基于功分耦合器的六端口技術(shù)的設計

　　1 設計目的

　　六端口測量技術(shù)是根據矢量分析原理，采用幅度測量代替相位測量來(lái)測量復反射系數的幅度和相位。利用六端口測量技術(shù)可以精確測量反射系數的相位這一特點(diǎn)，將其應用于接收機，認為接收信號是發(fā)射信號的反射波，測量接收信號與發(fā)射信號的相位關(guān)系，進(jìn)而得到接收信號所包含的回波或通信信息。

　　本課題來(lái)源于某橫向合作項目，主要任務(wù)是完成某測相接收機的射頻前端的整體設計。該微波前端既有一般直接變頻接收機的優(yōu)點(diǎn)又改善了它的弱勢。第一，它的電路結構非常簡(jiǎn)潔，不存在鏡頻干擾，也就避免使用昂貴的高性能的濾波器和鏡頻抑制混頻器。第二，六端口的隔離度很好，有效抑制了直接變頻時(shí)的本振泄露。第三，檢波輸出的基帶信號要通過(guò)差分運放電路處理，這有效的降低了由自混頻引起的直流偏置的干擾。

　　2 設計思路

　　文中設計了由一個(gè)mini公司的GP2X+型功分器和三個(gè)mini公司的QCS-722+型耦合器構成的六端口電路，采用平方率檢波器作檢波電路。原理如圖1所示。

　　這樣，高頻信號就轉換為基帶信號，又通過(guò)ADC被數字化后，再送到DSP信號處理單元。通過(guò)一些數字計算處理，就可以計算出兩路信號的相位差φ。

3 相關(guān)電路

　　文中設計了一個(gè)功分器和三個(gè)耦合器構成六端口，采用平方率檢波器作檢波電路。出于六端口電路的對稱(chēng)性和測試結果的準確性考慮，由于左右輸入端微帶線(xiàn)形狀不同，借助于HFSS軟件仿真，求當電氣長(cháng)度一樣時(shí)，兩輸入端微帶線(xiàn)物理長(cháng)度分別應為多少。選用Rogers RO4003板材作為基板，其相對介電常數為3.55，厚度為0.508mm。如圖2所示。

　　文中功分器選用mini公司的GP2X+型號芯片，帶寬寬(2.8-7.2GHz)、體積小、幅度不平衡性?xún)?yōu)異(0.1dB)、相位不平衡性好(3°)。耦合器選用也是mini公司的QCS-722+型號芯片，頻率范圍4-7.2GHz，高功率，低不平衡性(0.2dB和2°)，在體積和帶寬方面都居于行業(yè)領(lǐng)先。

　　4 實(shí)物圖

　　經(jīng)過(guò)加工后我們得到了實(shí)物，各端口采用SMA接頭連接，在匹配端接入匹配負載，使用矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀進(jìn)行測試。實(shí)物圖如圖3、圖4所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　端口5和3、端口6和4之間的相位差在一定頻率范圍內可以被認為是一常數，那么六端口對信號相位的影響可以通過(guò)數字校準來(lái)補償掉，這是對于提高精度是關(guān)鍵的一點(diǎn)，也是六端口技術(shù)的重要優(yōu)勢。根據式(8)可以判斷出六端口本身對兩路輸入信號相位差的影響很小。因此證明可以采用這種六端口結進(jìn)行信號相位差的測量。