800~2200M二路功分器设计需要注意的地方(射频设计入门指导)

areng

本贴只讲解需要注意的地方,理论上的分析和数据是随便写的,请不要误会啊,呵呵.由于这是几年前的设计,现在完全是凭回忆写出的,可能有错误,还请见谅了.
一,设计电路原理图
功分器目前主要是混合型的,即分两路信号出来后,两路信号之间要减少干扰,所以要加上一个隔离电阻;我们知道,一个单节的功分器只能实现一个频程的信号分离,如果要在更宽的频带上实现良好的回波损耗和隔离,那就需要用到阻抗变换网络,也就是多个功分器级联.但级数一般不能太多,应在3节以内,要不插损将大的难以忍受.下面是宽频功分器示意图.
[upload=jpg]UploadFile/2006-9/0699@52RD_111.jpg[/upload]
其中三段线由细到粗的宽度渐粗,因为它们完成由大阻抗到50ohm的变换,至于每节的特性阻抗是多少我就不记得了.但有计算公式,可看顾涵铮的<微波集成电路>,长度渐短,是由于对不连续性的修正.
隔离电阻由上到下分别为100,200,390ohm,呵呵,这个我还记得,也有相应的计算公式,参考同一本资料.注意隔离电阻一定要放在两带线相连的地方.
在输入的50ohm线分支的地方,最好做个倒角,在板子上不同倒,调试时再修吧,每个折叠的地方做个45度的切角,以减小对回波损耗的影响,折叠的距离要较大,减小两根带线之间的耦合.
做版子时注意美观,左右对称,其实对微波电路而言,对称是普遍存在的,甚至是非常美的.
整个电路设计,顾老的书可以提供全部的计算公式和误差分析理论依据.
在使用这种电路时,注意这样几个问题:
1,带线长度的修正,由于不连续性,由细到粗的渐变,细线的长度比1/4波长略长,粗线则略短,但修正值不是太大,一般在理论计算的基础上根据经验来决定;
2,倒角和切角,频率低时可以不做,但频率高时,这样做会很大程度上提高性能,切角一般都是对角线切45度,有时还要过对角线多切一点,
3,隔离电阻的加入,多少会使线的不连续性恶化的更厉害,所以,电阻要选好的,间距也要正好能使电阻架上去,而不会拉的很远,电阻带来的影响一般是容性的.除非你用的是引线电阻,那引线电感可是感性的.

[此贴子已经被作者于2006-9-10 14:23:49编辑过]

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areng

不要过于依赖仿真软件,它只是减少你调试的工作量
在仿真前,最好先手工计算好各个线的阻抗,长度,宽度,修正值,隔离电阻的大小,初始值是很重要的,要不仿真软件会很累,说不定会仿真出让你眼镜掉下来的结果.
在ADS中,找到微带电路的库,先加入一个MSUB,设定基片的参数,对于光洁度,损耗正切等二等参数可以不管他,主要就是板厚,电容率,铜泊厚度等;
用传输线计算工具计算阻抗变换段各段的长度和宽度,注意,手工计算时,如果想偷赖,只要计算出每节的特性阻抗就行了,然后用这个工具计算出理论上90度电长度的线长和线宽.
然后就是在窗口里加进去模型啦,什么MLIN,MTEE等等.连起来,这都是小意思,
然后就是建立S参数仿真,加入仿真器,变量,比如三节有六个变量,最好设3个VAR变量器,每个变量器里对应每节的L和W两个变量,在你初始值的基础上,设定变量的变化范围.这样直观些注意,范围不要设太大了,一般在你手工计算值上或加或减上几个mm就行.;众OPT中加入优化控制器,暂时加进去就不动他了.建立目标,功分器主要指标是端口的回波损耗和隔离及插损.所以理论上要建立S11,S22,S33.S21,S31,S32六个仿真目标,暂时不要对目标进行加权.
优化时选使用Radom,然后是梯度(又忘了怎么写),最好是等Radom优化进行不下去了再换梯度的.
一般而言,这样优化下来的回波损耗应在-30dB左右,隔离也差不多,插损一般在4dB左右.
如果你发现在仿真时某一项指标不好,那就这个指标加权吧,但不要加太多,也不要每个都加,每个都加等于没加.
提一点,不要试图优化50ohm线的线宽,要不你会哭的.100,200ohm的隔离电阻也不要优化,如果隔离指标达不到要求的话,再试着对390ohm的电阻进行优化吧,但一般是不用的.[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>

