功分耦合設(shè)計(jì)11

功分器和耦合器設(shè)計(jì)總結(jié)450-800MHz微帶功分器的設(shè)計(jì)一、二功分器技術(shù)指標(biāo)表1450-800MHz功分器技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)品型號(hào)二功分器三功分器四功分器頻率范圍450-800MHz插入損耗（dB）3.5dB5.4dB7dB隔離度三20dB三20dB三20dB輸入駐波比（VSWR）W1.3外形尺寸（mm）65X55X1982X60X19104X92X19阻抗Q50Q接口形式N型承載功率（W）25工作溫度-30?60°C相對(duì)濕度9?95%基本要求（1）輸出功率按一定的比例分配；（2）各輸出端口之間要相互隔離以及各輸入輸出口必須匹配。基本結(jié)構(gòu)微帶結(jié)構(gòu)的Wilkinson功分器如圖1所示。輸入輸出端口特征阻抗為Z，兩段分支微帶0線的長度為才特征阻抗為線的長度為才特征阻抗為ZJ承產(chǎn)-B1r承產(chǎn)-B1r(2)⑶圖1Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程根據(jù)頻段和指標(biāo)要求，我們用兩節(jié)微帶線來實(shí)現(xiàn)，查《微帶電路》書的表6-6得出第一節(jié)傳輸線特征阻抗Z=60.985。，并聯(lián)電阻R=241.02Q；第二節(jié)傳輸線特征阻抗11Z=81.990，并聯(lián)電阻R=98.010.根據(jù)每級(jí)的阻抗值，利用PCB特性阻抗計(jì)算工具軟22件TXLine計(jì)算出每節(jié)的線寬和線長的初始值，然后利用全波仿真軟件HFSS進(jìn)行仿真得到線寬和線長的準(zhǔn)確值，建立如下的模型。14AL>曰?闿3450-800-cmmb田-虧t線寬和線長的準(zhǔn)確值，建立如下的模型。14AL>曰?闿3450-800-cmmb田-虧t1feri2_qi：itl\±融lfen22FrojectSheeCoordinatePl：xrLesLisNameValueUnitA>:046mmyO53mmz010mmzl0.8mmWO2.08mm106mm11111wl0.65mmw2wldl4mm-a-31.3mmrt1.2124mm13ll-.il./2+wld24mm14113154mm165.2mm17112*1<!l1」nlx圖2微帶二功分仿真模型注意事項(xiàng)1）建模和仿真時(shí)注意事項(xiàng)微帶線的線寬不宜太窄，這樣加工起來不方便，而且線太細(xì)承受的功率也不大為了讓拐角不引起反射，把拐角削去一塊，即倒角，倒角的尺寸要進(jìn)行仿真一般為線寬的1.2倍對(duì)于模擬隔離電阻的矩形貼片的大小要和實(shí)際的電阻大小相對(duì)應(yīng)，電阻的長一般是寬的2倍，在選擇隔離電阻的規(guī)格時(shí)，要考慮其承受功率。理論上隔離電阻上是不會(huì)有電流通過的，而實(shí)際上由于信號(hào)的反射，會(huì)有一部分能量損耗在隔離電阻上。例如駐波為1.3的二功分，駐波1.3對(duì)應(yīng)的反射功率為輸入功率的1.7%，假設(shè)輸入功率為25瓦，那么反射的功率為0.425瓦，這時(shí)選擇的隔離電阻的承受功率就不能太小。仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)，焊接電阻的兩個(gè)微帶線的間距不宜過大，適當(dāng)?shù)恼{(diào)小間距會(huì)使插損變小。2）調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)由于二功分的結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)試起來比較簡單，調(diào)試時(shí)遇到的問題如下由于印制板的大小跟腔體在加工時(shí)不太匹配，例如板子有點(diǎn)大，會(huì)使板子跟腔體的接觸不太好，這樣會(huì)對(duì)指標(biāo)有影響，故在設(shè)計(jì)出圖時(shí)應(yīng)留點(diǎn)余量。

