微波滤波器自动调试装备研制

党志南

摘 要：目前普遍采用人工调节调试螺杆实现微波滤波器的谐振频率调节，存在产品一致性差、生产效率低、人力成本高等不足。为了提高产业生产能力，降低生产成本，提出了微波滤波器自动化调谐工艺，经过研究，制造出了适应多种不同规格调试螺杆和盖板的微波滤波器自动调谐装备。装备通过使用直角坐标的移动夹具，实现自动上下料、自动组装、自动调谐等功能于一体，并且通用性好。通过使用工控机和液晶显示器作为人机交互装置，以固高运动控制卡为控制系统核心，最大化地满足高阶复杂的控制要求。所设计的微波滤波器自动调谐装备在实际运用中表现高效稳定，调谐效果好，具有良好的市场前景，为调谐自动化奠定了基拙。

关键词：微波；滤波器；自动调试

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2017）08-0183-02

Abstract：at present， manual adjustment debugging screw is used to realize the resonance frequency adjustment of microwave filter. There are some problems such as low consistency of products， low production efficiency and high manpower cost. In order to improve the industrial production capacity， reducing production cost， the microwave filter automatic tuning process， after the study， made to adapt to the automatic tuning of microwave filters of different specifications and equipment debugging screw cover. The equipment can realize automatic feeding and unloading， automatic assembly， automatic tuning and other functions through the use of rectangular coordinates of mobile fixture， and the versatility is good. By using industrial computer and LCD as human-computer interaction device， the fixed high motion control card is the core of the control system， which can satisfy the high order and complex control requirements. The design of the microwave filter automatic tuning equipment in the actual application of high efficiency， stability， tuning effect， and has a good market prospect， and laid the foundation for the tuning automation.

Key Words：Tmicrowave； filter； automatic debugging

微波滤波器是微波电路中的关键元件，微波滤波器能够进行电波的分离、将需要使用的电波分离开来，是较为常用的元件。而制作微波滤波器的过程目前是需要人力进行完成，但是由于国家相关劳动法规的改变，社会的不断发展，企业需要从人工记性元件调谐向自动调谐进行转变，为此需要对微波滤波器的自动调谐装置进行研究。通过实验进行实际组装测试，经过不断调试让微波滤波器自动调谐装置能够顺利投入使用。

1微波滤波器

微波滤波器是将信号过滤，只留下所需信号的一种分离不同频率微波信号的一种器件。微波滤波器分低通、高通、带通、带阻四种类型（高通常用宽频带的带通滤波器代替），采用不同的设计方法、参数和结构，工作时使用的工作频率、频带宽度、功率容量指标也不相同。在微波电路系统中，滤波器的性能对性能指标具有很大影响，因此想要设计出好的微波电路系统，需要使用高性能的滤波器。

2微波滤波器自动调试装备发展现状

由于微波滤波器的产品结构和调谐特性的特殊性，目前，国际上加拿大的拥有自主知识产权的COM DEV公司进行基于计算机辅助波滤波器调谐装备的产品生产。出于技术保密的原因，他们只在自己公司应用，用技术领先优势作为其企业核心竞争力之一。国内只是进行相关机辅调谐理论的研究，生产这类微波滤波器几乎都靠手工制作。人工调谐工作需要工作人员具有一定的谐调工作经验，使得产品的生产效率和加工一致性受到员工操作影响。另外，近年来随着国家对工人劳动环境和劳动强度的监督管理日益严格，人力成本费用增高，产业进入到发展的瓶颈。要想达到微波滤波器的自动化调谐，需要研究基于网络分析仪的多调谐模式下的微波滤波器调谐软件平台，研究融合视觉识别技术和专家级系统的计算机辅助微波濾波器自动智能调谐的综合和优化方法，其中基础工作是需要研制出一种不需要人工干预，高度自动化的微波滤波器自动调谐装备。因此，我们研制出微波滤波器自动调谐装备，不仅实现了微波滤波器的高效及高品质的全自动化生产，而且填补了国内自动化调谐的空白，促进了企业的产业化结构升级[1]。

