<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 設(shè)計應(yīng)用 > 微型LTCC Wilkinson功率分配器的設(shè)計

          微型LTCC Wilkinson功率分配器的設(shè)計

          作者:喬冬春 戴永勝 時間:2016-07-28 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:本文提出一種基于LTCC技術(shù)的高性能微型Wilkinson功率分配器的設(shè)計方法。從Wilkinson功分器的奇偶模阻抗理論出發(fā),將功分器設(shè)計轉(zhuǎn)化為在偶模下求解阻抗比為 2:1 的阻抗變換和在奇模下求解阻抗匹配的問題,采用 LC 阻抗變換節(jié)取代傳統(tǒng)四分之一波長傳輸線,減小了功分器體積。通過ADS構(gòu)建原理圖并優(yōu)化,運用HFSS進行擬合,最后通過LTCC工藝加工制造,實測曲線與HFSS仿真曲線吻合較好,在2.7GHz~3.0GHz的帶寬內(nèi)插入損耗小于3.2dB,隔離度大于20 dB,輸入端口反射系數(shù)小于-20d

          摘要:本文提出一種基于LTCC技術(shù)的高性能微型Wilkinson功率分配器的設(shè)計方法。從Wilkinson阻抗理論出發(fā),將設(shè)計轉(zhuǎn)化為在偶模下求解阻抗比為2:1 的阻抗變換和在奇模下求解阻抗匹配的問題,采用LC阻抗變換節(jié)取代傳統(tǒng)四分之一波長傳輸線,減小了體積。通過ADS構(gòu)建原理圖并優(yōu)化,運用HFSS進行擬合,最后通過LTCC工藝加工制造,實測曲線與HFSS仿真曲線吻合較好,在2.7GHz~3.0GHz的帶寬內(nèi)插入損耗小于3.2dB,隔離度大于20 dB,輸入端口反射系數(shù)小于-20dB,尺寸僅為3.2mm×1.6mm×0.9mm。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201607/294694.htm

          引言

            1960年E.J.Wilkinson發(fā)表了名為《An N-way Hybrid Power Divider》的文章,文中提出了一種具有所有端口匹配、損耗低且隔離度高的同相功分器,即現(xiàn)在所謂的Wilkinson功分器,由于這種結(jié)構(gòu)的功分器具有優(yōu)異的性能,在微波射頻領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,已經(jīng)衍生出了形形色色的改進版。

            Wilkinson功分器結(jié)構(gòu)中含有四分之一波長傳輸線,在微波低頻端,特別在VHF和UHF上尺寸過大,不便應(yīng)用。本文提出的微型功率分配器,采用LC阻抗變換節(jié)替代傳統(tǒng)電路的四分之一波長傳輸線,大大減小了功分器的體積。同時通過采用LTCC工藝加工制造,利用了LTCC技術(shù)在三維集成方面的優(yōu)勢,進行了無源埋置,設(shè)計出多層的功率分配器,進一步減小了功分器的體積。相比傳統(tǒng)工藝,LTCC工藝具有更高的集成度、更高的Q值及更靈活的封裝樣式,具有廣泛的應(yīng)用前景。

            根據(jù)實際項目需求,本文設(shè)計的功分器具體指標(biāo)如下:中心頻率為2.85GHz,帶寬為300MHz,隔離度高于20dB,回波損耗小于-20dB,尺寸為3.2mm×1.6mm×0.9mm,采用6引腳封裝。

          1 功分器理論分析

             Wilkinson 功分器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,它包含兩個對稱的LC阻抗變換網(wǎng)絡(luò)、一個跨接電阻及一個跨接電容。它的S參數(shù)滿足,,其中,1端口為輸入口,2端口和3端口為輸出口。

            如圖1(a)所示,電路拓?fù)潢P(guān)于平面 A-A'對稱,可利用激勵法進行分析。當(dāng)在2,3端口加載偶模激勵時,沒有電流流過電容C2及電阻2Z0,此時A-A'相當(dāng)于磁壁,即等效開路狀態(tài);當(dāng)在2,3 端口加載奇模激勵時,A-A'相當(dāng)于電壁,等效短路狀態(tài)。圖1(b)與圖1(c)分別給出了偶模激勵和奇模激勵下的等效電路圖[5-6]。

            在偶模激勵下,若要端口2匹配,則需要:

          (1)

            而其偶模輸入阻抗表達(dá)式如下:

          (2)

            其中ω為工作頻段的中心頻率,根據(jù)式(1)和(2)可以得到電容C1與電感L的值,具體如下:

          (3)

            該電路實際上就是一級電路,在L與C1取合適的值時,端口2、3匹配,無能量損耗。

            在奇模激勵下,其等效電路如圖1(c)所示,中軸線線上電壓為零,等效接地,此時端口2奇模輸入阻抗為:

          (4)

            當(dāng)端口匹配,則有奇模輸入阻抗等于Z0,可得:

          (5)

            當(dāng)滿足上述公式時,端口2、3輸入的信號全部耗損在隔離電阻2Z0上,此時端口2與端口3將完全隔離。

            最后還需要驗證在兩個輸出端口都匹配的情況下,輸入端口是否匹配。已知L、C1和C2滿足式(3)、(5)的情況下,兩個輸出端口匹配,又由于兩個輸出端口對稱分布,當(dāng)信號從輸入端口流入時,電容C2和電阻2Z0上無電流流過,故可將其移除,此時的等效電路如圖1(d)所示,則輸入端口的內(nèi)部阻抗為:

