基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設(shè)計(jì)

　　1 設(shè)計(jì)目的

　　六端口測(cè)量技術(shù)是根據(jù)矢量分析原理，采用幅度測(cè)量代替相位測(cè)量來測(cè)量復(fù)反射系數(shù)的幅度和相位。利用六端口測(cè)量技術(shù)可以精確測(cè)量反射系數(shù)的相位這一特點(diǎn)，將其應(yīng)用于接收機(jī)，認(rèn)為接收信號(hào)是發(fā)射信號(hào)的反射波，測(cè)量接收信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的相位關(guān)系，進(jìn)而得到接收信號(hào)所包含的回波或通信信息。

　　本課題來源于某橫向合作項(xiàng)目，主要任務(wù)是完成某測(cè)相接收機(jī)的射頻前端的整體設(shè)計(jì)。該微波前端既有一般直接變頻接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)又改善了它的弱勢(shì)。第一，它的電路結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，不存在鏡頻干擾，也就避免使用昂貴的高性能的濾波器和鏡頻抑制混頻器。第二，六端口的隔離度很好，有效抑制了直接變頻時(shí)的本振泄露。第三，檢波輸出的基帶信號(hào)要通過差分運(yùn)放電路處理，這有效的降低了由自混頻引起的直流偏置的干擾。

　　2 設(shè)計(jì)思路

　　文中設(shè)計(jì)了由一個(gè)mini公司的GP2X+型功分器和三個(gè)mini公司的QCS-722+型耦合器構(gòu)成的六端口電路，采用平方率檢波器作檢波電路。原理如圖1所示。

　　這樣，高頻信號(hào)就轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，又通過ADC被數(shù)字化后，再送到DSP信號(hào)處理單元。通過一些數(shù)字計(jì)算處理，就可以計(jì)算出兩路信號(hào)的相位差φ。

3 相關(guān)電路

　　文中設(shè)計(jì)了一個(gè)功分器和三個(gè)耦合器構(gòu)成六端口，采用平方率檢波器作檢波電路。出于六端口電路的對(duì)稱性和測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性考慮，由于左右輸入端微帶線形狀不同，借助于HFSS軟件仿真，求當(dāng)電氣長度一樣時(shí)，兩輸入端微帶線物理長度分別應(yīng)為多少。選用Rogers RO4003板材作為基板，其相對(duì)介電常數(shù)為3.55，厚度為0.508mm。如圖2所示。

　　文中功分器選用mini公司的GP2X+型號(hào)芯片，帶寬寬(2.8-7.2GHz)、體積小、幅度不平衡性優(yōu)異(0.1dB)、相位不平衡性好(3°)。耦合器選用也是mini公司的QCS-722+型號(hào)芯片，頻率范圍4-7.2GHz，高功率，低不平衡性(0.2dB和2°)，在體積和帶寬方面都居于行業(yè)領(lǐng)先。

　　4 實(shí)物圖

　　經(jīng)過加工后我們得到了實(shí)物，各端口采用SMA接頭連接，在匹配端接入匹配負(fù)載，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)試。實(shí)物圖如圖3、圖4所示。

　　5 結(jié)束語

　　端口5和3、端口6和4之間的相位差在一定頻率范圍內(nèi)可以被認(rèn)為是一常數(shù)，那么六端口對(duì)信號(hào)相位的影響可以通過數(shù)字校準(zhǔn)來補(bǔ)償?shù)?，這是對(duì)于提高精度是關(guān)鍵的一點(diǎn)，也是六端口技術(shù)的重要優(yōu)勢(shì)。根據(jù)式(8)可以判斷出六端口本身對(duì)兩路輸入信號(hào)相位差的影響很小。因此證明可以采用這種六端口結(jié)進(jìn)行信號(hào)相位差的測(cè)量。