功分耦合设计11

功分器和耦合器设计总结450-800MHz微带功分器的设计一、二功分器技术指标表1450-800MHz功分器技术指标产品型号二功分器三功分器四功分器频率范围450-800MHz插入损耗（dB）3.5dB5.4dB7dB隔离度三20dB三20dB三20dB输入驻波比（VSWR）W1.3外形尺寸（mm）65X55X1982X60X19104X92X19阻抗Q50Q接口形式N型承载功率（W）25工作温度-30〜60°C相对湿度9〜95%基本要求（1）输出功率按一定的比例分配；（2）各输出端口之间要相互隔离以及各输入输出口必须匹配。基本结构微带结构的Wilkinson功分器如图1所示。输入输出端口特征阻抗为Z，两段分支微带0线的长度为才特征阻抗为线的长度为才特征阻抗为ZJ承产-B1r承产-B1r(2)⑶图1Wilkinson功分器结构设计过程根据频段和指标要求，我们用两节微带线来实现，查《微带电路》书的表6-6得出第一节传输线特征阻抗Z=60.985。，并联电阻R=241.02Q；第二节传输线特征阻抗11Z=81.990，并联电阻R=98.010.根据每级的阻抗值，利用PCB特性阻抗计算工具软22件TXLine计算出每节的线宽和线长的初始值，然后利用全波仿真软件HFSS进行仿真得到线宽和线长的准确值，建立如下的模型。14AL>曰•闿3450-800-cmmb田-虧t线宽和线长的准确值，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图2微带二功分仿真模型注意事项1）建模和仿真时注意事项微带线的线宽不宜太窄，这样加工起来不方便，而且线太细承受的功率也不大为了让拐角不引起反射，把拐角削去一块，即倒角，倒角的尺寸要进行仿真一般为线宽的1.2倍对于模拟隔离电阻的矩形贴片的大小要和实际的电阻大小相对应，电阻的长一般是宽的2倍，在选择隔离电阻的规格时，要考虑其承受功率。理论上隔离电阻上是不会有电流通过的，而实际上由于信号的反射，会有一部分能量损耗在隔离电阻上。例如驻波为1.3的二功分，驻波1.3对应的反射功率为输入功率的1.7%，假设输入功率为25瓦，那么反射的功率为0.425瓦，这时选择的隔离电阻的承受功率就不能太小。仿真时发现，焊接电阻的两个微带线的间距不宜过大，适当的调小间距会使插损变小。2）调试时注意事项由于二功分的结构比较简单，调试起来比较简单，调试时遇到的问题如下由于印制板的大小跟腔体在加工时不太匹配，例如板子有点大，会使板子跟腔体的接触不太好，这样会对指标有影响，故在设计出图时应留点余量。

连接器在焊接时，由于焊锡太多导致接头短路，故在焊接时应注意这样的问题在调试时会遇到端口没有信号的情况，排除矢网电缆和b项的问题，那可能是板子上面铜箔线断开引起的。二、微带三功分的设计微带三功分的设计一般有两种方式可以实现，一种是用一个功率分配比为1：2的二功分和一个分配比为1：1的二功分来组合实现。另一种是直接进行一分三。我们选用的是后一种方式，查表得知需要两节，但是在外形尺寸的限制下，如果直接进行两节结构会比较复杂，建模也不方便，所以我们选择先进行阻抗变换再进行功率分配，在HFSS中的模型如下图杂，建模也不方便，所以我们选择先进行阻抗变换再进行功率分配，在HFSS中的模型如下图3微带三功分仿真模型建模和仿真时注意事项考虑到外形尺寸的限制，采取折线的布线形式，倒角的问题与二功分相同，另外两根微带线间的间距要大于4倍的基板厚度，避免支线间的耦合。调试时注意事项仿真时，我们用的隔离电阻是180。，而实际调试时120。的隔离电阻会相对好些调试时，我们通过在三个分线上贴铜皮来改善指标，在中间线上贴铜皮改善输入端的驻波，两边线上贴铜皮来改善输出端口间的隔离。三、微带四功分的设计我们用三个微带二功分来构成四功分，设计仿真和调试的问题与二功分相似

