腔體耦合器設計與除錯心得

2021-09-28 16:46:43 字數 3620 閱讀 3457

一、設計軟體的使用和優缺點:

在設計中使用了三種設計優化軟體:a:eesof linecalc和touchston;b:hp appcad;c:maxwell hfss。

三種軟體中,a在初步設計時,可以減少計算量,通過linecalc,可以很準確的解得奇偶模阻抗,但線寬一般較實際值偏大,比如,在設計6db寬頻耦合器時,該軟體求得緊耦合線寬為3.05,(b=8.4,h=2.

47),而實驗得的資料為2.8,偏大;耦合間隙極小,以6db為例,求得緊耦合間隙為0.03,實驗資料為0.

56。但a在計算單根線線寬時,還是相當準確的。

軟體b功能較少,只能計算特性阻抗,但計算得極為準確。

軟體c是個相當強大的三維場分析軟體,可以單獨計算奇偶模阻抗,分析場能量分布,電壁,磁壁分布線等,不過它只有分析優化的功能,只有在做好最初的設計,獲得最初的資料,方可使用,該軟體執行時占用資源極高,優化速度非常慢,所得資料很接近實驗資料。

二、實驗現象

第一次實驗: 使用分析得的間隙所做的定位塊,將導電棒安裝好, 由於導電棒較寬,最寬處為3.9,最初使用的n聯結器的安裝孔外徑為8.

4,裝配時,還沒有短路的擔憂,沒有做任何除錯,結果發現高頻段的效能指標都不太理想,2200mhz的駐波、隔離指標很差, 駐波只有18db,隔離只達到17db。耦合度不平,低頻段較高,高頻段較低,分析現象可推測第二級線長可能長了,以及四個埠容性較大,有必要進行低阻補償。但有時也可以裝配成功,而且指標不差,方向性最多時可達到25db,但除錯量顯然是太大了。

一是要將導電棒端頭處銼細,以加入高阻補嘗;二是將導電棒斜裝,以調整輸入輸出回波損耗;三是控制導電棒中心的間距,以得到最優的平坦度。在試驗中還發現,由於n聯結器裝配得不太規範,其結構強度不大,經常出現中心導電棒活動的現象。

第二次試驗:根據第一次實驗現象,此次試驗中,將導電棒50ω線的長度減小1mm,這樣在焊裝時,導電棒的端頭與n聯結器的絕緣子就有1mm的間隙,同時為了加固, 在第一級向第二級跳變處加了四氟支撐架。經過除錯,發現高階的指標全部上公升,不過試驗的重複性不太好,而且上公升幅度並不是特別明顯,僅僅是指標稍高於要求值。

但由於仍然使有8.4的n聯結器,其結構問題沒有解決。

第三次試驗:由於前兩次試驗已確定了腔體耦合器設計的正確性與可行性,此次試驗主要是解決結構強度問題與成品率,在這次試驗中,對腔體進行了較大的改變,將蓋板改為平蓋板樣式,n聯結器改為φ6的,型號改為cp108hf,這樣,在外型上可視性要好得多,n聯結器的結構強度也有了較大的改進。在實驗中發現,現象與前兩次試驗沒有太大的差別,但除錯要方便的多,而且在試驗中還出現了乙個除錯方法,就是將端頭處進行低阻補償(因為現在有了1mm的間隙,目前呈高阻),可以很好的改進指標,同時發現了導電棒的安裝強度有必要改進。

此次實驗中,一次成品率沒有提高,但除錯成功率上公升。

第四次試驗: 為了加強導電棒的安裝強度,對腔體又做了一次較大的改進:在四個n聯結器所在的位置,挖四個8mm*2mm*1mm的深腔,加裝四氟卡槽,一是加入了低阻補償,二是加強了導電棒的安裝強度,實驗中發現,對了上次試驗所發現的問題,都有了較完好的解決,除錯成功率可達到50%。

第五次試驗: 這次試驗目的在於減少除錯量,大幅提高一次成品率與除錯成品率,實驗中,在其他兩個地方也加入了四氟支撐架,位置在第一級的1/3處與第二級2/3處,結果發現,輸入輸出埠的回波損耗下將不是很多,即時如此,其指標仍遠遠高於要求值;同時方向性上公升較多,最高可達到27db,一般也有21db。耦合度變化不是很大,其平坦度仍在要求範圍內。

