基于平面埋阻技術(shù)的S波段功分器設(shè)計(jì)

盧紹英　王澤忠

摘要：平面埋阻技術(shù)可應(yīng)用于高性能、高集成度的微波多層電路。隨著微波產(chǎn)品小型化、輕量化需求的提高，平面埋阻技術(shù)得到了更廣泛的應(yīng)用。本文源于高低頻混壓板的功能需要，通過(guò)有限元法仿真設(shè)計(jì)了基于埋阻技術(shù)的單節(jié)功分器，利用ADS對(duì)功分器進(jìn)行級(jí)聯(lián)仿真，實(shí)現(xiàn)了S波段功分器的小型化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：平面埋阻技術(shù)；功分器；高低頻混壓板

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）18-0208-02

1概述

在高集成、多通道微波系統(tǒng)中，功分器是一種基礎(chǔ)卻又重要的元件。隨著數(shù)字陣列模塊（Digital Array Module）集成度的增高、體積和重量的減小，功分器也從一個(gè)獨(dú)立的元器件，發(fā)展到了小型化的微波多層電路，集成到具有多種功能的高低頻混壓板中，成為集成化設(shè)計(jì)的一部分。

隔離電阻是功分器的重要元器件，其性能指標(biāo)和裝配方式直接影響駐波和隔離等指標(biāo)。傳統(tǒng)使用電阻器焊接的方式制約了多層功分器的集成，同時(shí)焊接時(shí)產(chǎn)生的分布參數(shù)也不一致，在功分器級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，對(duì)性能指標(biāo)產(chǎn)生了影響。平面埋阻技術(shù)是提高功分器集成度、滿足級(jí)聯(lián)一致性的有效手段。

本文通過(guò)三維電磁場(chǎng)分析軟件HFSS仿真設(shè)計(jì)了基于埋阻技術(shù)的單節(jié)功分器，利用微波電路仿真設(shè)計(jì)軟件ADS對(duì)功分器進(jìn)行級(jí)聯(lián)仿真，實(shí)現(xiàn)了基于平面埋阻技術(shù)的S波段功分器的設(shè)計(jì)。

2平面埋阻技術(shù)

平面埋阻技術(shù)主要有兩種：

1）采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，將固定的電阻漿料刷印在板面，此方法電阻精度不高，有文獻(xiàn)記載誤差在10%；

2）采用含電阻層的薄膜材料，通過(guò)成像蝕刻的方式制成電阻，誤差在8%左右。

目前多層高頻介質(zhì)板通常選用薄膜材料Ohmega-ply獲得比較精準(zhǔn)的薄膜電阻?？商峁┑淖柚捣秶牵?5～250）Ω/□（圖1所示），

高頻介質(zhì)板的基本結(jié)構(gòu)是兩層銅箔之間夾一層介質(zhì)層，而帶有Ohmega-ply材料的高頻介質(zhì)板是在銅箔與介質(zhì)之間夾一薄層鎳合金材料作為電阻層，其基本結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方式見圖2。

當(dāng)需要使用方阻時(shí)，按設(shè)計(jì)圖形，用蝕刻工藝將鎳合金材料層上的銅箔蝕刻干凈，即可形成銅端接鎳電阻。

3 S波段功分器設(shè)計(jì)

Wilkinson功分器具有寬帶寬、駐波小、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的特點(diǎn)，便于級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，成為小功率功分器設(shè)計(jì)的首選。鑒于平面埋阻技術(shù)可提供較理想的埋阻形式，為減小體積，適應(yīng)高低頻混壓板設(shè)計(jì)要求，本文采用帶狀線形式，設(shè)計(jì)了S波段八等分功分器。

為保證多層板層壓可靠性，選用z軸膨脹系數(shù)較小的高頻介質(zhì)板CLTE-XT，厚度0.508mm，帶埋阻的高頻介質(zhì)板選用CLTE-XT-50（方阻阻值50I]），厚度0.508mm，粘貼膜使用FAS-TRISE，基本結(jié)構(gòu)見圖3。

3.1單節(jié)功分器仿真

單節(jié)Wilkinson功分器通常使用奇-偶模分析的方法進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，得到理論參數(shù)，然后使用仿真工具建模優(yōu)化。本文使用三維電磁場(chǎng)分析軟件HFSS進(jìn)行建模仿真，仿真模型見圖4。其中電阻設(shè)置利用阻抗邊界條件（Impedance），隔離電阻理論為10012，方阻阻值5012，故電阻圖形長(zhǎng)寬比設(shè)計(jì)為2：1，阻抗實(shí)部500hm，虛部0 Ohm。

經(jīng)仿真優(yōu)化，單節(jié)Wilkinson功分器端口駐波特性見圖5，其中VSWR（1）表示總口駐波，VSWR（2）、VSWR（3）為分口駐波；插入損耗仿真見圖6。

3.2八等分功分器仿真

鑒于HFSS建模及大尺寸仿真時(shí)間較長(zhǎng)，通常S波功分器段級(jí)聯(lián)仿真可使用微波電路仿真設(shè)計(jì)軟件ADS，將單節(jié)Wilkin-son功分器S參數(shù)仿真結(jié)果導(dǎo)人，進(jìn)行級(jí)聯(lián)仿真。

經(jīng)仿真優(yōu)化，八等分功分器總口駐波見圖7，分口駐波見圖8，插人損耗仿真見圖9，相鄰分口隔離度見圖10，仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)束語(yǔ)

本文所述的基于平面埋阻技術(shù)的S波段功分器實(shí)際指標(biāo)測(cè)試結(jié)果：總口駐波小于1.35，插入損耗小于0.8dB，隔離度大于25dB。滿足了高低頻混壓板的功能需要。

在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于埋阻材料的很脆弱，在圖形處理及層壓時(shí)銅端接鎳電阻極易受到破壞，最終阻值精度不滿足要求甚至造成電阻開路；另外目前基于平面埋阻技術(shù)的功分器設(shè)計(jì)還存在阻值精度不一致、多級(jí)級(jí)聯(lián)阻值測(cè)試?yán)щy等問(wèn)題，但隨著國(guó)內(nèi)印制板廠家工藝技術(shù)的提升，這些問(wèn)題終將解決。endprint