450-800MHz微带耦合器的设计表2450-800微带耦合器指标型号YKDC-800/2500-5YKDC-800/2500-7YKDC-800/2500-10YKDC-800/2500-15YKDC-800/2500-20频率范围（MHz）450-800耦合度（dB）5±0.57±0.610±0.715±0.720±1隔离度（dB）2527303540输入驻波比1.25插入损耗（dB）<2.1<1.45<0.9<0.6<0.5承载功率（W）60接头N型工作温度-30〜60°C相对湿度9〜95%对于微带耦合器，我们一共设计和投产了5db,6db,7db,10db,15db,20db其中5,6,7,10,15的设计方法一致，都是用带状线来实现的，20db是用微带线来实现的。一、带状线耦合器的设计对于这种耦合较强的耦合器，我们采用的宽边耦合，故用带状线的形式来实现，在HFSS里的模型如下图4带状线耦合器仿真模型1）建模和仿真时注意事项带状线的结构：由上下两块垫板，中间印制板构成，主副线分别位于中间印制板的上下两面，主线在下，副线在上。垫板的介质的介电常数可以和印制板相同也可以不相同，我们选用的垫板板材为FR4介电常数为4.5，印制板的板材为F4B-2介电常数为2.7.对于5db,6db,7db垫板厚度为2mm,印制板厚度为0.5mm。随着耦合的减弱，10db的印制板厚度为0.8mm,垫板厚度仍为2mm,而15db的垫板和印制板的厚度都为1.5mm。在仿真时如果发现耦合度的起伏比较大，可以通过调整主副线的长度来改善，驻波主要通过调整线宽来改善，耦合度的改变通过平移副线来实现。对于从5db到10db这种耦合度的改变，不能只通过平移副线变大主副线宽边的间距来实现，虽然这种方法能够实现耦合度的变化，但是隔离和驻波并不能进行同步的变化，以我们通过改变中间介质板的厚度来实现，平移副线和改变线宽只是微调。对于主副线的50传输线的线长不宜过短，如果过短在腔体上固定相邻两个主副线连接器的接头螺钉会相互干涉，装配起来不方便。建模时应考虑这个问题选择合适的尺寸。2）调试时注意事项若耦合太强，可以通过割铜皮使副线的线宽变窄来实现耦合弱化，相反耦合弱了，可以贴铜皮来改善。对于5db耦合器，腔体变深会使端口驻波和隔离都有很大的改善，故在调试时如果发现驻波很差，可以将腔体洗深0.5mm再进行调试。对于7db,10db,15db可以通过在主线的输入端贴铜皮来改善隔离，在隔离电阻的焊接点贴铜皮也可改善隔离。由于加工误差，使得垫板的尺寸不复合要求，如果垫板比实际需要的厚，腔体和盖板之间就会留有缝隙，这样耦合器的指标就会受到影响，故在加工时会将腔体稍微加深一些，大概加深0.2mm左右二、微带耦合器的设计对于像20db这样耦合较弱的耦合器，如果再用上述的带状线来实现就比较困难，故我们用常用的微带结构来实现，类似与微带功分器所用的微带板。模型如下图520db微带耦合器仿真模型1）建模和仿真时注意事项a.20db耦合器，我们是利用侧边耦合来实现，在仿真时我们发现其隔离度不高，隔离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带线的偶模和奇模相速不等引起的，故我们在副线上加短截线来构成电容补偿结构。通过电容补偿，耦合器的隔离度有很大的改变，短截线与主线间的缝隙越小，隔离度越高，考虑到实际的加工和后面的调试选择合适的缝隙，不宜过小。