- 1、本文档共5页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
基于HFSS低频大功率信号开关小型化设计
基于HFSS低频大功率信号开关小型化设计 摘要:针对现有低频段大功率同轴线缆开关设计常导致设备体积庞大的问题,在分析四分之一波长线缆在大功率开关中作用原理的基础上,提出了一种采用腔体结构,利用全耦合双平行电感线圈做移相器等效替换四分之一波长线的大功率开关设计方法,该方法利用印制板做支撑材料,用微带线做电感线圈,并通过HFSS仿真确定其结构参数。仿真和实测证明,通过该方法设计出的开关具备承载功率大和体积小等优点
关键词:低频;大功率;四分之一波长线;全耦合平行线;HFSS
中图分类号:TM591 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)03-0184-02
1 引言
大功率开关设备多应用于一些大功率半双工的无线通信系统中,用同一面天线实现系统发送和接收的分时工作。由于要承受信号的高电压或大电流,大功率开关在设计中一般采用四分之一波长的同轴线缆作为关键器件。频段越低,波长越长,对于工作在几十兆频段的系统,四分之一波长的同轴线也有几米的长度,这就导致开关甚至系统成本高、体积大,不便于搬运和维护。因此大功率开关设计小型化成为了很多低频段无线通信系统的急切需求
2 开关设计原理
四分之一波长线的阻抗低损耗近似公式为,其中Z0w为特性阻抗,ZL为负载阻抗,α为衰减常数,l为导线长度,即四分之一波长。ZL为0时,
由于α很小,Z趋于∞。ZL为∞时,Z≈Z0αl,Z趋于为0。因此对于频率为f0的信号,四分之一波长线具有一个重要的特性,即若令其两端分别为端口1和端口2,当端口2对地短路时,四分之一波长线从端口1到端口2对于f0信号的阻抗为无穷大;端口2对地开路时,四分之一波长线从端口1到端口2对于f0信号的阻抗近似为0。利用这一特性即可实现三端口电路的选择导通。其原理如图1所示
当控制端施加正电压时,二极管D1和D2导通,功放端到天线端阻抗近似为0,功放端到接受端阻抗为无穷大,系统处于发送状态;当控制端施加负电压时,二极管D1和D2截止,功放端到天线端阻抗为无穷大,天线端到接受端阻抗近似为0,系统处于接收状态
3 小型化设计关键技术
实现大功率开关小型化设计需要解决两个关键问题:寻找等效替换电路模型和选择实现结构
3.1 等效替换电路
四分之一波长线等效于一个90度移相器,理想移相器可用?LC电路来实现,本文选用全耦合平行电感线圈来实现90度移相器的功能,其实现电路简单,如图2所示。根据信号工作频率,应用Ansoft Designer软件可以确定需要的电感、电容的值,进而只需用两个电感和一个电容组合就能起到四分之一波长同轴线的功效。例如,当两电感线圈电感值为L1=L2=88.38nH,电容值C=141.4pF时,该耦合线圈相对于45MHz的信号来说是一个90度移相器。图3为耦合电感线圈移相效果仿真图
3.2 结构设计
为便于应用HFSS仿真从而提高设计精度,本文采用了一种腔体结构,腔内是用4块刻有平行镀银导线的印制板焊接而成的长方形立柱,4块印制板上的导线首尾相接,构成了两个全耦合平行电感线圈。利用HFSS软件,可通过调整导线线径、线间距、印制板材质、尺寸等得到不同的线圈端口参数,优化设计后即可最终确定腔体以及印制板的结构尺寸
4 仿真与测试结果分析
4.1 设计要求
中心频率为50MHz,在45MHz到55MHz的通频带内,接收通道插损小于0.5dB,功放端口与接收端口隔离度不低于60dB,可承受信号最大发送功率为200W
4.2 设计步骤
首先,确定电路结构。接收通道采用两个端口阻抗为50欧姆的全耦合平行线圈串联结构以增加功放端口和接收端口的隔离度,控制端和D1之间也插入两个端口阻抗为270欧姆的平行耦合线圈串联结构,以抑制信号对控制电路的串扰。如图4所示
其次,通过电路仿真确定各器件参数
然后,在HFSS中建立三维立体的结构图,如图5所示
最后对开关整体进行仿真,仿真结果如图6所示。上曲线为接收通道S21曲线图,下曲线为功放端口和接收端口S11曲线图。在45MHz到55MHz通频带宽内,插入损耗和端口隔离度均满足设计指标要求
实测结果分析。按该设计方法加工完成后,开关盒体长101mm,宽66mm,厚32mm,实现了小型化设计,接收通道插入损耗最大为0.3dB,功放端口隔离度最小为61dB,可在发射功率为200W条件下长时间正常工作,实物与仿真结果略有差别,但满足设计要求
5 结语
利用全耦合平行电感线圈代替四分之一波长线并结合HFSS仿真进行低频段开关设计的方法是可行的,而且随着3D打印技术的发展和新材料的不断问世,线圈的耐热性和加工精度将得到大大地提高,该大功率开关的小型化设计方法必将得到更广泛
您可能关注的文档
- 基于I2C单片机EEPROM设计.doc
- 基于IAP煤矿安检分站远程升级技术探究.doc
- 基于IB―CDIO理念《微机原理》实验教学探索.doc
- 基于ID3算法在专业方向指导中应用.doc
- 基于GIS城市智慧排水管控平台建设及关键技术.doc
- 基于GIS环境影响智能决策云服务平台.doc
- 基于GlS电信光纤网络资源管理系统设计探析.doc
- 基于Google Earth及SketchUp技术构建虚拟校园方法探究.doc
- 基于HECRT物联网密钥管理方案.doc
- 基于HID类USB手势输入系统设计及实现.doc
- 浙江省临海市白云高级中学2025届高三历史3月月考试题.doc
- 云南拾谷县第一中学2024_2025学年高二物理上学期10月月考试题.doc
- 2025版高考生物总复习第13讲基因的分离定律教案苏教版.doc
- 湖北省黄石实验高中2024_2025学年高一历史下学期期末考试模拟卷.doc
- 通史版2025版高考历史大一轮复习专题七近代化的曲折发展__中日甲午战争至五四运动前4第4讲从维新思想到新文化运动课后达标检测含解析新人教版.doc
- 2024年高考数学考试大纲解读专题04导数及其应用含解析文.doc
- 河南省许汝平九校联盟2024_2025学年高一语文上学期期末考试试题扫描版无答案.doc
- 江西省吉安市吉水县第二中学2024_2025学年高一历史上学期第二次月考试题.doc
- 北京市平谷区2025届高三政治一模考试试题含解析.doc
- 2025届中考物理第四讲物态变化专项复习测试无答案新人教版.docx
最近下载
- 武汉理工大学《高等数学》2022-2023学年第一学期期末试卷及答案.docx
- 《企业财务会计》全套PPT课件.pptx
- 社会体育建设方案-专业教学资源库备选项目材料.pdf VIP
- 美的品牌案例分析.pptx VIP
- 美的案例分析.pptx VIP
- 小学生秋季学期第1-20周国旗下讲话稿(新).pdf
- 边做边学——Dreamweaver CS6网页设计案例教程(第3版)(共12单元)01.ppt VIP
- 武汉理工大学2023-2024学年第1学期《高等数学(上)》期末考试试卷(A卷)附参考答案.pdf
- 清洁生产与循环经济( 第二版) 教学课件 作者 奚旦立徐淑红高春梅 主编 第4章 清洁生产.ppt
- 美的品牌案例分析.pptx VIP
文档评论(0)