LC大功率滤波器

摘要：传统LC滤波器采用聚四氟乙烯印制板做为电容或另加载电容，因为聚四氟乙烯板材的导热性能不好，如果板材太薄功率耐压值又不够，所以一般可承受功率在几百瓦。为了进一步提高LC滤波器的功率容量，本文利用Ansoft Designer软件对滤波器进行仿真，采用导热性能更好的AL2O3陶瓷基板电容替代聚四氟乙烯印制板，并对AL2O3陶瓷基板和聚四氟乙烯板温升进行简单的计算，以225MHz-500MHz带通滤波器为例，设计了一种LC大功率滤波器，此滤波器可承受功率大于2000瓦。

关键词：LC 滤波器 大功率 陶瓷基板电容

中图分类号：TN622 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0086-02

在现代通信和电子对抗系统中，由于大功率发射机不可避免地会寄生一定功率的谐波信号，大功率滤波器用于接在发射机的输出端对谐波信号进行抑制，从而改善各分系统之间的电磁兼容性，提高系统的整体性能。因为大功率滤波器对系统性能的影响起着举足轻重的作用，所以研制一种损耗低、抑制性能好的大功率滤波器相当有必要。

本文所设计滤波器带宽225MHz-500MHz，带内损耗小于 0.2dB，回波损耗优于20dB，160MHz-710MHz之外抑制优于20dB，125MHz-880MHz之外优于40dB。当然要想提高抑制增加滤波器节数是有效的方法，但是节数越多体积越大，本文所选为7节滤波器。

1 带通滤波器的仿真设计

滤波器设计的理论知识已众所周知，本文不再过多讨论。利用Ansoft Designer的理论模型设计225MHz-500MHz带通滤波器。带通滤波器的原理图如图1。

在电路设计中插入器件画出电路图，并引入变量对电感和电容值进行调谐，最后仿真结果如图2。

得出仿真的电感和电容值后，按公式（1）、（2）计算出实际线圈和陶瓷基板的大小。

其中是平板表面积，代表平板间距，是真空中电导率值为8.85418×F/m，为相对真空中的介电常数；当

2 板材温升的简单计算

温升的计算方法有热阻法、热容法、散热面积法等多种方法，本文采用热阻法简单计算一下基板的温升。

温升（℃），热阻（℃/），功耗（），为平板的厚度（），为平板垂直于热流方向的截面积（），为平板材料的热导率（）。

滤波器的承受功率是2000瓦，损耗小于0.2dB，AL2O3陶瓷的热传导率是29.3，聚四氟乙烯的热传导率是0.27。假设以热损耗是100瓦，按公式（3）、（4）进行计算，AL2O3陶瓷基板的温升在5℃左右，而聚四氟乙烯板的温升在500℃左右。当然，散热方式包括传导和辐射，即使50%的热量通过辐射的方式散出去，聚四氟乙烯板的温升也有250℃左右，对于此滤波器来说聚四氟乙烯板是绝对不适用的。本文只是粗略估算一下板材的温升，计算并不是很准确。

3 带通滤波器的测试

调试完成后的带通滤波器实物图如图3。

带通滤波器用矢量网络分析仪测试通带、抑制、回波的小信号，结果如图4。

此滤波器不仅进行了常温功率试验，在高低温-10℃和+55℃时承受2000瓦功率工作状态依然稳定。

4 设计中的一些细节

带通滤波器在设计时选用了理想模型，电感和电容按理论值所制作出的滤波器频率会稍有偏差，需要对电感和电容做细微的调整。

绕制电感线圈时，铜线如果选用太细散热效果不好，选用太粗滤波器的体积较大，在设计中要选用适当粗细的铜线。

电容在选择时，通路电容按就近档容值选用ATC10E型高耐压值陶瓷电容，对地电容选用AL2O3陶瓷基板电容，以利于滤波器散热。

陶瓷基板在焊接到金属底板上时，如果两种材质的热膨胀系数相差较大，最好选用中间膨胀系数材质的金属做垫板，以提高环境适应性。

5 结语

本文所设计的LC大功率滤波器在损耗、回波、抑制、功率容量等各方面的指标都比较好，大幅提高了LC滤波器的功率容量。而且本设计方案适用于所有使用LC滤波器的频段，能够很好的满足大功率发射机的工程使用需求。

参考文献

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