耦合度的起伏和驻波的仿真与上述的耦合器方法一致2）调试时注意事项a.20db耦合度和驻波的调试与上面所述其他耦合器的调试方法相同，而隔离度的改善是通过切除倒角，即使倒角变大来实现的。350-870MHz腔体耦合器的设计表3350-870MHz腔体耦合器技术指标项目特性型号RM320-DCP-506XNRM320-DCP-510XNRM320-DCP-515XNRM320-DCP-520XN频率范围（MHz）350〜870350〜870350〜870350〜870最大驻波比（VSWR）1.251.251.251.25耦合度（dB）5±0.87±0.810±0.815±1.0最大插入损耗（dB）21.350.80.5最小隔离度（B）24282833平均功率（W）200200200200接口类型3XN-F3XN-F3XN-F3XN-F工作温度（°C）-40〜+7-40〜+75-40〜+75-40〜+75350-870MHZ腔体耦合器，我们做了四只样品，5db,7db,10,15db个一只。此腔体耦合器的设计方法跟已批量生产的800-2500MHZ的腔体耦合器的设计方法一样。模型如下图图6腔体耦合器仿真模型仿真和建模时注意事项考虑到带宽和耦合度的起伏，我们选择用两节来实现。通常每节的长度应为中心频率的四分之一波长，对于这种频率比较低的情况，可以选择长度为最高频率的四分之一波长，这样尺寸会小很多，仿真和实物都证实了这点是可行的。刚开始为了节省尺寸，我们采用让主副杆走折线的方式，可是走折线不仅加工器起来成本高，而且仿真起来也比较困难，故选择了走直线。仿真时我们发现，对于5db和7db如果采用平腔，第一节的主副杆的宽度会比较小，这样会给加工和调试都带来难度，故我们采用了沉腔的方式，这样通过调整腔高比可以适当的使宽度增加。10db和15db使用的是平腔第二节主副杆之间的缝隙对耦合度的起伏影响比较大，随着缝隙的增加，起伏会有一定的改善。调试时注意事项连接器在焊接时，由于焊锡太多导致接头短路，矢网上无法显示S11和S22曲线，因此焊接完要注意不要短路。由于主副杆之间缝隙的不均匀会使耦合波纹起伏变大，因此在调试时要把主副杆缝隙调整好，使得波纹起伏最佳。装配时，一般让主副杆之间的缝隙大一些，但不要太大，安装后通过调整侧面的调谐螺钉使缝隙变小，调整耦合度到需要的值，再调试完成后，滴胶让螺钉固定，使得主副杆间距变化很少，从而使得耦合一致。800-2500MHZ3db电桥设计总结表3800-2500MHz3db电桥技术指标项目技术指标单位1.工作频率800-2500MHZMHz2.插入损耗<3.25dB3.带内纹波<0.3dB4•端口驻波<1.25•隔离度>20dB1.技术参数设计由于我们设计的电桥的带宽达到了1700MHz,采用单节方式耦合很难达到带宽的要求，因此采用了三节对称耦合方式来设计，由于多节中各节所产生的反射波彼此抵消，所以匹配频带得以展宽。我们采用了一种近似带状线的设计方案，两条耦合器分别以微带线形式制版在耦合线间垫上一种超薄超柔同介电常数的介质材料，以排除耦合线间的空气介质，再配合紧耦合制作工艺，基本上能达到一种非常近似带状线的状态。输入输出接头使用插针的形式通过中间耦合单元和两边缘耦合单元间的补偿电容来提高隔离度和改善端口驻波。具体模型如下图图63db电桥仿真模型2.仿真和建模时注意事项3db电桥为强耦合，所以在结构上采取空间上下耦合的方式，并借助辅助手段来压紧，这样紧耦合比较容易实现。由于耦合越紧，隔离度就越差，我们才用了在中间耦合单元和两边边缘耦合单元间加补偿电容的