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宽带高平坦度高方向度定向耦合器的设计研究

张大伟

  在射频段,定向耦合器如果要在一个较宽的频带内及大功率状态给通信系统提供准确的检测信号,必须保证有较高的耦合精度及准确性。要保证这两点,定向耦合器必须具有较高的平坦度及方向度。为了解决定向耦合器的宽带大功率下的工作问题,本文采用了由串、并联变压器构成的定向耦合器电路。在这种电路中,耦合器的耦合度及主线损耗是由串、并联变压器的匝比n决定的。 串、并联变压器由传输线在软磁铁氧体磁芯上绕制而成,是一种典型的传输线变压器。理想状态下,在射频段只要保证了传输线变压器在工作频带低端的工作性能,其在频带高端的工作性能就会比较优良。但在实际工作状态下,传输线变压器绕组的并联电感以及由匝间电容和对地电容构成的并联电容都会使定向耦合器的性能参数偏离理想状态下的设计指标,特别是对方向度的影响十分明显。并联电感保证定向耦合器在工作频带低端正常工作的条件,而并联电容则属于寄生参数,其数值越大则定向耦合器的性能越恶劣,应当努力减小。 在本文中,采用减少串、并联变压器线圈匝数的方式来降低并联电容。减少线圈匝数虽然可以提高定向耦合器的方向度,但也会降低定向耦合器的耦合度,这一矛盾为定向耦合器的设计带来了困难。为了解决这一矛盾,采用了在耦合器的耦合端及隔离端各添加一个衰减网络补偿耦合度的设计。通过这一设计即可以减少变压器线圈匝数以降低并联电容提高方向度,又可以补偿因变压器线圈匝数减少而降低的耦合度使之稳定在指标要求的范围内。为了保证在整个工作频带内耦合度的平坦度,衰减网络采用了纯电阻构成。 最后,为了保证定向耦合器的可靠性及其在各种恶劣工作环境下的适应能力,本文对其采用了降额设计、三防设计以及热设计。对定向耦合器的整个结构进行了热仿真,确认其在常温及高温下达到热平衡后的工作温度不会对器件造成损害,可以保证其正常工作。在工艺制作上,对耦合器的整个制作流程进行了详细设计,并对制作中使用的关键元件及材料进行了分析,确定了一个即有利于保证耦合器可靠性,又调试简便容易实现批量化生产的工艺过程。……   
[关键词]:定向耦合器;宽带;高方向度;衰减网络
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:电子科技大学2011年