連接器在焊接時(shí)，由于焊錫太多導(dǎo)致接頭短路，故在焊接時(shí)應(yīng)注意這樣的問題在調(diào)試時(shí)會(huì)遇到端口沒有信號(hào)的情況，排除矢網(wǎng)電纜和b項(xiàng)的問題，那可能是板子上面銅箔線斷開引起的。二、微帶三功分的設(shè)計(jì)微帶三功分的設(shè)計(jì)一般有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)，一種是用一個(gè)功率分配比為1：2的二功分和一個(gè)分配比為1：1的二功分來組合實(shí)現(xiàn)。另一種是直接進(jìn)行一分三。我們選用的是后一種方式，查表得知需要兩節(jié)，但是在外形尺寸的限制下，如果直接進(jìn)行兩節(jié)結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜，建模也不方便，所以我們選擇先進(jìn)行阻抗變換再進(jìn)行功率分配，在HFSS中的模型如下圖雜，建模也不方便，所以我們選擇先進(jìn)行阻抗變換再進(jìn)行功率分配，在HFSS中的模型如下圖3微帶三功分仿真模型建模和仿真時(shí)注意事項(xiàng)考慮到外形尺寸的限制，采取折線的布線形式，倒角的問題與二功分相同，另外兩根微帶線間的間距要大于4倍的基板厚度，避免支線間的耦合。調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)仿真時(shí)，我們用的隔離電阻是180。，而實(shí)際調(diào)試時(shí)120。的隔離電阻會(huì)相對(duì)好些調(diào)試時(shí)，我們通過在三個(gè)分線上貼銅皮來改善指標(biāo)，在中間線上貼銅皮改善輸入端的駐波，兩邊線上貼銅皮來改善輸出端口間的隔離。三、微帶四功分的設(shè)計(jì)我們用三個(gè)微帶二功分來構(gòu)成四功分，設(shè)計(jì)仿真和調(diào)試的問題與二功分相似

450-800MHz微帶耦合器的設(shè)計(jì)表2450-800微帶耦合器指標(biāo)型號(hào)YKDC-800/2500-5YKDC-800/2500-7YKDC-800/2500-10YKDC-800/2500-15YKDC-800/2500-20頻率范圍（MHz）450-800耦合度（dB）5±0.57±0.610±0.715±0.720±1隔離度（dB）2527303540輸入駐波比1.25插入損耗（dB）<2.1<1.45<0.9<0.6<0.5承載功率（W）60接頭N型工作溫度-30?60°C相對(duì)濕度9?95%對(duì)于微帶耦合器，我們一共設(shè)計(jì)和投產(chǎn)了5db,6db,7db,10db,15db,20db其中5,6,7,10,15的設(shè)計(jì)方法一致，都是用帶狀線來實(shí)現(xiàn)的，20db是用微帶線來實(shí)現(xiàn)的。一、帶狀線耦合器的設(shè)計(jì)對(duì)于這種耦合較強(qiáng)的耦合器，我們采用的寬邊耦合，故用帶狀線的形式來實(shí)現(xiàn)，在HFSS里的模型如下圖4帶狀線耦合器仿真模型1）建模和仿真時(shí)注意事項(xiàng)帶狀線的結(jié)構(gòu)：由上下兩塊墊板，中間印制板構(gòu)成，主副線分別位于中間印制板的上下兩面，主線在下，副線在上。墊板的介質(zhì)的介電常數(shù)可以和印制板相同也可以不相同，我們選用的墊板板材為FR4介電常數(shù)為4.5，印制板的板材為F4B-2介電常數(shù)為2.7.對(duì)于5db,6db,7db墊板厚度為2mm,印制板厚度為0.5mm。隨著耦合的減弱，10db的印制板厚度為0.8mm,墊板厚度仍為2mm,而15db的墊板和印制板的厚度都為1.5mm。