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        基于HFSS的Ku波段SMT微帶環(huán)行器仿真設(shè)計

        2017-10-24 01:27:05楊雷羅會安
        環(huán)球市場信息導(dǎo)報 2017年35期
        關(guān)鍵詞:金屬化微帶鐵氧體

        ◎楊雷 羅會安

        基于HFSS的Ku波段SMT微帶環(huán)行器仿真設(shè)計

        ◎楊雷 羅會安

        本文通過HFSS對Ku波段微帶環(huán)行器進(jìn)行了微波特性的仿真,成功設(shè)計優(yōu)化了一種 Ku 波段寬帶小型化SMT微帶環(huán)行器,該環(huán)行器帶寬達(dá)到 30%,插損<0.7dB, 隔離>18dB, 駐波<1.35。

        隨著移動通訊技術(shù)的發(fā)展,電子銀行,電子教學(xué)和電子醫(yī)療等核心服務(wù)將繼續(xù)普及并更具移動性,社會發(fā)展將帶來移動和無線流量的激增,預(yù)計在未來的十年中將增加一千倍。為了達(dá)到高速傳輸?shù)哪康?,許多國家已開展第五代移動通訊相應(yīng)研究,而采用多天線自適應(yīng)波束賦形技術(shù)的小型基站已能達(dá)到1Gbps的傳輸速率,為了達(dá)到共用天線并把收發(fā)信號隔離,大量需求適合自動化安裝工藝的表貼小型化環(huán)行器。而鐵氧體微帶環(huán)行器具有集成度高、體積小、電氣性能優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點,若能進(jìn)行表面貼裝將非常適合第五代移動通訊技術(shù)。本文主要設(shè)計一種Ku波段SMT微帶環(huán)行器

        理論分析

        微帶環(huán)行器分析

        為了達(dá)到帶寬的要求,本設(shè)計采用Mg-Mn系鐵氧體為基材。

        主要的材料參數(shù)為:飽和磁化強(qiáng)度:4πMs =2500Gs ,介電常數(shù):εr=13,介質(zhì)損耗: tanδ=2*10-4

        微帶環(huán)行器的設(shè)計和帶線環(huán)行器基本一致,但是微帶環(huán)行器由于體積小,帶寬要求高,為了解決這兩個問題,我們可以采用雙Y加圓盤結(jié),并采用圓盤輻射狀突起,這種結(jié)構(gòu)在縮小諧振子的尺寸起到了積極作用。

        本次設(shè)計將采用這種諧振子形式,再通過匹配達(dá)到增加帶寬的作用,理論上帶寬能擴(kuò)至60%。

        運用以上的方案進(jìn)行微帶環(huán)行器的設(shè)計,將鐵氧體材料的相關(guān)參數(shù)代入,在HFSS中進(jìn)行仿真計算。圖1為單結(jié)微帶環(huán)行器的建模圖。

        圖1 單結(jié)環(huán)行器建模圖

        圖2 優(yōu)化計算后單結(jié)環(huán)行器的S參數(shù)圖

        優(yōu)化計算后單結(jié)環(huán)行器的S參數(shù)曲線圖(圖2),從中可以看出帶寬可達(dá)37%。

        關(guān)于過孔分析計算

        一般的微帶環(huán)行器都是微帶出口,并需要在載板上挖出一個與環(huán)行器尺寸相同的槽,端口與組件相連一般采用鍵合方式,需要專業(yè)鍵合設(shè)備,為了簡化裝配流程及提高效率,進(jìn)行大面積貼裝是大勢所趨,為了盡可能還原環(huán)行器本身性能,對金屬化過孔進(jìn)行了設(shè)計,設(shè)計了如圖3結(jié)構(gòu)形式的過孔:

        圖3 金屬化過孔建模圖

        通過優(yōu)化設(shè)計,反射系數(shù)性能(圖4)已達(dá)-24dB。

        合并

        圖4 金屬化過孔性能

        對以上環(huán)行器和金屬化過孔進(jìn)行合并處理,并進(jìn)行優(yōu)化仿真如圖5。

        圖5 SMT微帶環(huán)行器建模圖

        通過優(yōu)化相關(guān)尺寸后得到性能曲線如下如圖6:

        圖6 SMT微帶環(huán)行器仿真優(yōu)化后曲線

        此模型在Ku波段環(huán)行性能良好,并進(jìn)行實物制備。

        樣件制備測試

        通過磁控濺射工藝在鐵氧體基片上進(jìn)行電路制備,加裝磁屏蔽罩,最終尺寸為(8mm×9mm×4mm),并進(jìn)行測試。

        圖7 SMT微帶環(huán)行器外形及測試方式

        通過對實物進(jìn)行測試,曲線如圖8:

        環(huán)行器帶寬達(dá)到 30%,插損<0.7dB,隔離>18dB, 駐波<1.35,環(huán)行性能良好

        圖8 SMT微帶環(huán)行器測試曲線

        本文闡述了SMT微帶環(huán)行器設(shè)計方法,并基于所設(shè)計的環(huán)行器結(jié)構(gòu),制作并測試了該環(huán)行器。結(jié)果表明此SMT微帶環(huán)行器在Ku波段內(nèi)具有良好的環(huán)行性能,在工藝上能適應(yīng)大批量貼裝要求。

        (作者單位:南京國睿微波器件有限公司)

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