【应用】基于Rogers 4350B高频板材的6-18GHz功分器设计方案

时间： 2019-10-22 来源：世强

技术问答

高频电路系统由于具有较大的频谱带宽、较高的通信容量等优势，从而受到越来越广泛的关注，高频功分器、混频器和放大器等电路模块的性能直接决定了整个高频电路系统的性能，本文主要讨论了6-18GHz功分器的设计。选择介电常数稳定、损耗低的高频PCB基材成为设计高频电路模块的关键。

为了获得更好的功分器电路性能，就需要选择一个具有介电常数稳定、损耗低等优点的高频PCB基材。ROGERS（罗杰斯）公司推出了多款可用于高频电路的板材，例如常用的Rogers 5880和4350B板材，Rogers 5880介电常数仅为2.2，且板材的介电常数稳定性非常好，损耗角正切值为0.0009，是一种常用的高频电路设计板材，但是这种板材是软板，即板材的硬度不高，对于功分器这种尺寸较大的电路，板材较软使得电路必须放置在金属管壳中工作，同时常见的威尔金森功分器电路中需要焊接高频电阻，采用回流焊等方式焊接高频电阻时，高温容易造成板材的形变，从而造成其中高频电阻位置发生偏移，严重影响电路性能。因此，本设计采用的是Rogers 4350B板材，该板材介电常数仅为3.66，且板材的介电常数稳定性非常好，损耗角正切值为0.0037，二者的参数对比如下表所示。

Rogers 4350B板材的损耗角正切值明显比Rogers 5880板材更大，这也就意味着同等传输线长度下，Rogers 4350B板材上传输线损耗更大，但是Rogers 4350B板材的优势是硬板，即板材硬度很高，在采用回流焊等方式焊接高频电阻时，高温不会对板材造成形变，从而避免了高频电阻位置偏移造成的电路性能恶化的问题。同时，Rogers 4350B在价格方面也更有优势，综合考虑，本设计采用的是Rogers 4350B板材。

6-18GHz功分器的设计

客户为了兼顾功分器电路的损耗、不同输出端口之间隔离度等性能，可以采用威尔金森结构，由于功分器电路的工作频段中上限频率为18GHz，下限频率为6GHz，二者之比为3，故在综合考虑电路性能、尺寸和成本后，决定采用三阶威尔金森功分器,，电路的PCB如下图：

图1：功分器PCB电路图

其中，Rogers 4350B电路的板材厚度为0.508mm，在板材上层设计互联走线，下层整体铺铜作为参考地，为了更好的与前后级电路进行级联，整个功分器的输入/输出端口处微带线特征阻抗为50Ω，输入端口至所有的输出端口之间的路径完全一致。由于功分器电路的工作频段较高，为了降低隔离电阻中寄生参数对于电路性能的影响，因此本功分器电路中采用的隔离电阻都是高频电阻，其电阻值稳定，且寄生电容极小。

此6-18GHz功分器采用三阶威尔金森结构，测试的S21和S23曲线如下图所示，其中S21曲线表示功分器电路输入至某一输出端的信号损耗，S23曲线表示功分器不同输出端口之间的隔离度，可以看出在6-18GHz频段内，信号损耗低于3.9dB，隔离度最小值为18.9 dB，完全满足系统对6-18GHz功分器电路模块的要求。