胶和固化

4.11 腔体滤波器的清洗

4.12 盖板的封装

4.13 常温和高低温检验

4.14 涂覆

4.15 调试与测试的基本概念

4.16 调试与测试方法

4.17 样品实验情况

第五章 实验结果分析与讨论

5.1 实验的结果及数据

5.2 分析与讨论

5.3本项目的腔体滤波器实际结构尺寸

5.4本项目的腔体滤波器仿真结构尺寸

5.5实际结果与仿真结果的对比

第六章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果