實(shí)現濾波器頻率調節自動(dòng)化

在 千兆赫波段，元件尺寸非常之小，類(lèi)似在繞線(xiàn)電感中使用小金屬來(lái)調節頻率的方法往往不能有效解決問(wèn)題。要知道，千兆赫波段的繞線(xiàn)電感與普通鉛筆芯的尺寸相 近。要制作一個(gè)尺寸合適的金屬片，并把它安裝到這樣大小的繞線(xiàn)電感中是非常困難的。高頻濾波器的頻率調節往往是這樣完成的：“手動(dòng)控制原有繞線(xiàn)電感每匝之 間的距離或者修剪一對絞線(xiàn)的長(cháng)度，因為這對絞線(xiàn)的線(xiàn)間電容能直接影響濾波器的頻率。

在這個(gè)項目之前，濾波器頻率調節的標準做法（基線(xiàn)方法）是手動(dòng)控制繞線(xiàn)電感每匝之間的距離。這個(gè)方法需要在設定溫度下手動(dòng)標定電感，經(jīng)過(guò)嚴格訓練的技術(shù)人員，手工填寫(xiě)的數據表以及相當數量的操作人員。平均而言，利用這個(gè)方法花費的調整時(shí)間在一到兩個(gè)小時(shí)之間。

一 種新的自動(dòng)化工藝被開(kāi)發(fā)出來(lái)以代替原有的方法。與之前使用繞線(xiàn)電感不同的是，這是一種半集總的平面射頻/微波濾波器（圖一）。它由分布式并聯(lián)電容，串聯(lián)電 容，串聯(lián)電感以及集總串聯(lián)電容構成。平面射頻/微波濾波器的頻率調節是通過(guò)調節并聯(lián)電容焊盤(pán)的大小來(lái)完成的。比起基線(xiàn)方法，這個(gè)方法的好處顯而易見(jiàn)：對電 感不需要事先進(jìn)行標定；對操作者要求也相對較低；數據由電腦直接生成，不需要手動(dòng)填寫(xiě)；不需要很多操作人員。

圖1、在自動(dòng)調節系統中，半集總的射頻/微波濾波器取代了傳統的繞線(xiàn)電感。

通 過(guò)了解材料的剝除方式以及所使用的設備，一套全自動(dòng)的調節系統被開(kāi)發(fā)出來(lái)，付諸應用。對一些特例，研究了濾波器的性能與被剝除的材料的量之間的關(guān)系，包括 被剝除的基材的量對整個(gè)濾波器性能的影響。在圖二中，你可以看到這套自動(dòng)調節系統的照片。它主要包括一臺銑床（LPKF ProtoMat 91s/Vs），一臺網(wǎng)絡(luò )分析儀（HP 8720D），計算機，打印機以及特制的測試調節支架。

圖2、自動(dòng)調節工作站能夠對多種不同類(lèi)型的濾波器進(jìn)行修剪，調節，測量，記錄并生成日志數據。

測試/調節支架被固定在銑床的前面，它包含一個(gè)固定在精密線(xiàn)性滑軌上的兩位置濾波器支架（后面的位置用于測試，前面的位置用于調節）。

圖3、自動(dòng)調節工作站的測試/調節支架固定在一精密滑軌上，有前后兩個(gè)位置，分別用來(lái)做調節和測試。

在測試位置，計算機利用網(wǎng)絡(luò )分析器對采集到的數據和數據庫中的期望值進(jìn)行比較（圖四）。隨后，必要的修剪程序就自動(dòng)被計算出來(lái)，這個(gè)程序對于每一個(gè)濾波器都是唯一的。

圖4、在這個(gè)測試位置，網(wǎng)絡(luò )分析器將采集到的數據與數據庫中存儲的相應數據進(jìn)行比較。

得到修剪程序之后，濾波器被移到加工位（圖五）。在這里，計算機控制銑床銑除部分金屬來(lái)實(shí)現濾波器的調節（圖六）。

圖5、一旦修剪程序被確定下來(lái)，濾波器就被移到加工位。

圖6、在加工位，銑床接收計算機的指令從線(xiàn)路上剝除金屬，達到調節濾波器的目的。

切 割深度通過(guò)手動(dòng)調節加工頭上的千分尺來(lái)完成，步距為0.025 mm。濾波器在測試位和調節位上反復移動(dòng)，直到達到所需的電氣特性為止。每當調節過(guò)程完成時(shí)，計算機自動(dòng)打印出一張數據表，給下一步的裝配提供必要的信 息；并把信息保存在數據庫中。很多種濾波器都可以用這種方法調節，其中包括半集總元件，阻尼電阻以及交叉指型。

這 一自動(dòng)化的工藝能夠在10分種以?xún)葘?shí)現濾波器的精確調節，與之前的基線(xiàn)方法相比，大幅節約了時(shí)間。另外，在相關(guān)制作過(guò)程中節約的時(shí)間進(jìn)一步的減小了生產(chǎn)時(shí) 間。仔細算起來(lái)，由于該方法無(wú)需對電感定標，同時(shí)在基材加工，組裝和調節上大幅提升了效率，總的來(lái)說(shuō)，每加工一個(gè)濾波器就能節約10個(gè)小時(shí)。我們預計，通 過(guò)進(jìn)一步研究參數，改進(jìn)分析軟件，我們將可能確定所需的濾波器的物理結構。這樣一來(lái)，濾波器的一次加工成型成為可能，調節不再是必須的工作。目前，新開(kāi)發(fā) 的頻率調節工藝已經(jīng)被用在愛(ài)國者導彈防御系統（PAC-3）所需的S-和C-波段的濾波器上。