波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).doc
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波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)姓名: 學(xué)號(hào): 一、技術(shù)指標(biāo)1)工作頻率:26.540GHz 2)輸入/輸出駐波比:1.2 3)插入損耗:1.0dB二、理論分析隨著微波毫米波技術(shù)的飛速發(fā)展,微波集成電路在各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。在毫米波頻段,主要的傳輸線有波導(dǎo)和平面?zhèn)鬏斁€兩種。隨著平面?zhèn)鬏斆浇榈难芯堪l(fā)展,混合集成電路、單片集成電路應(yīng)用的日趨廣泛,微帶電路已在越來(lái)越多的場(chǎng)合取代金屬空波導(dǎo),成為微波、毫米波電路的重要傳輸線。然而,目前許多毫米波測(cè)試系統(tǒng)和器件仍采用金屬空波導(dǎo)。因此,如何實(shí)現(xiàn)低損耗的波導(dǎo)與微帶線的轉(zhuǎn)換就成了微波毫米波技術(shù)研究的重要內(nèi)容。 目前常用的微帶波導(dǎo)探針過(guò)渡的方式有兩種,都是將微帶探針從波導(dǎo)寬邊的中心插入,一種是介質(zhì)面垂直與波導(dǎo)傳輸方向,稱為H面探針,如圖1所示,另一種介質(zhì)面平行于波導(dǎo)傳輸方向,稱為E面探針,如圖2所示。 圖1 H面探針 圖2 E面探針微帶探針轉(zhuǎn)換是目前應(yīng)用最為廣泛的波導(dǎo)一微帶過(guò)渡形式并且它有明顯的優(yōu)點(diǎn)。它的插人損耗低,回波損耗小,具有較大頻寬,且其結(jié)構(gòu)緊湊,加工方便,裝卸容易。本文采用H面微帶探針轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)。探針從波導(dǎo)寬面插入,并且探針平面與波導(dǎo)窄面垂直。微帶過(guò)渡段我們采用漸變結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化探針插入深度d,微帶變換器的長(zhǎng)度,探針和微帶變換器各自寬度,波導(dǎo)的微帶插入處到波導(dǎo)短路處的距離,得到滿足指標(biāo)的結(jié)果。一、 設(shè)計(jì)過(guò)程:(1) 利用ADS軟件里的微帶計(jì)算工具得出中心頻率為33.5處的微帶的寬度,如圖3所示。圖3 50歐姆微帶線寬(2) 在HFSS中建立仿真模型如圖4所示,包括微帶金屬條,微帶基板,以及包圍空氣腔三部分。利用對(duì)稱性以面為對(duì)稱面切掉一半可以減少計(jì)算時(shí)間。圖4 仿真模型(3) 設(shè)置三部分的材料屬性,其中微帶金屬條為,微帶基板為Duriod5880(厚度,相對(duì)介電常數(shù) )。包圍空氣腔設(shè)為真空(默認(rèn))。(4) 設(shè)置波端口1,2。都為1個(gè)模式,如圖5。 圖5 波端口1 波端口2(5) 設(shè)置邊界條件如圖6。其中微帶被包圍空氣腔的上面設(shè)置輻射邊界,對(duì)稱面設(shè)置為Prefect H面。圖6 邊界條件(6) 設(shè)置求解,掃頻。然后設(shè)置5個(gè)優(yōu)化變量(優(yōu)化探針插入深度以及微帶變換器的長(zhǎng)度,寬度,波導(dǎo)的微帶插入處到波導(dǎo)短路處的距離),優(yōu)化目標(biāo)即為設(shè)計(jì)指標(biāo)。二、 設(shè)計(jì)結(jié)果及存在問(wèn)題分析:通過(guò)優(yōu)化得到最佳優(yōu)化值如下圖7中所示:圖7 優(yōu)化變量?jī)?yōu)化結(jié)果為:圖8 優(yōu)化結(jié)果圖 駐波比在整個(gè)頻段內(nèi)均小于1.2,插入損耗在整個(gè)頻段內(nèi)均小于0.3,故在全頻段內(nèi)滿足設(shè)計(jì)要求,但是仍有一些不足。這種結(jié)構(gòu)只是仿真結(jié)果,實(shí)際加工中還有一些問(wèn)題需要考慮,比如(1)在波導(dǎo)短路面及拐彎處設(shè)計(jì)倒角,便于加工;(2)為波導(dǎo)腔及約束腔內(nèi)基板設(shè)計(jì)固定基板使其固定。 腔體濾波器 設(shè)計(jì)報(bào)告一、技術(shù)指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目單位需求規(guī)格(研發(fā)填寫)需求規(guī)格(供應(yīng)商)差異說(shuō)明功能/性能指標(biāo)通路1(PORT2)MHz806960(PORT2PORT1)通路2(PORT3)MHz17101880(PORT3PORT1)通路4(PORT5)MHz22002500(PORT5PORT1)端口駐波比1.3端口隔離度dBc80dB插入損耗dB0.8dB 三階互調(diào)dBc-140dBc(+43dBm2)帶外抑制dBc80dB最大輸入功率W100端口阻抗ohm50帶內(nèi)波動(dòng)dB0.6接頭形式N-F生命周期成熟FIT(失效率)FITS500ppm環(huán)境適應(yīng)性要求工作溫度范圍-3050存儲(chǔ)溫度范圍-4055二、理論分析(1)腔體耦合濾波器的介紹目前,電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,頻率擁擠日趨嚴(yán)重,對(duì)頻率的分隔要求也越來(lái)越高。