腔體濾波器智能調(diào)試平臺設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

摘要：微波濾波器應(yīng)用廣泛，在大批量的生產(chǎn)中，為了減少調(diào)試對于工程經(jīng)驗(yàn)的依賴性，不斷提高微波濾波器調(diào)試的效率，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了針對腔體濾波器智能調(diào)試平臺。平臺采用計(jì)算機(jī)智能提取濾波器的響應(yīng)參數(shù)，通過步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)調(diào)整濾波器。該調(diào)試平臺在濾波器調(diào)試實(shí)際應(yīng)用中獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：微波濾波器；調(diào)試；參數(shù)提??；智能

0 引言
    微波濾波器在衛(wèi)星通信、中繼通信、雷達(dá)、電子對抗及微波測量儀表中都有著廣泛的應(yīng)用。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，微波濾波器的性能直接影響著轉(zhuǎn)發(fā)器通道的通信品質(zhì)；對于無線通信系統(tǒng)而言，濾波器是一種至關(guān)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(zhì)量、防止信號串?dāng)_有著十分重要的意義。在電磁環(huán)境日益復(fù)雜和頻譜范圍日益擁擠的今天，實(shí)現(xiàn)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(dòng)調(diào)試實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)迭代優(yōu)化的過程。為了便于調(diào)試，濾波器結(jié)構(gòu)上會(huì)有調(diào)試用的調(diào)諧螺釘，或者有其他形式的調(diào)諧元件，以便調(diào)試技術(shù)人員調(diào)試的時(shí)候可以改變?yōu)V波器諧振單元的諧振頻率和諧振單元間的耦合量。調(diào)試技術(shù)人員調(diào)試的時(shí)候，根據(jù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀圖形變化反復(fù)擰調(diào)諧螺釘，直到濾波器的性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對許多調(diào)試技術(shù)人員而言，手動(dòng)調(diào)試的過程更像一門手藝而不是一門科學(xué)。因此，復(fù)雜結(jié)構(gòu)微小濾波器的手動(dòng)調(diào)試一般都是由十分有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)試技術(shù)人員來完成的。
    在大批量的調(diào)試生產(chǎn)過程中，功率容量、溫度效應(yīng)、材料機(jī)械特性、無源三階交調(diào)以及尺寸限制等都是濾波器實(shí)際加工中的重要考慮因素。微波濾波器的調(diào)試已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)化過程中的瓶頸問題，目前工程中大量還是憑借矢網(wǎng)診斷和人工手動(dòng)調(diào)試，難以做到快速準(zhǔn)確的調(diào)試，特別是對缺乏經(jīng)驗(yàn)的濾波器調(diào)試人員來說更是難以掌握。

1 濾波器智能調(diào)試原理及流程
    濾波器智能調(diào)試平臺研制的目的是為了不斷提高微波濾波器的調(diào)試效率，大大減少調(diào)試對于工程經(jīng)驗(yàn)的依賴性，盡可能減少人的勞動(dòng)。濾波器智能調(diào)試平臺的目標(biāo)是建立以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)化調(diào)試平臺，讓計(jì)算機(jī)去充當(dāng)重復(fù)工作的角色并且賦予其一定水平的智能判斷來指導(dǎo)調(diào)試人員的工作。
    目前，基于計(jì)算機(jī)控制的智能調(diào)試方法主要分為頻域方法和時(shí)域方法兩類：
    (1)時(shí)域調(diào)試方法：這種方法主要是利用信號的頻時(shí)域轉(zhuǎn)換，得到濾波器的時(shí)域響應(yīng)，尋找各可調(diào)元件與時(shí)域響應(yīng)之間的變化規(guī)律，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。其中，較為突出的是安捷倫公司提出的時(shí)域調(diào)試方法。這種調(diào)試方法的缺點(diǎn)是：需要有一個(gè)理想的調(diào)試好了的濾波器的時(shí)域響應(yīng)做模版。而且對于交叉耦合濾波器來講，在濾波器調(diào)試參數(shù)與時(shí)域響應(yīng)曲線之間不存在明顯的關(guān)系。
    (2)頻域調(diào)試方法：該方法基本思想是對濾波器S參數(shù)的頻域響應(yīng)曲線應(yīng)用各種不同的數(shù)值計(jì)算方法，提取濾波器模型參數(shù)，找出與理想模型參數(shù)的差距，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。本系統(tǒng)采用了頻域調(diào)試方法。