areng

板图仿真无非是建立板子的物理模型,比如板子距腔体顶的距离啦,这在顾老的书的第一章说了,我当时用的是2,55的板子,距离在10mm以上,.还有导带与腔体边的距离,我是至少保证有5mm的距离.然后就是仿真.对于功分器而言,板图仿真是没什么问题的,要有也就是由于腔体尺寸选取的不合理,可能会在带内某点产生谐振,就是回波会在某个点急剧恶化,那你就试着把腔体的体积变大一点吧.对于耦合器和滤波器,尤其是发夹线的,版图仿真要做的工作比较多,下次有机会再说.[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>

aycel

areng老师，非常谢谢你咯，不愧是当老师的，讲的如此详细认真，再一次向你说声“谢谢了”！！

areng

[upload=jpg]UploadFile/2006-9/0699@52RD_112.jpg[/upload]
一般实际做出来的和仿真出来的差距比较大,但对功分器而言,差距不是特别大.
我们现在看看图,主要调试点就是不连续点,比如倒角1,切角2-1...4-2这几个地方.
如果输入端回波不好,先调试离输入端近的几个调试点,用手指在导带条上方走走,要靠近但不要接触.如果指标变好了,这里就要加个铜皮.变差了,就割掉一点;
输出端回波不好就从离输出端近的地方调.

在调回波时注意插损的变化,一般回波好插损也会好一些,但不排除非一般性,呵呵.
隔离与前两节的影响不是很大,只要你的前两个隔离电阻没算错,主要是第三节.

我在调试时的原则是先贴后割,尽量不要割.贴的地方主要有T型分支处,隔离电阻处,每一节垂直带线处,割的地方主要有垂直带线处,

如果你调试了一板子的指标达到了要求,最好按同样的方法再调2~3块板,看有没有重复性,如果有,那调试才是成功的,一定要找到调试结果一样的调试方法
按你调试后的板子重新绘图,出板,再调试,一般出三次版就行了.当时做的是GSM双频手机基站用的功分器,从820到2000回波损耗一般在-26db以下,插损在4.2dB,隔离在24dB左右.从800~2200回波损耗在-22dB以下,插损在4.5dB左右,隔离差不多.
望这个贴子对射频设计的新人有所帮助,欢迎讨论[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>

areng

再提一点,板子放在腔体中时,一定要保证是非常平非常齐的放在腔体里,保证板子另一面和腔体良好接触,不要出现鼓包或突起,记得当时做的器件好象是20~40mm长宽吧.用了六个螺丝钉固定板子,另外,两个输出端如果是在同一侧的话,要保证同时扭上两个N型公头的测试电缆而不会很挤,这样会减少测试上电缆的不愉快及施工时的效率,如果你用的是SMA也是一样.
如果你不是用微带型的功分器,而是用带状线的,这一般是用来做小体积的用的是SMA结头,设计方法是一样的,主要就是在上层版要挖几个洞,不要压着隔离电阻了.而且腔体要上N多的螺丝钉,保证上下两块板子密切接触.[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>

areng

补充一点,为减小电阻带来的容性效应,可将贴片电阻竖着焊，所有的焊点要求圆滑，没有浮点，不虚焊，焊点要小。接头和腔体紧密接合，N型头外露的内导体最好是扁平的而不是圆的。

walker945

你讲的真好！谢谢你！

lahidea

areng老师好：我是新人，问一下您说的传输线计算工具是指什么？再ads里面集成的吗？

lui1978

做功分，本人的习惯是用“蛇行线”，也就是用圆弧来代替“直线＋倒角”，效果也不差。

传输线计算工具：ads里面集成的是linecal，mwo里面集成的好象叫txline，ie3d里面集成的叫line gauge，还有agilent的免费软件appcad，后面两个都是基于静态算法的。

wefyx

不错，写的好！[em01]
板猪怎么不加分呢？[em13][em13]