在仿真時(shí)如果發(fā)現(xiàn)耦合度的起伏比較大，可以通過調(diào)整主副線的長度來改善，駐波主要通過調(diào)整線寬來改善，耦合度的改變通過平移副線來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于從5db到10db這種耦合度的改變，不能只通過平移副線變大主副線寬邊的間距來實(shí)現(xiàn)，雖然這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)耦合度的變化，但是隔離和駐波并不能進(jìn)行同步的變化，以我們通過改變中間介質(zhì)板的厚度來實(shí)現(xiàn)，平移副線和改變線寬只是微調(diào)。對(duì)于主副線的50傳輸線的線長不宜過短，如果過短在腔體上固定相鄰兩個(gè)主副線連接器的接頭螺釘會(huì)相互干涉，裝配起來不方便。建模時(shí)應(yīng)考慮這個(gè)問題選擇合適的尺寸。2）調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)若耦合太強(qiáng)，可以通過割銅皮使副線的線寬變窄來實(shí)現(xiàn)耦合弱化，相反耦合弱了，可以貼銅皮來改善。對(duì)于5db耦合器，腔體變深會(huì)使端口駐波和隔離都有很大的改善，故在調(diào)試時(shí)如果發(fā)現(xiàn)駐波很差，可以將腔體洗深0.5mm再進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于7db,10db,15db可以通過在主線的輸入端貼銅皮來改善隔離，在隔離電阻的焊接點(diǎn)貼銅皮也可改善隔離。由于加工誤差，使得墊板的尺寸不復(fù)合要求，如果墊板比實(shí)際需要的厚，腔體和蓋板之間就會(huì)留有縫隙，這樣耦合器的指標(biāo)就會(huì)受到影響，故在加工時(shí)會(huì)將腔體稍微加深一些，大概加深0.2mm左右二、微帶耦合器的設(shè)計(jì)對(duì)于像20db這樣耦合較弱的耦合器，如果再用上述的帶狀線來實(shí)現(xiàn)就比較困難，故我們用常用的微帶結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，類似與微帶功分器所用的微帶板。模型如下圖520db微帶耦合器仿真模型1）建模和仿真時(shí)注意事項(xiàng)a.20db耦合器，我們是利用側(cè)邊耦合來實(shí)現(xiàn)，在仿真時(shí)我們發(fā)現(xiàn)其隔離度不高，隔離度不高主要是由方向性不好引起的，而方向性不好可能是由微帶線的偶模和奇模相速不等引起的，故我們在副線上加短截線來構(gòu)成電容補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。通過電容補(bǔ)償，耦合器的隔離度有很大的改變，短截線與主線間的縫隙越小，隔離度越高，考慮到實(shí)際的加工和后面的調(diào)試選擇合適的縫隙，不宜過小。耦合度的起伏和駐波的仿真與上述的耦合器方法一致2）調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)a.20db耦合度和駐波的調(diào)試與上面所述其他耦合器的調(diào)試方法相同，而隔離度的改善是通過切除倒角，即使倒角變大來實(shí)現(xiàn)的。350-870MHz腔體耦合器的設(shè)計(jì)表3350-870MHz腔體耦合器技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目特性型號(hào)RM320-DCP-506XNRM320-DCP-510XNRM320-DCP-515XNRM320-DCP-520XN頻率范圍（MHz）350?870350?870350?870350?870最大駐波比（VSWR）1.251.251.251.25耦合度（dB）5±0.87±0.810±0.815±1.0最大插入損耗（dB）21.350.80.5最小隔離度（B）24282833平均功率（W）200200200200接口類型3XN-F3XN-F3XN-F3XN-F工作溫度（°C）-40?