李 健，郭战魁，脱英英

（中国电子科技集团公司第二十九研究所，成都 610036）

1 引言

在无线通信系统中，为了筛选频率、滤除干扰信号、减小信道间的信号串扰，平面滤波器被越来越广泛地应用[1-4]，发挥着举足轻重的作用。经过仿真设计、工艺加工、测试验证等反复迭代得到的滤波器，由于制备基板材料参数的波动、工艺加工偏差、应用环境的变化等原因，经常出现滤波中心频率发生偏差、不能满足使用要求的问题[5-6]。如果每次使用条件变化都重新设计图纸、调整制备工艺参数，会大大延长生产周期，提高生产成本，因此需要寻找一种高效便捷的方法对滤波器频率出现偏差的问题进行处理。目前，通过激光减材或微隙焊的方法改变滤波器枝节线的长度或间隙可以对滤波器中心频率出现偏差的问题进行有效调整，但是激光减材所需设备价格昂贵、加工效率低、耗时长，微隙焊金带则存在调整精度控制难、工序多、可靠性差等问题。

众所周知，在微波电路中改变传输线的等效介电常数可以改变等效电感、等效电容和电长度等的值[7-8]。因此如果在平面滤波电路表面涂覆绝缘胶脂，改变滤波电路的等效介电常数，则滤波器的谐振频率会发生变化，进而实现对滤波器的频率偏差进行微调。这种方法耗时短，效率高；涂胶参数方便可控，频率偏差调整精度高；不需昂贵设备，成本低。本文采用建模仿真和实物验证相结合的方法分析平面电路涂胶对滤波器各性能参数的影响，验证该方法的可行性。

2 仿真分析

发夹型微带滤波器由多个弯折的1/2波长的分布式谐振单元构成，各相邻谐振单元相互耦合实现滤波功能。每一个谐振单元可以看做由分布电感和分布电容组成的LC谐振电路，在微带线表面涂覆绝缘介质，传输线的有效介电常数增大，谐振单元的电感值和电容值发生改变，导致滤波器的中心频率发生移动。

为具体了解微带滤波器在表面涂胶后的性能变化，首先以微波电路中经常用到的小体积、高性能的12阶发夹型微带结构滤波器为例仿真分析涂胶对滤波器各性能参数的影响。滤波器的技术指标为：工作频率10.2～12.0 GHz，带内插损S21小于2 dB，带内波动小于0.5 dB，带内回波损耗S11大于10 dB，带外抑制大于20 dB（通带边缘偏移600 MHz）。采用三维电磁仿真软件HFSS建立12阶发夹型带通滤波器的仿真模型，见图1（a）。滤波器基材为陶瓷基板，介电常数为9.8，厚度为0.508 mm。绝缘胶脂选择吸水率小、粘附性强、抗老化能力强的氟塑料密封胶。在滤波器表面整体涂覆氟塑料密封胶，密封胶的介电常数为3.8，胶厚设为仿真变量H，变化范围为0.02～0.1 mm，步进为0.02 mm，仿真模型见图1（b）。

图1 12阶发夹型带通滤波器的仿真模型

仿真结果见图2，可以看到电路表面未涂覆氟塑料密封胶时滤波器的通带频率为10.2～12.0 GHz，中心频率为11.1 GHz，通带宽度为1.8 GHz，带内插损S21小于1.8 dB，带内波动小于0.5 dB，带内回波损耗S11大于13.6 dB，带外抑制大于26.1 dB（通带边缘偏移600 MHz）。当在滤波电路表面涂覆氟塑料密封胶后，滤波器的通带频率向低频移动，并且移动量随着胶厚H的增加而增大。当氟塑料密封胶的厚度H=0.1 mm时，通带频率为9.7～11.5 GHz，中心频率为10.6 GHz，通带宽度为1.8 GHz，带内插损小于2.0 dB，带内波动小于0.6 dB，回波损耗大于13.3 dB，带外抑制大于25.5 dB（通带边缘偏移600 MHz）。