已经加了，是版主，不是板猪啊
[em07]

[此贴子已经被awp666于2006-9-16 12:01:04编辑过]

areng

圆弧设计起来方便点，不过我常用切角线，习guai问题啦．ＡＤＳ里集成了linecal，从菜单项里的tool找．
aglient出的ＡＰＰＣＡＤ，可以计算绝大多数传输线相关问题．

ghost1

好文章，谢谢楼主了。

bxs76

谢谢楼主，具有实际价值，

aycel

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>lui1978</I>在2006-9-10 10:25:00的发言：</B>
做功分，本人的习惯是用“蛇行线”，也就是用圆弧来代替“直线＋倒角”，效果也不差。

传输线计算工具：ads里面集成的是linecal，mwo里面集成的好象叫txline，ie3d里面集成的叫line gauge，还有agilent的免费软件appcad，后面两个都是基于静态算法的。</DIV>


跟你一样，我也用的是蛇行线，用WMO，但是仿真的结果与实验的结果却相差甚远，不知道你是不是也用WMO仿真的，实验结果怎么样？

areng

WMO?MWO,呵呵,仿真正确的话,指标差距不是很大,但MWO模型和算法不如ADS的精确.不知你有没有ADS早期的touchston,我最初是用这个做功分的.当然,这个仿真指标就更理想了,但结果回波损耗一般也就在-25dB以上.
其实,功分器主要注意长度和宽度,只要这几个数据差距不是很大的话,实测指标应差不到哪去.可否将你现在数据给我,我在ADS里仿一下看看.

lui1978

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>aycel</I>在2006-9-11 13:41:00的发言：</B>



跟你一样，我也用的是蛇行线，用WMO，但是仿真的结果与实验的结果却相差甚远，不知道你是不是也用WMO仿真的，实验结果怎么样？</DIV>


我不是用MWO，仅仅用过MWO里面的传输线计算工具，我主要用IE3D和ADS，实验结果除了中心频率有点漂移、插损大些以外，没有太严重的不吻合。

nevergame

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>areng</I>在2006-9-9 16:52:00的发言:........如果你调试了一板子的指标达到了要求,最好按同样的方法再调2~3块板,看有没有重复性,如果有,那调试才是成功的,一定要找到调试结果一样的调试方法
按你调试后的板子重新绘图,出板,再调试,一般出三次版就行了.当时做的是GSM双频手机基站用的功分器,从820到2000回波损耗一般在-26db以下,插损在4.2dB[/COLOR][/COLOR],隔离在24dB左右.从800~2200回波损耗在-22dB以下,插损在4.5dB左右,[/COLOR]隔离差不多.
望这个贴子对射频设计的新人有所帮助,欢迎讨论


<P align=right><FONT color=red>+1 RD币</FONT></P></DIV>


调试与设计基本上都是目前一些单位的常用方法，写的也很不错。。不过这个指标似乎。。。。。</B>

areng

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>nevergame</I>在2006-9-11 14:21:00的发言：</B>



调试与设计基本上都是目前一些单位的常用方法，写的也很不错。。不过这个指标似乎。。。。。</B></DIV>


指标记不清啦,要不就是6个dB左右,可能记成两节级联的了.单节好象是2dB,那三节理论上也是在6dB附近.呵呵,记不清啦,好久没做了.

lui1978

<DIV class=quote><B>以下是引用<I>nevergame</I>在2006-9-11 14:21:00的发言：</B>



调试与设计基本上都是目前一些单位的常用方法，写的也很不错。。不过这个指标似乎。。。。。</B></DIV>


插损应该是1.2dB吧，加上固有的3dB就是4.2dB了，很难做得完美的。微带的东西，自己做的wilkinson单节功分插损就很大了（0.3dB，L波段），1分4为0.5dB；节数多了，难免插损大啊。
想插损小，还是用腔体的吧。