原标题：45MHz宽带螺旋带通滤波器研究设计

一、设计背景与目标

随着无线电通信技术的快速发展，短波频率资源匮乏，多频率工作普遍，滤波器的设计和使用尤为重要。45MHz宽带螺旋带通滤波器旨在提高无线电通信设备的抗干扰能力，其设计目标包括：

• 中心频率：45MHz

• 最大输入功率：20dBm

• 插损：≤1.5dB

• 选择性：≥10dB（偏离f0+2MHz以外）

• 工作温度：-40℃～85℃

• 插损变化：±0.5dB（工作温度范围内）

• 选择性变化：±1dB（工作温度范围内）

二、滤波器结构与原理

1. 组成：

• 滤波器由4个腔体构成，每个腔体由螺旋谐振腔、谐振线圈、调谐螺钉、耦合螺钉、骨架组成。

• 螺旋滤波器采用“开窗”耦合方式，各个空腔谐振器之间通过“开窗”进行信号的耦合，构成特定频率的信号传输通道。

2. 原理：

• 螺旋滤波器采用螺旋谐振器来实现耦合谐振器滤波器中的并联谐振回路。

• 螺旋谐振器类似于四分之一波长的同轴线谐振器，但体积更小且能保持较高无载Q值。

• 螺旋谐振器封闭在屏蔽空间内，为减少金属损耗，屏蔽盒一般采用镀银工艺。

三、设计步骤与方法

1. 原型电路设计法：

• 将螺旋滤波器中的一个谐振腔看成一个LC的集中参数单元，4个串联腔体的滤波器等效成集中参数电路。

• 利用ADS仿真软件建立原理仿真图，并根据仿真波形对各参数进行调整，确定结构参数。

2. 螺旋谐振器理论计算：

• 依据最平和切比雪夫型滤波器的设计理论，计算螺旋谐振器的尺寸和参数。

• 螺旋谐振器采用方腔形式，内部表面要求光滑，以减少射频损耗。

3. 三维电磁场仿真：

• 利用HFSS仿真软件建立滤波器模型，进行三维电磁场仿真分析。

• 根据仿真数据，进一步优化滤波器的结构参数。

4. 实物制作与调试：

• 依据三维仿真模型的尺寸设计螺旋谐振器腔体，实物结构材料采用铜，具有良好的导电性和热膨胀系数。

• 螺旋滤波器外部和内部均进行镀银处理，表面保证平整光洁。

• 采用网络分析仪调试电路，得到理想的滤波器波形。

四、性能优化措施

1. 减少射频损耗：

• 腔体材料采用铜且内部表面采用镀银工艺。

• 螺杆均采用镀银螺杆，且设计时尽量处于螺旋线圈和耦合“窗口”中部。

• 螺旋线圈射频损内部骨架采用聚四氟乙烯材料，利于加工且介电常数小。

• 螺旋线圈采用镀银铜线。

2. 提高稳定性：

• 整体结构采用一体化成形，不能拼装。

• 每个螺杆均利用螺母和齿状垫圈实现“锁死”定位。

五、性能测试与验证

1. 频率响应测试：

• 检测滤波器在不同频率下的频率响应性能，观察通带增益、截止频率、通带衰减、阻带衰减等参数。

2. 插入损耗测试：

• 测试滤波器引入的信号衰减情况，确保插损满足设计要求。

3. 阻带抑制测试：

• 通过检测在阻带内对信号的抑制能力，评估滤波器的阻带抑制性能。

4. 温度稳定性测试：

• 在不同温度下测试滤波器的性能，确保其在工作温度范围内性能稳定。