微带滤波器和耦合电路的设计、制作和测量

入LPKF软件。图7是电路板的制作图样。

       2.4  测试性能

       电路板按照设计图样铣制出来，安装了连接器后，经由HP 8753E网络分析仪测试。图8是滤波器样品电路板的性能(S21)和回波损耗(S11)，图表中每小格代表5dB，显示了在整个通带及阻带的性能状况，最低达到-45dB。
 

       图9和图8一样，只是通带以每小格1dB来显示通带的平坦性。回波损耗仍然以每小格5dB显示。

       测试显示与模型非常一致。通带比ADS预期的稍微窄一些，但是比Sonnet Lite分析指示的量稍微小一些。三种模型方式及其测量都指出插入损耗和通带平坦性上的一致。

       虽然在这三种模型和测量数据中回波损耗的图形有所不同，但每一个都保证了预期的16dB的指标，明显地展示了一个多极滤波器响应所预期应有的“弓形”。

       3  设计样例       一个尺寸精简的阶梯线定向耦合器

       3.1  设计

       我们要考察的另一个电路是用经验技术开发的。我们想研究采用Schiffman技术减小电路尺寸的方法。这种技术是使用一种锯齿图样来减少机械尺寸以满足所要求的电气尺寸。

       启动点选用了一个已有的1至8GHz的阶梯线耦合器，由CAP Wireless公司的Paul Daughenbaugh设计。这一设计被转换成刻制机制造用的图样，如图10。这个图实际显示了耦合器的另一种版本，但是清晰地展示了这种技术。 
 

       用一种经验性的方法从直段耦合器设计中来获得新耦合器的设计图案，按照如下的规则：

       ●紧密间隙段——锯齿路径的总长度与这段的直线部分长度做成一样。这样削减了这部分长度的将近一半。在直线部分“互锁”的牙齿间仍然保持有空间，可以与锯齿边呈直角的方式来测量间隙的大小。

       ●宽间隙段——第三段的线间距根据牙齿的中间高度计
 
算出来。在这个宽间距下，假设按照平均间隙场可以进行耦合，而不是沿着第一段的路径进行耦合。同样，这一段的尺寸削减更少。为了简化，采用了与原来直线段部分一样的长度。

       ●中间段——中间段的间隙和尺寸削减根据第一段和第三段几何平均值计算得来。

       这个“最佳猜想”的方式是必要的，因为不可能用现有的软件工具分析这种结构。用Sonnet Lite分析太过复杂，其他分析工具根本不能用。

       3.2  耦合器性能

       耦合器用LPKF的刻制机器制作出来后，要评估耦合等级和在1至8GHz的频段内的指向性。图11中的耦合端口传输信号是一条光滑的线。图表中部的水平线 是-18dB，网格的每小格是2dB。在测量的频率范围内耦合为-19dB±1.5dB。同一图中，输入的回波损耗以每小格5dB绘制，从顶部数第二条线 是0dB参考。在最低频率处回波损耗最大，是16dB。
 

       反向的耦合绘制图在图12中，包括输出端口回波损耗。两个图中每小格都是5dB。对于反向耦合，中部线-18dB是参考，耦合为-28dB或更好，位于高 频端。输出端口回波损耗采用与图11中的输入回波损耗一样的方法绘制，同样也在1GHz处性能最差，为16dB。

       全程内的指向性（正向耦合减去反向耦合）为10dB，位于波段的极高端。设计目标是高于10dB，达到12dB就可以留出额外空间。绝大部分波段内都能留出这个余量，我们就认为是一个初始试验的极好结果。
       图13是插入损耗，1GHz下为0.25dB，6GHz处最差为0.57dB。在1至8GHz的整个频段内插入损耗的变化只有0.33dB。

       4  制作完成的微带电路板

       这种快速地制作样品电路板方法使得制作过程可以按照指定的设计而改变。对于直接耦合器，要达到预期的性能，我们准备了可能的几个设计反复。幸运的是（也是在经验基础上的合理猜想），第一个试验就得到一个完好的耦合器。

连接器 src="http://127.0.0.1/phpcms/uploadfile/2017/1006/20171006022820258.jpg" width=580 height=316>
       图14和图15中的照片展示了铣制好的电路板，以及用于测试的连接器。图14中的发夹型耦合器甚至有一个小碎片焊接在其中一个微带线的一段间隙上。这是由于设计文件的一个小失误引起的，致使在铣制电路板时，那个间隙被明显地铣制出来。