[发明专利]一种大功率微波收发前端电路的设计方法

说明书

本发明公布了一种大功率微波收发前端电路的设计方法，属于微波电路设计领域，环形器选用微带双Y结铁氧结构，滤波器结构为脊过渡三角排列腔体，环形器和滤波器串联成一体集成微波电路。串联方式可为环形器前置或滤波器前置的两种方式，采用宽带匹配和低损耗过渡级联，实现了小型化、耐大功率、超宽带和高EMC的微波收发功能。

技术领域

本发明属微波电路设计领域，主要应用于微波收发通道前端电路设计中。

背景技术

随着电子元器件新工艺、新材料以及新技术的发展，微波收发前端电路向着小型化和高集成方向发展。微波铁氧体环形器和腔体滤波器都是微波收发前端电路设计中的重要部件，起着收发切换、隔离、预选等重要作用，对微波收发前端通道性能起决定作用。

传统微波收发前端通道电路设计中，环形器和滤波器一般作为独立器件使用，环形器的作用是实现上下行支路的隔离切换。腔体滤波器常常置于微波收发通道的最前端，实现接收频率选择和发射信号滤波。但在发射功率上百瓦以上量级时，腔体滤波器和环形器的尺寸通常较大，一般难以与微组装收发通道一体集成。且大功率腔体滤波器往往尺寸较长，占用微波收发前端空间大。不利于小型化集成设计。

发明内容

本技术发明的目的在于提供了一种大功率微波收发前端电路的设计方法，具体涉及环形滤波一体模块的设计方法，主要用于解决收发微系统中发射信号谐波抑制不足的缺陷，提高EMC的性能指标，同时兼容设备在大功率背景下小型化超宽带的集成设计。实现小型化、耐大功率、超宽带以及高EMC的性能。

本发明提出的一种大功率微波收发前端电路的设计方法，优化仿真环形器和滤波的具体参数，将环形器选用微带双Y结铁氧结构，滤波器结构设计为脊过渡三角排列腔体；将环形器和滤波器的端口过渡，环形器和滤波器串联成一体集成微波电路，并以高密度封装技术(简称MCM)集成一体式封装。

上述串联方法优选为两种方式，如图1和图2所示。

方式一是滤波器前置方式，将滤波器置于环形器的发射端，而环形器的公共端与天线相连；工作时大功率发射信号先通过滤波器滤除杂散或谐波信号，经环形器公共端由天线发射出去；接收时，环形器公共端接收微弱信号，直通进入系统中，环形滤波实现收发一体。

方式二是滤波器前置方式，滤波器一端与天线相连，另一端置于环形器的公共端，工作时无论发射和接收都先经滤波器预选，然后沿环形器的指定方向送入后端。

其中方式一的优势在于可以更有效抑制发射信号的谐杂波，且接收支路的差损较低，具有超低噪声接收性能。缺点是接收支路的电磁兼容性不强。

其中方式二的优势是系统接收和发射支路的电磁兼容性都较高，缺点是较方式一的谐波抑制略差，损失了系统灵敏度和噪声系数。

两种方式的设计方法和步骤基本类似，设计步骤首先是确认优化仿真环形器和滤波的具体参数，对于环形器和滤波器级联端口选用低损耗微带过渡块，带入三维电磁仿真软件HFSS中，优化确认过渡块的线宽和长度，实现宽带性能下的端口匹配。最后，采用高密度封装技术，最小化封装集成于同一个壳体或盒体中。

本发明上述的环形器为可调带宽的微带双Y结环形器，优选在微带双Y结环形器的结上增加槽型调节结构，可实现阻抗匹配和拓展带宽。铁氧体材料耐受功率大，微带结构具有结构紧凑、体积小的优点。微带环形器的显著特征是在中心盘圆结的谐振效应，结区相当于谐振腔，优选在结内采用加电抗的双Y结结构设计，如图3和图4所示。具体步骤如下：

a)根据工作频率和理论公式，计算大、小Y结合宽度和长度的初始尺寸W1、L1、W2、L2，中心盘圆结的半径R；

b)如图3所示，利用HFSS软件建立环形器模型，优化W2和L2的参数，观察环形器的带宽在工作频段内的最大情形；

c)如图4所示，小Y结上开槽，调谐优化a1和a2的参数，观察仿真曲线，确认最佳参数值。