汪海洋　鄒煥

摘要：基于濾波器中心頻率反射群延遲時域特性的帶通濾波器調(diào)試方法具有較好的實用性。論文開發(fā)了基于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，通過一個S波段腔體帶通濾波器時域調(diào)諧測試實例，拓展了微波測量實驗教學(xué)內(nèi)容，充分鍛煉了學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

關(guān)鍵詞：微波測量；時域；帶通濾波器；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0271-02

微波測量課程具有較強的理論性和實踐性，目的是使學(xué)生掌握現(xiàn)代微波測量的基礎(chǔ)理論和微波測量儀器原理、方法與應(yīng)用，在科學(xué)實驗或生產(chǎn)實踐中能制定合理測試方案，選用合適的測量儀器設(shè)備，正確處理測量數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實驗和工程應(yīng)用的方法與操作技能。由于微波測量儀器設(shè)備種類繁多，價格昂貴，部分實踐教學(xué)側(cè)重于演示性實驗，或者由于可供學(xué)生使用儀器設(shè)備缺乏取消實驗內(nèi)容。綜合設(shè)計型實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計更是缺乏。

鑒于以上幾點，本文提出以腔體濾波器為微波測量課程典型實驗教學(xué)對象，開發(fā)設(shè)計一個綜合性實驗教學(xué)課程內(nèi)容，即通過腔體濾波器的理論計算和實驗調(diào)試的小型微波工程設(shè)計樣例，使學(xué)生掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準技術(shù)與操作，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量技術(shù)，微波腔體濾波器的時域調(diào)諧技術(shù)以及其主要性能指標(biāo)參數(shù)測量，具有很強的綜合性能力訓(xùn)練特點。

一、基于輸入反射群延遲帶通腔體濾波器調(diào)試

現(xiàn)代微波濾波器的設(shè)計大多使用網(wǎng)絡(luò)綜合法，以衰減、相移函數(shù)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)綜合理論得到濾波器低通原型電路，然后通過頻率變換函數(shù)，將低通原型轉(zhuǎn)換為低通、高通、帶通、帶阻等各種濾波器電路，最后利用相應(yīng)的微波結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)集總元件原型中的各元件。這種設(shè)計方法，計算相對簡單，有較好的近似度，且能導(dǎo)出最佳設(shè)計。由于濾波器中心頻點的反射群延遲可以通過低通原型、LC帶通結(jié)構(gòu)以及耦合系數(shù)得到簡便的顯式表達式，相對而言，其理論設(shè)計與調(diào)試過程簡便清晰。

本實驗中需要通過濾波器反射群延遲時間來進行濾波器性能調(diào)試，因此首先要對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行單端口校準；待濾波器調(diào)諧螺釘調(diào)試完畢后，再進行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的全二端口校準，完成濾波器各項性能指標(biāo)測試。

本實驗中所調(diào)試的濾波器為S波段5階腔體濾波器，設(shè)計中心頻率2.45GHz，帶寬100MHz，插損小于1dB，2.05GHz、2.85GHz抑制度大于80dB。濾波器各階反射群延遲如表1所示（S11=-21dB），具體計算過程參考文獻[3]。實驗中逐級調(diào)試各級調(diào)諧螺釘深度，使得濾波器在中心頻點處反射群延遲時間盡可能與表1計算數(shù)據(jù)接近，之后將調(diào)諧螺釘鎖定；所有調(diào)諧螺釘鎖定后，將矢網(wǎng)進行全二端口校準后即可進行濾波器各項指標(biāo)測量。

二、實驗步驟

首先進行矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的單端口校準，為濾波器調(diào)試進行準備。完成單端口校準并將顯示設(shè)定為群延時后，按如下步驟進行腔體濾波器調(diào)試：

1.將濾波器所有調(diào)諧螺釘鎖定螺母松開，將調(diào)諧螺釘旋入腔體與諧振桿保持良好接觸即可，即各諧振腔短路。

2.將梳狀濾波器一端接入port1電纜端口，將第一個調(diào)諧螺釘逐漸旋出，直至屏幕上中心頻點處顯示群延遲時間為如表1第1欄數(shù)據(jù)，并用螺母將第一個調(diào)諧螺釘位置固定。

3.將第二個調(diào)諧螺釘逐漸旋出，直至屏幕上中心頻點處顯示群延遲時間為如表1第2欄數(shù)據(jù)用螺母將第二個調(diào)諧螺釘位置固定。

4.依次將所有調(diào)諧螺釘調(diào)整合適及螺母鎖定；腔體濾波器調(diào)諧完畢，準備好下一步性能指標(biāo)測試。

S波段腔體濾波器調(diào)諧完成后，為全面獲得濾波器的S參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)分析儀需要進行全二端口校準，將調(diào)試好的濾波器接入矢網(wǎng)測試電纜端口，首先測試S21曲線，按[Marker]選擇讀數(shù)S21曲線-1dB上下兩個頻點，獲取1dB帶寬數(shù)據(jù)；讀取2.05GHz和2.85GHz頻點S21數(shù)據(jù)，獲得這兩個頻點帶外抑制度；導(dǎo)出測量數(shù)據(jù)；其次，測試S11曲線，按[Format][SWR]，讀取帶寬內(nèi)駐波數(shù)據(jù)；導(dǎo)出駐波測量數(shù)據(jù)。

三、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

腔體濾波器矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀調(diào)試時獲得的各階反射群延遲測量波形如圖1—圖3。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試得到S21曲線以及帶寬、插損、帶外抑制度參數(shù)如圖4所示，該濾波器1dB帶寬為104MHz，帶內(nèi)插損小于1dB，滿足設(shè)計要求；在2.05GHz和2.85GHz處帶外抑制度分別88dB和96dB，滿足大于80dB設(shè)計要求。

四、結(jié)論

通過本實驗，可以使學(xué)生掌握矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀單端口、全二端口校準方法和操作步驟，深刻了解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的時域測量功能，理解掌握微波濾波器常見性能指標(biāo)參數(shù)意義及測量方法。

參考文獻：

[1]甘本祓，吳萬春.現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，1973：1-15.

[2]戴晴，黃紀軍，莫錦軍.現(xiàn)代微波與天線測量技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：153-166.

[3]John B.N.A unified approach to the design，measurement，and tuning of coupled-resonator filters[J].IEEE Trans.on Microwave Theory and Techniques，1998，46（4）：343-351.

[4]http：//rfshop.com.au （Peter Martin.Design equations for tapped round rod combline and interdigital bandpass filters）

[5]http：//www.ei41.com.