【無線射頻工藝】-從小時到分鐘-濾波器頻率調(diào)節(jié)的自動化

1/1從小時到分鐘——濾波器頻率調(diào)節(jié)的自動化在無線電頻率的S-、C-、X-波段（2.6to12.4GHz），手動調(diào)整集總電感電容（LC）濾波器的頻率是一件麻煩事，需要花許多的時間。所幸的是，一種用制造技術(shù)（ManTech）程序已經(jīng)開發(fā)出來，用以實現(xiàn)調(diào)整過程的自動化。應(yīng)用這一系統(tǒng)，調(diào)整過程變得特別快速，時間從原來手動調(diào)整需要的兩個小時縮短到非常鐘以內(nèi)。相關(guān)制作過程所需要的時間也從原來的12個小時以上下降到4小時以內(nèi)。

在千兆赫波段，元件尺寸特別之小，類似在繞線電感中使用小金屬來調(diào)整頻率的方法往往不能有效解決問題。要知道，千兆赫波段的繞線電感與一般鉛筆芯的尺寸相近。要制作一個尺寸合適的金屬片，并把它安裝到這樣大小的繞線電感中是特別困難的。高頻濾波器的頻率調(diào)整往往是這樣完成的："手動掌握原有繞線電感每匝之間的距離或者修剪一對絞線的長度，由于這對絞線的線間電容能直接影響濾波器的頻率。

在這個項目之前，濾波器頻率調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)做法（基線方法）是手動掌握繞線電感每匝之間的距離。這個方法需要在設(shè)定溫度下手動標(biāo)定電感，經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練的技術(shù)人員，手工填寫的數(shù)據(jù)表以及相當(dāng)數(shù)量的操作人員。平均而言，利用這個方法花費的調(diào)整時間在一到兩個小時之間。

一種新的自動化工藝被開發(fā)出來以代替原有的方法。與之前使用繞線電感不同的是，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(gòu)成。平面射頻/微波濾波器的頻率調(diào)整是通過調(diào)整并聯(lián)電容焊盤的大小來完成的。比起基線方法，這個方法的好處顯而易見：對電感不需要事先進(jìn)行標(biāo)定；對操要求也相對較低；數(shù)據(jù)由電腦直接生成，不需要手動填寫；不需要許多操作人員。

圖1、在自動調(diào)整系統(tǒng)中，半集總的射頻/微波濾波器取代了傳統(tǒng)的繞線電感。

通過了解材料的剝除方式以及所使用的設(shè)備，一套全自動的調(diào)整系統(tǒng)被開發(fā)出來，付諸應(yīng)用。對一些特例，討論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濾波器性能的影響。在圖二中，你可以看到這套自動調(diào)整系統(tǒng)的照片。它主要包括一臺銑床（LPKFProtoMat91s/Vs），一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀（HP8720D），計算機(jī)，打印機(jī)以及特制的測試調(diào)整支架。

圖2、自動調(diào)整工作站能夠?qū)Χ喾N不同類型的濾波器進(jìn)行修剪，調(diào)整，測量，記錄并生成日志數(shù)據(jù)。

測試/調(diào)整支架被固定在銑床的前面，它包含一個固定在精密線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(diào)整）。

圖3、自動調(diào)整工作站的測試/調(diào)整支架固定在一精密滑軌上，有前后兩個位置，分別用來做調(diào)整和測試。

在測試位置，計算機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)分析器對采集到的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)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被計算出來，這個程序?qū)τ诿恳粋€濾波器都是唯一的。

圖4、在這個測試位置，網(wǎng)絡(luò)分析器將采集到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存儲的相應(yīng)數(shù)據(jù)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(jī)掌握銑床銑除部分金屬來實現(xiàn)濾波器的調(diào)整（圖六）。

圖5、一旦修剪程序被確定下來，濾波器就被移到加工位。

圖6、在加工位，銑床接收計算機(jī)的指令從線路上剝除金屬，達(dá)到調(diào)整濾波器的目的。

切割深度通過手動調(diào)整加工頭上的千分尺來完成，步距為0.025mm。濾波器在測試位和調(diào)整位上反復(fù)移動，直到達(dá)到所需的電氣特性為止。每當(dāng)調(diào)整過程完成時，計算機(jī)自動打印出一張數(shù)據(jù)表，給下一步的裝配供應(yīng)必要的信息；并把信息保存在數(shù)據(jù)庫中。許多種濾波器都可以用這種方法調(diào)整，其中包括半集總元件，阻尼電阻以及交叉指型。

這一自動化的工藝能夠在10分種以內(nèi)實現(xiàn)濾波器的精確調(diào)整，與之前的基線方法相比，大幅節(jié)省了時間。另外，在相關(guān)制作過程中節(jié)省的時間進(jìn)一步的減小了生產(chǎn)時間。認(rèn)真算起來，由于該方法無需對電感定標(biāo)，同時在基材加工，組裝和調(diào)整上大幅提升了效率，總的來說，每加工一個濾波器就能節(jié)省10個小時。我們估計，通過進(jìn)一步討論參數(shù)，改進(jìn)分析軟件，我們將可能確定所需的濾波器的