+7-40?+75-40?+75-40?+75350-870MHZ腔體耦合器，我們做了四只樣品，5db,7db,10,15db個(gè)一只。此腔體耦合器的設(shè)計(jì)方法跟已批量生產(chǎn)的800-2500MHZ的腔體耦合器的設(shè)計(jì)方法一樣。模型如下圖圖6腔體耦合器仿真模型仿真和建模時(shí)注意事項(xiàng)考慮到帶寬和耦合度的起伏，我們選擇用兩節(jié)來實(shí)現(xiàn)。通常每節(jié)的長度應(yīng)為中心頻率的四分之一波長，對(duì)于這種頻率比較低的情況，可以選擇長度為最高頻率的四分之一波長，這樣尺寸會(huì)小很多，仿真和實(shí)物都證實(shí)了這點(diǎn)是可行的。剛開始為了節(jié)省尺寸，我們采用讓主副桿走折線的方式，可是走折線不僅加工器起來成本高，而且仿真起來也比較困難，故選擇了走直線。仿真時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于5db和7db如果采用平腔，第一節(jié)的主副桿的寬度會(huì)比較小，這樣會(huì)給加工和調(diào)試都帶來難度，故我們采用了沉腔的方式，這樣通過調(diào)整腔高比可以適當(dāng)?shù)氖箤挾仍黾印?0db和15db使用的是平腔第二節(jié)主副桿之間的縫隙對(duì)耦合度的起伏影響比較大，隨著縫隙的增加，起伏會(huì)有一定的改善。調(diào)試時(shí)注意事項(xiàng)連接器在焊接時(shí)，由于焊錫太多導(dǎo)致接頭短路，矢網(wǎng)上無法顯示S11和S22曲線，因此焊接完要注意不要短路。由于主副桿之間縫隙的不均勻會(huì)使耦合波紋起伏變大，因此在調(diào)試時(shí)要把主副桿縫隙調(diào)整好，使得波紋起伏最佳。裝配時(shí)，一般讓主副桿之間的縫隙大一些，但不要太大，安裝后通過調(diào)整側(cè)面的調(diào)諧螺釘使縫隙變小，調(diào)整耦合度到需要的值，再調(diào)試完成后，滴膠讓螺釘固定，使得主副桿間距變化很少，從而使得耦合一致。800-2500MHZ3db電橋設(shè)計(jì)總結(jié)表3800-2500MHz3db電橋技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)單位1.工作頻率800-2500MHZMHz2.插入損耗<3.25dB3.帶內(nèi)紋波<0.3dB4?端口駐波<1.25?隔離度>20dB1.技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)由于我們設(shè)計(jì)的電橋的帶寬達(dá)到了1700MHz,采用單節(jié)方式耦合很難達(dá)到帶寬的要求，因此采用了三節(jié)對(duì)稱耦合方式來設(shè)計(jì)，由于多節(jié)中各節(jié)所產(chǎn)生的反射波彼此抵消，所以匹配頻帶得以展寬。我們采用了一種近似帶狀線的設(shè)計(jì)方案，兩條耦合器分別以微帶線形式制版在耦合線間墊上一種超薄超柔同介電常數(shù)的介質(zhì)材料，以排除耦合線間的空氣介質(zhì)，再配合緊耦合制作工藝，基本上能達(dá)到一種非常近似帶狀線的狀態(tài)。輸入輸出接頭使用插針的形式通過中間耦合單元和兩邊緣耦合單元間的補(bǔ)償電容來提高隔離度和改善端口駐波。具體模型如下圖圖63db電橋仿真模型2.仿真和建模時(shí)注意事項(xiàng)3db電橋?yàn)閺?qiáng)耦合，所以在結(jié)構(gòu)上采取空間上下耦合的方式，并借助輔助手段來壓緊，這樣緊耦合比較容易實(shí)現(xiàn)。由于耦合越緊，隔離度就越差，我們才用了在中間耦合單元和兩邊邊緣耦合單元間加補(bǔ)償電容的