腔體濾波器智能調試平臺設計及實現

摘要：微波濾波器應用廣泛，在大批量的生產中，為了減少調試對于工程經驗的依賴性，不斷提高微波濾波器調試的效率，設計并實現了針對腔體濾波器智能調試平臺。平臺采用計算機智能提取濾波器的響應參數，通過步進電機自動調整濾波器。該調試平臺在濾波器調試實際應用中獲得了顯著的經濟效益。
關鍵詞：微波濾波器；調試；參數提取；智能

0 引言
微波濾波器在衛星通信、中繼通信、雷達、電子對抗及微波測量儀表中都有著廣泛的應用。在衛星通信系統中，微波濾波器的性能直接影響著轉發器通道的通信品質；對于無線通信系統而言，濾波器是一種至關重要的微波射頻器件，它的使用對于分離頻譜信息、提高通信質量、防止信號串擾有著十分重要的意義。在電磁環境日益復雜和頻譜范圍日益擁擠的今天，實現選頻和去噪等重要功能的微波濾波器越來越受到使用者的重視。
一般而言，濾波器手動調試實際上是一個實時迭代優化的過程。為了便于調試，濾波器結構上會有調試用的調諧螺釘，或者有其他形式的調諧元件，以便調試技術人員調試的時候可以改變濾波器諧振單元的諧振頻率和諧振單元間的耦合量。調試技術人員調試的時候，根據矢量網絡分析儀圖形變化反復擰調諧螺釘，直到濾波器的性能達到設計要求。對許多調試技術人員而言，手動調試的過程更像一門手藝而不是一門科學。因此，復雜結構微小濾波器的手動調試一般都是由十分有經驗的調試技術人員來完成的。
在大批量的調試生產過程中，功率容量、溫度效應、材料機械特性、無源三階交調以及尺寸限制等都是濾波器實際加工中的重要考慮因素。微波濾波器的調試已經成為產業化過程中的瓶頸問題，目前工程中大量還是憑借矢網診斷和人工手動調試，難以做到快速準確的調試，特別是對缺乏經驗的濾波器調試人員來說更是難以掌握。

1 濾波器智能調試原理及流程
濾波器智能調試平臺研制的目的是為了不斷提高微波濾波器的調試效率，大大減少調試對于工程經驗的依賴性，盡可能減少人的勞動。濾波器智能調試平臺的目標是建立以計算機為核心的自動化調試平臺，讓計算機去充當重復工作的角色并且賦予其一定水平的智能判斷來指導調試人員的工作。
目前，基于計算機控制的智能調試方法主要分為頻域方法和時域方法兩類：
(1)時域調試方法：這種方法主要是利用信號的頻時域轉換，得到濾波器的時域響應，尋找各可調元件與時域響應之間的變化規律，進行相應的調試。其中，較為突出的是安捷倫公司提出的時域調試方法。這種調試方法的缺點是：需要有一個理想的調試好了的濾波器的時域響應做模版。而且對于交叉耦合濾波器來講，在濾波器調試參數與時域響應曲線之間不存在明顯的關系。
(2)頻域調試方法：該方法基本思想是對濾波器S參數的頻域響應曲線應用各種不同的數值計算方法，提取濾波器模型參數，找出與理想模型參數的差距，進行相應的調試。本系統采用了頻域調試方法。

如圖1所示，兩類方法都是在等效電路參數方面做文章，其主要步驟如下：
①測試待調濾波器的響應；
②利用等效電路模型進行參數提取；
③對比實際響應提取參數與理想響應理想參數的差異；
④根據以上差異獲取下一步調試的方向和幅度，改變可調部件的實際位置；
⑤重復以上步驟①～步驟④，直至實測響應達到指標為止。

2 濾波器智能調試平臺
如圖2所示，濾波器智能調試平臺主要由計算機、調試機械(如電機)、矢量網絡分析儀和待調試濾波器組成。其基本工作流程是：首先，矢量網絡分析儀測試出濾波器參數，然后將參數采集到計算機中，通過軟件分析，得出需要調試的物理量，然后通過計算機控制直流電機帶動特制的調試設備，去調試濾波器的調試螺釘，直到矢量網絡分析儀測試出濾波器參數符合設計要求為止。