基于HFSS的Ku波段SMT微帶環行器仿真設計

◎楊雷 羅會安

基于HFSS的Ku波段SMT微帶環行器仿真設計

◎楊雷 羅會安

本文通過HFSS對Ku波段微帶環行器進行了微波特性的仿真，成功設計優化了一種 Ku 波段寬帶小型化SMT微帶環行器，該環行器帶寬達到 30%，插損＜0.7dB, 隔離＞18dB, 駐波＜1.35。

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

理論分析

微帶環行器分析

為了達到帶寬的要求，本設計采用Mg-Mn系鐵氧體為基材。

主要的材料參數為：飽和磁化強度：4πMs ＝2500Gs ，介電常數：εr=13，介質損耗： tanδ=2＊10-4

微帶環行器的設計和帶線環行器基本一致，但是微帶環行器由于體積小，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，并采用圓盤輻射狀突起，這種結構在縮小諧振子的尺寸起到了積極作用。

本次設計將采用這種諧振子形式，再通過匹配達到增加帶寬的作用，理論上帶寬能擴至60%。

運用以上的方案進行微帶環行器的設計，將鐵氧體材料的相關參數代入，在HFSS中進行仿真計算。圖1為單結微帶環行器的建模圖。

圖1 單結環行器建模圖

圖2 優化計算后單結環行器的S參數圖

優化計算后單結環行器的S參數曲線圖（圖2），從中可以看出帶寬可達37%。

關于過孔分析計算

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

圖3 金屬化過孔建模圖

通過優化設計，反射系數性能（圖4）已達-24dB。

合并

圖4 金屬化過孔性能

對以上環行器和金屬化過孔進行合并處理，并進行優化仿真如圖5。

圖5 SMT微帶環行器建模圖

通過優化相關尺寸后得到性能曲線如下如圖6：

圖6 SMT微帶環行器仿真優化后曲線

此模型在Ku波段環行性能良好，并進行實物制備。

樣件制備測試

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

圖7 SMT微帶環行器外形及測試方式

通過對實物進行測試，曲線如圖8：

環行器帶寬達到 30%，插損＜0.7dB,隔離＞18dB, 駐波＜1.35，環行性能良好

圖8 SMT微帶環行器測試曲線

本文闡述了SMT微帶環行器設計方法，并基于所設計的環行器結構，制作并測試了該環行器。結果表明此SMT微帶環行器在Ku波段內具有良好的環行性能，在工藝上能適應大批量貼裝要求。

(作者單位：南京國睿微波器件有限公司)