    如圖1所示，兩類方法都是在等效電路參數(shù)方面做文章，其主要步驟如下：
    ①測試待調(diào)濾波器的響應(yīng)；
    ②利用等效電路模型進(jìn)行參數(shù)提??；
    ③對比實(shí)際響應(yīng)提取參數(shù)與理想響應(yīng)理想?yún)?shù)的差異；
    ④根據(jù)以上差異獲取下一步調(diào)試的方向和幅度，改變可調(diào)部件的實(shí)際位置；
    ⑤重復(fù)以上步驟①～步驟④，直至實(shí)測響應(yīng)達(dá)到指標(biāo)為止。

2 濾波器智能調(diào)試平臺
    如圖2所示，濾波器智能調(diào)試平臺主要由計(jì)算機(jī)、調(diào)試機(jī)械(如電機(jī))、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和待調(diào)試濾波器組成。其基本工作流程是：首先，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試出濾波器參數(shù)，然后將參數(shù)采集到計(jì)算機(jī)中，通過軟件分析，得出需要調(diào)試的物理量，然后通過計(jì)算機(jī)控制直流電機(jī)帶動(dòng)特制的調(diào)試設(shè)備，去調(diào)試濾波器的調(diào)試螺釘，直到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試出濾波器參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求為止。

2．1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
    矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀能全面評測射頻和微波器件。其包括集成的合成源，測試裝置和調(diào)諧接收器。內(nèi)裝的S參數(shù)測試裝置提供正向和反向的全范圍幅度和相位測量，如圖3所示。

2．2 調(diào)試機(jī)械
    本方案采用直流電機(jī)帶動(dòng)特制的調(diào)試設(shè)備，將調(diào)試螺釘調(diào)到最佳位置。目前的控制臺由五臺電機(jī)控制，分別是x軸，y軸，z軸，DM(鎖緊螺帽的電機(jī))，DT(調(diào)諧螺釘?shù)碾姍C(jī))；其中x，y，z用的是步進(jìn)電機(jī)，DM、DT用的是伺服電機(jī)。
2．3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
    在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的軟件，來讀取網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試參數(shù)，分析并計(jì)算出需要調(diào)試的物理量，然后去控制直流電機(jī)調(diào)試設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。如圖4所示，用戶只需在軟件界面中點(diǎn)擊開始調(diào)試，調(diào)試平臺就能自動(dòng)地完成調(diào)試過程，對于調(diào)試過程中出現(xiàn)的異常也能夠進(jìn)行友好的提示。

3 結(jié)語
    微波濾波器在通信、雷達(dá)和測量等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著社會(huì)的發(fā)展，它的需求也日益增加。微波濾波器的調(diào)試是一項(xiàng)復(fù)雜工作，它需要豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。隨著濾波器節(jié)數(shù)的增加，調(diào)試所涉及參數(shù)的數(shù)量也增加，調(diào)試難度也大大增加。引人智能化的計(jì)算機(jī)輔助調(diào)試技術(shù)，既能減少調(diào)試人員的工作量，又能提高生產(chǎn)效率，具有很好的應(yīng)用前景。
    本文提出的針對腔體濾波器的智能調(diào)試平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)試濾波器，它能降低微波部件的試驗(yàn)調(diào)試難度，縮短調(diào)試周期，又大大降低對操作者調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的要求，是提高微波濾波器批量生產(chǎn)能力的一條非常好的途徑。