3微波滤波器自动调试装备研制方法

3.1传统微波滤波器结构及生产方式

谐振腔体滤波器主要有腔体、盖板、调试螺杆、锁紧螺母、紧固螺钉组成。在传统滤波器生产过程中，操作者通过使用螺丝刀将调试螺杆安装入盖板上的对应螺丝孔，再根据设计要求对调试螺杆进行初调、复调，同时通过矢量网络分析仪对调试螺杆进行参数检测，对微博滤波器进行谐振频率进行调谐位调试，证谐振频率调试到位，调试指标符合产品指标要求。矢量网络分析仪具有很多功能，是射频微波领域的万用表，需要操作人员具有相关的技术知识[2]。

3.2自动化工艺设计

研究表明实现微波滤波器自动化生产，需要研究能够将微波滤波器预装组件进行自动化调谐的设备，利用市场上相对成熟的自动螺丝机完成调谐组件与腔体的组装。微波滤波器调谐自动化设备研制过程中，各种微波滤波器元件上下料是整个研究过程中的重点难题，包括盖板、螺丝、螺母的上下料，对不同孔位需要的不同的螺杆、螺母进行识别、上料、下料。在设计自动化调谐装置时需要考虑设备的模块化、通用化、系列化，从而为企业能够创造经济效益。在此基础上，综合考虑成品元件的美观性，需要将调谐位调试螺杆对应不同的调谐长度，但是调谐螺杆外露部分需保证高度均匀，这种情况下需要使用不同长度的调试螺杆进行安装，在综合考量装备的通用性问题，自动调谐装置需要能够适应微波滤波器一定范围内的各种尺寸[3]。

在进行如图1所示的自动化流程设计：通过预锁紧机构进行耗材预装，通过单自由度的水平驱动单元驱动夹持着耗材组件预锁紧机构到预定工作位，通过视觉定位法将耗材逐渐与盖板进行装备，通过网络分析仪和基辅调谐综合优化进行螺杆调谐和螺母锁紧[4]。

3.3自动化组装结构设计

自动化调谐装置的总体结构是由上料模块、传输模块、组装调谐模块、移动夹具、机架组成。在上料模块中，送螺杆装置根据螺杆等径，长度不一的特点，系列化单头螺杆，将根据装配工艺要求调试螺杆具有相对严格的方向性，可以采取对应系列化的快缓式螺杆料盒和特殊加工处理的送螺杆机构，使螺杆能够区分开，实现所需螺杆精准上料，采用吹气式送螺杆方法，能够让装备布局更灵活，所使用的小马达能够让装备整体实现无缝结合，并且经济实用、耐用[5]。送螺母装置时通过电磁振动料盘将锁紧螺母进行定向有序的送至螺杆之上，使用一个气缸推动夹具转动闭合夹紧锁紧螺母，使用另一个气缸推动整体夹具，实现螺母上料，这种上料方式能够通过调试达到上料满意。输送模块是进行盖板上料和最终成品下料的运输模块。通过使用齿轮减速电机驱动V带机构、顶升机构、制动机构、传感器、缓冲器。在进行盖板上料环节，工人需要将盖板放置到V带机构上料端，通过传感器感知到盖板到位，齿轮减速电机带动V带输送盖板迁移，当运动到预定位置后，通过另一个传感器进行定位，止动机构开始运作，阻挡盖板，同时顶升机构运作，将盖板推送至移动夹具，完成盖板上料过程后，顶升机构复位。进行成品卸料时，成品有顶升机构下移，带回置V带机构，通过V带机构将成品运送至指定位置，使用传感器进行定位，同时提醒工人取走成品。可以在卸料端进行相应的成品保护设施。移动夹具在使用过程中需要考虑运动的复杂程度和控制精准度。移动夹具可以采用伺服电机驱动的直角坐标移动平台，包括两个自由度。这种移动夹具使用盖板范围较广，并且可以进行拓展[6]。盖板的定位装置主要由无杆气缸驭动的L形夹紧块、弹簧顶销、压板组成。当盖板由输送模块中的顶升机构向上推进至上限位置的压板，X轴和Y轴无杆气缸驭动各自L形夹紧块运动以带动盖板至基准位置，在L形夹紧块、压板和滑台板的共同作用下实现定位夹紧，此时弹簧顶销呈压缩状态，当需要卸料时X轴和Y轴无杆气缸驭动各自L形夹紧块回撤到初始位，弹簧顶销自动弹性复位从而将调谐组件自动顶出到顶升机构承压部位，在顶升机构的作用下实现调谐组件的卸料。组装部件调谐装置是整个自动化调谐装置中的重点，包括水平驱动单元，预锁紧机构、组合机械手、视觉模块。水平驱动机构是有伺服电机驱动丝杠螺母副实现安装在它上面的预锁紧机构和组合机械手的单自由度移动，预锁紧机构是有气缸和电动螺丝批组合程自动螺丝锁附装置，实现耗材预装，组件加持转移以及耗材与盖板的组装，鸟嘴部分可以采取特殊工艺处理，保证夹持耗材组件过程中，调试螺杆与鸟嘴同轴。组合机械手主要是在水平驱动单元作用下自动对准调试螺杆并在控制作用下进行基于网络分析仪和机辅调谐的综合优化方法和螺杆调试，在实现调谐后再次进行螺母锁紧。螺母锁紧是调谐完成后进给气缸动作带动锁螺杆用的螺丝刀撤回，步进一台电机再次驭动整个活动部件下移一定距离，使得锁螺母用锁螺母套筒套合锁紧螺母的外缘（此时锁螺杆用的螺丝刀头部也卡合于调试螺杆的头部，保证在拧螺母的过程中最佳螺杆位置不变动），然后伺服电机运作驱动锁螺母用锁螺母套筒旋转，进行螺母的锁紧[7]。当力矩传感器检测到伺服电机的力矩达到一定值时，伺服电机在控制作用下停止工作，步进电机反转带动整个活动部件上移复位，如此便实现了微波滤波器一个调谐位的谐振频率的调试。其中通过力矩检测保证拧紧力以适时控制，并且可以设定多种扭力锁附。

