设计开发
与或用
基于HFSS的低频大功率信号开关的小型化设计
曲永志
(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050000)
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虑大的问题，在分析四分之一波长线缆在大功率开关中作用原理的基跨上,提出了一种采用腔体结构，利用全帮合双平行电感线图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，该方法利用印制板微支撑材料，用微带线做电感线图，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；全揭合平行线；HFSS
中图分类号TM591 1引言
文就标识码：A
大功率开关设备多应用于一此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，赖段越低，波长越长，对于工作在儿十兆频段的系统，四分之一波长的同轴线也有几米的长度，这就导致开关基至系统成本高、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Z。为特性 Z,+Z,al
Z=Z.(
)阻抗，Z为负载阻抗，α为衰减常数，为导线
Z. ±Z.αl
长度，即四分之一波长。2,为0时，Z=
由于α很小,Z趋于Z,为α时,ZZ.α1,Z趋于为0。因此对于频率为并的信号，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，四分之一波长线从届口1到端口2对于f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f，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，理想移相器可用纯LC 电路来实现，本文选用全精合平行电感线圈来实现90度移相器的功收稿日期：2017-02-27
文章编号：1007-9416(2017)03-0184-02
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，当两电感线图电感值为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图。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图端口参数，优化设计后即可最终确定腔体以及印制板的结构尺寸。
功效端天线端
作者简介：亩永志(1983一),男，河北石家庄人,本科，工程师，研究方向：散射通信 8
万方数据
V
D
D2
图1开关原理设计示意图
全揭合平行线图
电器
电
图2平行耦合线图电路原理示意图
控制强获收盈
编口2