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        基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

        作者: 時(shí)間:2012-03-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
        技術(shù)最初應(yīng)用于微波和毫米波測量以及網(wǎng)絡(luò)分析儀。因此,可以在最佳條件經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則的指導(dǎo)下,運(yùn)用定向耦合器、功率分配器等微波元器件組成不同的結(jié)構(gòu),而其中最常見的形式就是由1個(gè)功率分配器和3個(gè)定向耦合器所構(gòu)成Engen的準(zhǔn)理想電路。

          1 設(shè)計(jì)目的

          六端口測量技術(shù)是根據(jù)矢量分析原理,采用幅度測量代替相位測量來測量復(fù)反射系數(shù)的幅度和相位。利用六端口測量技術(shù)可以精確測量反射系數(shù)的相位這一特點(diǎn),將其應(yīng)用于接收機(jī),認(rèn)為接收信號是發(fā)射信號的反射波,測量接收信號與發(fā)射信號的相位關(guān)系,進(jìn)而得到接收信號所包含的回波或通信信息。

          本課題來源于某橫向合作項(xiàng)目,主要任務(wù)是完成某測相接收機(jī)的射頻前端的整體設(shè)計(jì)。該微波前端既有一般直接變頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)又改善了它的弱勢。第一,它的電路結(jié)構(gòu)非常簡潔,不存在鏡頻干擾,也就避免使用昂貴的高性能的濾波器和鏡頻抑制混頻器。第二,六端口的隔離度很好,有效抑制了直接變頻時(shí)的本振泄露。第三,檢波輸出的基帶信號要通過差分運(yùn)放電路處理,這有效的降低了由自混頻引起的直流偏置的干擾。

          2 設(shè)計(jì)思路

          文中設(shè)計(jì)了由一個(gè)mini公司的GP2X+型功分器和三個(gè)mini公司的QCS-722+型耦合器構(gòu)成的六端口電路,采用平方率檢波器作檢波電路。原理如圖1所示。

        六端口電路

          

        基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

        基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

          這樣,高頻信號就轉(zhuǎn)換為基帶信號,又通過ADC被數(shù)字化后,再送到DSP信號處理單元。通過一些數(shù)字計(jì)算處理,就可以計(jì)算出兩路信號的相位差φ。

        3 相關(guān)電路

          文中設(shè)計(jì)了一個(gè)功分器和三個(gè)耦合器構(gòu)成六端口,采用平方率檢波器作檢波電路。出于六端口電路的對稱性和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性考慮,由于左右輸入端微帶線形狀不同,借助于HFSS軟件仿真,求當(dāng)電氣長度一樣時(shí),兩輸入端微帶線物理長度分別應(yīng)為多少。選用Rogers RO4003板材作為基板,其相對介電常數(shù)為3.55,厚度為0.508mm。如圖2所示。

          

        基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

          文中功分器選用mini公司的GP2X+型號芯片,帶寬寬(2.8-7.2GHz)、體積小、幅度不平衡性優(yōu)異(0.1dB)、相位不平衡性好(3°)。耦合器選用也是mini公司的QCS-722+型號芯片,頻率范圍4-7.2GHz,高功率,低不平衡性(0.2dB和2°),在體積和帶寬方面都居于行業(yè)領(lǐng)先。

          4 實(shí)物圖

          經(jīng)過加工后我們得到了實(shí)物,各端口采用SMA接頭連接,在匹配端接入匹配負(fù)載,使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試。實(shí)物圖如圖3、圖4所示。

          

        基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

          5 結(jié)束語

          端口5和3、端口6和4之間的相位差在一定頻率范圍內(nèi)可以被認(rèn)為是一常數(shù),那么六端口對信號相位的影響可以通過數(shù)字校準(zhǔn)來補(bǔ)償?shù)簦@是對于提高精度是關(guān)鍵的一點(diǎn),也是六端口技術(shù)的重要優(yōu)勢。根據(jù)式(8)可以判斷出六端口本身對兩路輸入信號相位差的影響很小。因此證明可以采用這種六端口結(jié)進(jìn)行信號相位差的測量。

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