4自动化组装装备的控制系统设计

装备控制系统采用PC机+GTS-800PV系列固高运动控制卡+CCD摄像机，中文全称：电荷祸合元件。开放式运动控制方法，PC机为该控制系统的中心部分，CCD摄像机用于对调谐螺纹孔位置的精确反馈，GTS-800系列固高运动控制卡负责整个运动控制系统的完成。系统通过伺服、步进驱动控制系统、传感系统、气动控制系统、人机交互系统等构成。软件控制程序在VS2008编译环境下进行开发及设计控制系统结构。

5结语

经过科学的研究，对微波滤波器调谐设计进行自动调谐设计，使用合理的设备设计，通过实践进行整个装置的调试，让整个装置能够投入使用，并且具有实践可行性、通用性，并且采用实际可用的自动化调谐控制系统，让整个自动化调谐装置能够进行精准调谐，让原材料能够自动上下料，并完成调谐组装，并将成品下料，整个过程减少人工使用，将人工成本降低，降低元件造价，实现企业利润提升。

参考文献

[1]汪芳胜，王枫红，陈炽坤等.微波滤波器自动调谐装备的研制[J].组合机床与自动化加工技术，2014，（10）：150-153.

[2]翟世君.Ku波段接收前端的研制[D].电子科技大学，2009.

[3]李涛，王宇焯，王旭东等.全新布里渊散射可切换微波光子滤波器[J].红外与激光工程，2016，45（8）：0820002-1-0820002-5.

[4]王巍，张爱华，杨铿等.基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计[J].红外与激光工程，2013，（8）：2162-2166.

[5] 张程，闫连山，潘炜等.基于偏振模干涉的可變系数微波光子滤波器[J].强激光与粒子束，2013，25（11）：2846-2850.

[6]祁春慧，裴丽，宁提纲等.一阶无限抽头响应微波光子滤波器的品质因数分析[J].红外与激光工程，2011，40（7）：1314-1317.

[7]祁春慧，裴丽，宁提纲等.微波光子滤波器的平坦特性分析[J].红外与激光工程，2011，40（5）：910-914.