微波濾波器的應(yīng)用也越來(lái)越受到廣泛關(guān)注,對(duì)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。如果還按照傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)綜合法進(jìn)行設(shè)計(jì),速度,效率和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性已經(jīng)跟不上時(shí)代的發(fā)展,而這些方法掌握起來(lái),也是十分繁鎖和困難的。近年來(lái)各種三維電磁仿真軟件的商業(yè)化發(fā)展,一系列象HFSS這樣的可以達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算的軟件不斷涌現(xiàn),飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)也使得這類軟件的計(jì)算速度大大提高,在濾波器的設(shè)計(jì)仿真和實(shí)現(xiàn)中發(fā)揮著巨大的作用,使設(shè)計(jì)水平進(jìn)入到一個(gè)數(shù)值化時(shí)代。腔體耦合濾波器是一種具有普遍意義的窄帶濾波器結(jié)構(gòu)。研究這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有重要意義。在諧振腔數(shù)量相同的條件下,廣義切比雪夫?yàn)V波器在通帶附近的具有選擇性好、插損小的特點(diǎn)。濾波器的諧振腔體有多種類型,包括介質(zhì)諧振器、同軸諧振器、波導(dǎo)諧振器、螺旋諧振器和平面結(jié)構(gòu)諧振器等。(2)選擇濾波器腔體結(jié)構(gòu)考慮的因素腔體體積;Q值;寄生通帶;可調(diào)范圍可實(shí)現(xiàn)的帶寛;耦合結(jié)構(gòu);耦合結(jié)構(gòu)的靈敏度;對(duì)不需要模式的耦合隔離;功率容量;溫度穩(wěn)定性等。(3)腔體耦合濾波器設(shè)計(jì)的基本思路從集中參數(shù)低通原型出發(fā),經(jīng)過(guò)頻率變換獲得集中參數(shù)電路模型。然后用不同的結(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)。由耦合矩陣出發(fā)設(shè)計(jì)腔體耦合濾波器。一、 設(shè)計(jì)過(guò)程:(1)利用CoupleFil軟件來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。受溫度漂移、擊穿功率和群時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)的限制,濾波器設(shè)計(jì)的工作帶寛要比用戶要求的帶寛寬一些。通常,設(shè)計(jì)帶寛比用戶要求大20%左右。 由此得出采用7腔直接耦合即可滿足指標(biāo),以下為7腔設(shè)計(jì)的參數(shù)圖:(2) 單腔仿真 選擇梳狀結(jié)構(gòu)腔體,梳狀結(jié)構(gòu)腔體的大小和桿的粗細(xì)主要影響腔體Q值。可根據(jù)諧振桿的尺寸適當(dāng)選擇腔體尺寸和諧振桿其它尺寸的初值。通過(guò)單腔仿真應(yīng)該獲得如下信息:1工作模式的諧振頻率;2通過(guò)計(jì)算與工作模式相鄰模式的頻率,確定寄生通帶的大概位置;3通過(guò)計(jì)算腔體Q值,確定濾波器的插損;4通過(guò)計(jì)算腔體內(nèi)的場(chǎng)分布,確定濾波器電場(chǎng)最大點(diǎn)的位置和場(chǎng)強(qiáng)。仿真模型如下:(3) 腔體間耦合結(jié)構(gòu)仿真通常,腔體間主耦合通道選擇空間耦合或膜片耦合。探針耦合和耦合環(huán)耦合常用于交叉耦合。直接耦合較少采用。如果不考慮耦合結(jié)構(gòu)所占的空間大小,我們可以選擇空間耦合作為腔體間的耦合結(jié)構(gòu)。建立耦合結(jié)構(gòu)模型全部材料選擇理想材料(金屬=PEC;介質(zhì)無(wú)耗);如果,不關(guān)心寄生通帶的影響,計(jì)算模型可以利用對(duì)稱性。仿真模型如下:(4) 設(shè)計(jì)輸入輸出結(jié)構(gòu)使用容性耦合,容性耦合的特點(diǎn): 1電耦合;2耦合量與天線和桿之間的距離以及耦合點(diǎn)的位置有關(guān)。仿真模型如下:(5) 得到HFSS仿真模型并且得出仿真結(jié)果二、 設(shè)計(jì)結(jié)果及存在問(wèn)題分析: 仿真結(jié)果如下:討論:一般要對(duì)最后的濾波器實(shí)體模型作參數(shù)分析;優(yōu)化和穩(wěn)定性分析,同時(shí)PASS數(shù)足夠大和誤差的設(shè)置足夠小,才可以保證仿真中結(jié)果的收斂。通常,對(duì)濾波器的優(yōu)化是在等效電路分析的階段。參數(shù)分析使用實(shí)體模型是在部分結(jié)構(gòu)分析中使用。如果,實(shí)體模型正確,仿真方法得當(dāng),計(jì)算結(jié)果是可信的。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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