          (6)

            因此,當(dāng)L、C1和C2滿足式(3)、(5)時,三個端口都將匹配,當(dāng)信號從端口1進入時,將均勻地分配在端口2和端口3,當(dāng)信號從端口2或者端口3流入時,其能量只會傳遞到端口1或者消耗在隔離電阻上,兩個輸出端口間將完全隔離,驗證了此結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。

          2 功分器設(shè)計

          2.1 設(shè)計方法與過程

            1)根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在ADS(advanced design system)中構(gòu)建原理圖并優(yōu)化;

            2)根據(jù)指標(biāo)要求的封裝樣式建立模型框架及引腳;

            3)根據(jù)ADS中的理想元件在HFSS(high frequency structure simulator)中建立各元件模型,導(dǎo)出其S參數(shù)文件并與ADS聯(lián)合仿真;

            4)對模型中電感、電容及其寄生參數(shù)值進行分析,并有針對性地進行調(diào)試,使三維仿真結(jié)果達(dá)到最優(yōu);

            5)提取設(shè)計數(shù)據(jù),采用LTCC技術(shù)進行加工制造,并對實物的頻率響應(yīng)特性進行測試,與仿真結(jié)果進行對比,驗證設(shè)計方法的有效性。

          2.2 理想原理圖構(gòu)建及仿真

            利用ADS構(gòu)建原理圖,選定初始值后,運用梯度優(yōu)化算法,對元件值在一定范圍內(nèi)進行優(yōu)化,使其達(dá)到項目指標(biāo)。

            仿真得到的性能曲線如圖2所示??梢钥吹?,功分器在2.7GHz至3.0GHz帶寬內(nèi)插入損耗小于-3.1 dB,隔離度大于30dB,輸入端口反射系數(shù)小于–30 dB,輸出端口相位差為零度。

          2.3 三維模型構(gòu)建

            本設(shè)計采用麥捷科技的LTCC產(chǎn)線加工制造,根據(jù)該公司現(xiàn)有材料,選擇了介電常數(shù)為6.2,Q值為5000的陶瓷介質(zhì)作為材料,同時考慮到標(biāo)準(zhǔn)化、易集成等要求,選擇6引腳封裝。內(nèi)部構(gòu)造及各引腳用途如圖3所示,引腳1、3、5為接地引腳,2為輸入信號引腳,4和6為輸出信號引腳。

            通過對電感、電容分別擬合,并與ADS中結(jié)果進行比較,逐漸調(diào)整電感、電容值,使擬合曲線與ADS中理想曲線相吻合。由于實際元件中寄生效應(yīng)的存在,在擬合的后期,曲線往往難以吻合,這就需要根據(jù)實際經(jīng)驗對元件值進行有針對性的調(diào)整。其最終三維仿真結(jié)果如圖4所示??梢钥闯?,兩輸入端口的插入損耗均小于3.2dB,輸入端口回波損耗及輸出端口隔離度均小于-24dB,兩個輸出端口相位差在1度以內(nèi),性能非常優(yōu)異。

          3 生產(chǎn)與測試

            總體設(shè)計完成后,功分器的性能指標(biāo)符合項目要求。通過LTCC工藝加工制作并對其性能進行測試檢驗其是否滿足項目需求,其生產(chǎn)樣品和測試夾具如圖5所示。利用安捷倫8719T矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量樣品的散射參數(shù)特性,其性能曲線如圖6所示。測試曲線和仿真相比,其S21曲線吻合較好,駐波及隔離度較仿真曲線相比略有不及,這可能由于加工以及測量的誤差引起。從測試結(jié)果看出,該功分器在2.7GHz到3.0GHz帶寬內(nèi)插入損耗小于3.2dB,回波損耗小于-20dB,隔離度大于20dB,輸出端口間相位差控制在1.5°以內(nèi),線性度良好,滿足項目需求。

          4 結(jié)論

            本文提出了一種新型微型Wilkinson功分器,并通過LTCC技術(shù)生產(chǎn)制造。通過使用LC匹配電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)四分之一波長傳輸線和使用多層布局結(jié)構(gòu),大大縮小了UHF波段下Wilkinson功分器的體積。論文從理論分析、ADS仿真模型構(gòu)建、生成測試等方面進行了完整的論述,并從仿真與實測兩方面進行了對比分析,達(dá)到了指標(biāo)要求,具有很高的實際應(yīng)用價值及推廣價值。

          參考文獻(xiàn):

            [1] WILKINSON E. An N-way hybrid power divider [J]. IEEE Trans

            Microwave Theory Tec, 1960, 8(2): 116-118.

            [2]金謀平,郭俊,王盛舉.半集總參數(shù)環(huán)形電橋設(shè)計[J].微波學(xué)報,2003, 2(2):112-114.

            [3]David M. Pozar.Microwave Engineering(Third Edition)[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry,2006.220-230.

            [4]柳峰,王魯豫,寬帶Wilkinson功分器的研究[J].電子元件與材料,2010,9(0027):03-05.

            [5]王小軍,聶 翀.基于實頻技術(shù)的小型化Wilkinson十八路功分器設(shè)計[J].微波學(xué)報,2012(08):351-353.

            [6]吳昊旻,敬守釗,唐聰.小型化和差功分器的設(shè)計[J].電子元件與材料,2014(20):23-27.

          本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第37頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



          評論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();