一種用于射頻電路優化的腔體可調蓋板

張忠輝 南京恒電電子有限公司

一種用于射頻電路優化的腔體可調蓋板

張忠輝 南京恒電電子有限公司

金屬蓋板可以用于電磁屏蔽作用，但是在應用過程中會導致射頻電路在原本匹配完善的情況下出現受腔體效應影響出現性能惡化。針對這一狀況，腔體可調蓋板應運而生。以相關文獻作為參考，對電路中最受腔體效應影響的位置進行計算，在該位置進行經優化后的調諧螺釘的安裝。改變腔體效應影響的方法就是對介質板和調諧螺釘間的縫隙進行調整。在提高功放穩定性系數方面可以通過對腔體的諧振頻率進行改變實現。而在環形器電路中則對敏感電路的匹配度進行改善來提高其射頻性能。在批量生產微波組件時可調蓋板的調整可以校正不同批次元器件間的性能差異，使調試儀器的工作量降低，產品更可靠。

腔體 可調蓋板 螺釘 諧振頻率

在射頻電路的實際應用中金屬蓋板是否合適決定了產品性能的優劣。理論上對電路不產生影響的指標是腔體尺寸要明顯小于波長的四分之一，但是對于射頻電路是不可能實現的，盡管對蓋板的調整可以改善腔體的影響，然而在長期生產過程里的批次差異會發生失配現象。為了解決上述問題，以腔體濾波器作為參考，出現了腔體可調蓋板來實現這一目的，在設計可調蓋板時采用MEMS工藝[1]可以提高產品性能，但有成本高和控制復雜的缺點。

1 可調蓋板的設計

1.1 腔體分析

針對腔體電磁場分布情況進行理論推導以及具體分析，根據得到的結果可以發現一些特定位置在蓋板上排列組合可以得到影響腔體諧振最明顯的組合情況，以此為基礎進行腔體效應的控制和調整是可以實現的。

1.2 調諧螺釘的設計

調諧螺釘的安裝位置可以位于金屬蓋板上相對敏感的地方[2]，調整電路板和螺釘之間的縫隙，就可以實現對調諧螺釘的感值和容值的調整。底板和調諧螺釘之間產生的縫隙越小就可以產生越大的等效電容；相反底板和調諧螺釘之間產生的縫隙越大就可以產生更小的等效電容。腔體濾波器相對較成熟的調諧螺釘設計工藝可以為調諧螺釘的設計作為參考。

為了既不影響同樣在介質板上的其他一些元器件有能夠達到提高對腔體影響作用的目的，可以將螺釘的面積進行部分增大的操作。使用HFSS仿真實驗進行驗證后發現調諧螺釘對電路的影響作用明顯增加。

2 電路驗證

2.1 腔體可調蓋板在PA的驗證

雷達以及無線通訊系統的核心部件就是所謂的PA。用來評價PA的主要指標既包括效率、增益、帶寬以及工作頻率，也包括三階交截點功率、領道泄漏比（ACPR）和峰均比（PAR）等。滿足上述指標的基本條件就是功放的穩定。

晶體管的S參數決定了功放的穩定性。在一定的頻率范圍內，穩定系數（Stab-fact）大于1是滿足絕對穩定的前提條件。當頻率值小于2．3GHz的時候，得到的穩定性系數＜1，這個結果說明在這個頻率區間內功放可能出現自激現象。

2.2 腔體可調蓋板對環形器電路的驗證

環形器在TD系統中被廣泛使用，被作為重要器件用于收發隔離。如圖1所示，射頻信號是從發射電路出發，接著進入環形器，經過端口3到達端口1，然后經過腔體濾波器最終到達天線。而接收信號過程相反是從天線作為起點，路過腔體濾波器后達到環形器，從端口1出發經過端口2然后進入接收電路。

圖1 環形器在時分系統中的連接

環形器是用于收發以及隔離的一種單向傳輸工具，主要的評價指標包括順向傳輸時產生的插入損耗，也包括反向傳輸時鄰近端口之間的隔離度，還包括三個端口之間的反射系數。供應商在進行這些指標的測試時都是在匹配良好的時候進行的。但是在實際操作中，不同電路之間并不能達到理想的匹配狀態，而環形器具有三個端口，是一種具有平衡式工作特性的器件。環形器的插損情況除了可以使用接收增益和對輸出功率的檢測進行評價外，也可以用端口1的回波損耗類監測。判斷環形器電路的正常與否。

環形器具有較復雜的腔體結構，實際的應用過程中只能將一個調諧螺釘插入其中。當螺釘的安裝高度從低升至高時端口1的回波損耗的最優點就會出現從低頻向高頻進行偏移，調諧螺釘的使用可以使調整變得更便捷，使調試工作的工作量大大減少。

3 、結語

本文中闡述了腔體可調蓋板在射頻電路中的優化性能。理論分析結果發現調節螺釘能夠修正電路中腔體效應產生的影響。本文重點闡述了高效合理的修正的方法。在對腔體諧振產生最明顯影響的位置安裝經過優化處理的調諧螺釘后可以實現修正腔體效應的目標。這一方法同時能夠實現調整批量生產中不同批次器件之間出現的差異引起的失配現象，且調整方法具有簡單高效的特點，對調試效率的提高效果明顯。

[1]uhao Liu, Anand A, Xiaoguang Liu. Design of Low Phase-Noise Voltage-Controlled Oscillator Using Tunable Evanescentmode Cavity[C]. Radio and Wireless Symposium(RWS),IEEE,2014:82-84

[2]Kurudere S, Erturk V B. Novel Microstrip Fed Mechanically Tunable Combline Cavity Filter[J]. IEEEMicrowave and Wireless Components Letters,2013,23:578- 580．

張忠輝，1980.09，男，漢，本科，助理工程師，目前從事微波射頻方面的研究。