图2 12阶发夹型带通滤波器的S21和S11仿真曲线

由仿真结果可知，涂胶后滤波器的通带频率向低频方向移动。因此当发夹型滤波电路的通带频率出现高频偏差时，可以通过在电路表面涂覆氟塑料密封胶的方法进行调整，偏差越大，需涂胶厚度越厚。同时需注意涂胶后滤波器的带内损耗略有增加，但是通带宽度、带内波动、回波损耗和带外抑制均未发生明显恶化。仿真结果表明在电路表面涂覆氟塑料密封胶调整滤波器频率偏差的方法可行。

3 试验测试

为验证仿真结论，采用薄膜工艺制备12阶发夹型带通滤波器，样件实物见图3，其中图3（a）为电路表面未涂覆氟塑料密封胶的滤波器，图3（b）为电路表面涂覆氟塑料密封胶后的滤波器。将滤波器用H20E导电胶粘接在装有SMA接头的测试夹具中进行测试，测试用矢量网络分析仪型号为Agilent N5230C，测试频段为9～13 GHz，测试前对矢量网络分析仪进行校准，校准后进行测试。

图3 滤波器实物

12阶发夹型带通滤波器在涂覆氟塑料密封胶前后的S21和S11曲线见图4。在涂覆氟塑料密封胶前，滤波器的通带频率为10.2～12.0 GHz，中心频率为11.1 GHz，通带宽度为1.8 GHz，带内插损S21小于7.4 dB，带内波动小于1.4 dB，带内回波损耗S11大于11.5 dB，带外抑制大于37.5 dB（通带边缘偏移600 MHz）。将氟塑料密封胶均匀涂覆在滤波器表面，通过台阶仪测试得到氟塑料密封胶的厚度为0.04～0.06 mm。在相同的测试条件下测得滤波器的通带频率为9.7～11.5 GHz，中心频率为10.6 GHz，通带宽度为1.8 GHz，带内插损小于9.8 dB，带内波动小于2.0 dB，带内回波损耗大于10.5 dB，带外抑制大于38.3 dB（通带边缘偏移600 MHz）。

图4 12阶发夹型带通滤波器涂覆氟塑料密封胶前后S21和S11的实测曲线

测试结果表明在滤波电路表面涂覆厚度为0.04～0.06 mm的氟塑料密封胶后，滤波器的中心频率向低频偏移500 MHz，带内损耗增加2.4 dB左右，通带宽度和带外抑制未发生明显改变，带内波动和回波损耗略微变差。实测结果与仿真结论基本一致，证实了在电路表面涂覆氟塑料密封胶可以有效地对滤波器频率偏差的情况进行调整，同时不会对其他性能参数产生较大影响。

为验证涂胶调整滤波器频率偏差的通用性，在开路枝节线型、交指型、平行耦合线型和悬置线型等平面滤波器的表面均涂覆氟塑料密封胶，测试涂胶前后滤波器的射频性能，不同类型的滤波器均发生中心频率向低频方向移动的现象，同时其他性能参数未发生明显变化。这证实了采用在滤波电路表面涂覆氟塑料密封胶的方法解决滤波器频带高频偏差的通用性，同时这种滤波电路频率偏差的调整方法操作简便、效率高、成本低，具有较高的工程应用和推广价值。

4 总结

通过在电路表面涂覆氟塑料密封胶的方法实现滤波器频带高频偏差问题的调整，建立12阶发夹型带通滤波器的仿真模型，仿真结果表明涂胶后滤波器的中心频率会向低频偏移，带内损耗略有增加，其他性能参数基本不变。制备滤波器实物样件，在其表面涂覆一层厚度为0.04～0.06 mm的氟塑料密封胶后，测得滤波器的中心频率向低频偏移500 MHz，带内损耗增加2.4 dB左右，其他性能参数几乎不受影响，测试结果与仿真结论基本一致，证实了该方法的可行性。