但同樣的,其仍然存在乙個重複性的問題,但不是太大,較之以前的實驗,其成品率已達到70%,優良率達到20%,再次除錯後的成品率達到90%,一般三次除錯後成品率達到100%。同時也發現,並不是所有的腔體耦合器都要加這麼多的支撐架,有時, 只要加入四個就行了,如圖所示,有時,加入a組的支撐架,反而會減小高階方向性,所以,一般建議只裝四個支撐架。

至此,實驗基本上結束,接下來是做生產型工藝控制問題。

三、生產工藝

經過了多次反覆實驗,對工藝有了較好的認識。第一問題,耦合間隙的控制。與一般的介質板線耦合器不同的是,空氣腔耦合器沒有成型的電路板,這樣,耦合間隙只有人為的控制,為此,定做了不同型號的不同定位塊,以解決定位問題,但是由於導電棒銅材質軟,在安裝過程中,常會發生彎曲,這就會導致耦合平坦度下降,輸入輸出回波損耗惡化;而且不同工人裝配力度不一樣,同乙個定位塊,有的工人能很好的控制其鬆緊,有的工人控制得過鬆,有的則過緊,這就直接導致了成品率的不同,第二個問題是,焊接方面的問題,在試驗中發現,腔體耦合器對端頭的焊接也有一定的要求:

由於導電棒四個端頭是切好焊介面的,在焊接時,如不將焊介面用焊錫全部補滿,會直接導致各處埠的回波損耗,而且相差值較大,最高達到8db。第三個問題是,耦合導電棒安裝方向,雖說耦合器本身是個互易的網路結構,但實驗中仍發現其還是選向,從多次的實驗中發現,將緊耦合區接匹配負載時的方向性指標要較鬆耦合區接負載時好得多,但回波損耗正好相反。第四個問題是,四氟支撐架位置的問題。

我們在示意圖中可以看到,乙個腔體耦合器最多需要6個四氟支撐架,上下各三個,兩兩一組,共三組,其中a組是位於松耦合區,b組是在**跳變點處,c組是在緊耦合區,其中b,c兩組作用較大,a組有時作用很小,甚至的反作用,所以一般建議使用兩組四隻。其中c組的位置不很固定,有時,必須在除錯中解決。這也是導致成品率低與除錯量大的原因。

現在針對上述四個問題進行解決。

問題一,解決方案:加長定位塊的長度,在安裝時,不能用力過大,導致導電棒彎曲,定位塊不能卡得太緊,以緊密合縫,取下不費力為準,導電棒不可彎曲,不可歪斜。安裝工序:

1、先固定彎棒,然後加入定位塊;2、加入直棒,擠壓直棒與彎棒中心以和定位塊緊密結合,(可以考慮使用鉗子),固定直棒,用焊錫填滿缺口;3將彎棒缺口填滿。

問題二,解決方案:將缺口補滿,不能有一點凹口。

問題三,解決方案:將緊耦合區焊在負載那一方。

問題四,解決方案:a組支撐架不加,b組位置變,c組可先放於圖示位置。

但不管如何加工,工人都不可能很好的撐握定位精度的一致性,所以除錯量還是有的,但會減少很多。

四、除錯方法

不管哪一項指標不滿足,在除錯過程中,都要檢查以下幾個方面:

1、導電棒有無裝變型,有無裝斜;

2、埠缺口處有無用焊錫填滿;

3、端頭處有無加裝四個卡槽;

4、中間跳變點處有無加裝2.1mm支撐架,緊耦合區圖示位置有無加裝支撐架;

5、n聯結器、負載有無加銅皮填緊,接觸是否良好。

6、導電棒端頭是否緊緊放在四氟卡槽內,端頭與腔體內壁的間隙是否是1mm±0.2mm。

如果上述安裝不對,請將其改對後再除錯。

指標可能不滿足項:

1、1700~2200輸入(輸出)回波損耗差;

2、輸入、輸出回波損耗差別大, 比如輸出可能是好的,但輸入卻是壞的;

3、1700~1900耦合回波損耗差;

4、1900~2200耦合回波損耗差;

5、耦合度大;

6、耦合度小;

7、1700方向性差;

8、2200方向性差;

除錯方法:

1、將端頭的缺口用焊錫填滿;

2、導電棒變形,彎曲,裝斜了,要將其糾正過來;

3、4、調節c組支撐架的位置,如果還是不能解決,將a組的支撐架加上;

5、6、調節耦合間隙;

7、8、方式同3、4,3、4、7、8指標會衝突,尋找都能滿足的調試點;

五、關於6db耦合器

6db耦合器使用的腔體跳變的方法,其除錯方法,安裝方法與其他幾種相同,只是c 組的定位塊是3.1mm的,間隙更小,安裝時,控制更難,除錯量更大。

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