微波理论培训课件

微波理论培训微波理论培训1培训内容滤波器在基站中的作用带通滤波器理论带通双工器低通滤波器的应用耦合器理论功分/合路器理论大功率滤波器概述调试规范培训内容滤波器在基站中的作用2带通滤波器的波形S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小S12：2的输出功率与1的输入功率的比值。例如：假设输出功率为输入功率的90％则S12的对数表示为：（S12）＝10（0.9）＝-0.45即此时该频点的衰减为-0.45S11：反射回1的功率与1的输出功率的比值。例如：假设输出功率为输入功率的1％则S11的对数表示为：（S11）＝10（0.01）＝-20即此时该频点的回波为-20带通滤波器的波形S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小3带通滤波器的波形整个滤波器的响应，可以理解为由n（n为滤波器腔数）个相关联的单腔谐振，通过一定的组合构成。如左上图虚线表示。除两个抽头腔外的每个谐振腔，形成一个在通带内的谐振峰，谐振峰之间通过不同大小的窗口耦合，排列在通带内的不同位置，形成通带。左下图为滤波器的回波草图。对于带通滤波器，有几个谐振腔（包括两个抽头腔）就会在通带内形成几个传输极点（即对应的图中红色圆圈内的波谷）。回波与驻波相对应，回波曲线中的波谷，对应在驻波曲线中，也是一个波谷。带通滤波器的波形整个滤波器的响应，可以理解为由n4基站的基本结构基站的基本结构5带通滤波器的工作原理原始信号滤波器响应滤波后的信号带通滤波器的工作原理原始信号滤波器响应滤波后的信号6带通滤波器的主要电气参数1.带外抑制：带外抑制指，滤波器在工作频段以外的频点处对信号的衰减。滤波器抑制主要由腔数决定。腔数越多带外抑制越好，同时插损也越大；上图为不加飞杆的滤波器响应，左、右图分别为5腔和7腔的响应。对比二图可以明显看出：7腔响应的带外抑制优于5腔响应；7腔响应的中心频点的插损为-1.17，5腔响应的中心频点插损为-0.7。带通滤波器的主要电气参数1.带外抑制：带外抑制指，滤波器在7带通滤波器的主要电气参数2.通带带宽：滤波器的带宽指满足插损要求的最大通带频率宽度。带宽根据客户的要求而定。在设计和生产上要将带宽适当拓宽，以保证滤波器在不同工作环境下都能满足客户指标。带宽拓宽越多，在标准频点的插损越小，同时带外抑制也会变小。3.传输零点：理论上抑制无限大的频点。滤波器中加入不同结构的飞杆，就能在通带外加入传输零点。下图为不加飞杆和加入两个感飞后的滤波器响应。加入零点后，通带有零点的一边抑制增强，另一边抑制有所减弱，同时通带靠近零点的边频插损增大。带通滤波器的主要电气参数2.通带带宽：滤波器的带宽指满足插8带通滤波器的主要电气参数5.插入损耗：插入损耗简称插损，指模块置入系统后，对工作频段信号引入的衰减。影响插损的因素除了上面提到的腔数和带宽外，还受单腔尺寸的影响。滤波器的单腔尺寸越大，工作中每个腔能够储存的能量越多，损耗越小。6.相位和群时延：电磁波信号通过滤波器，在相位上和时间上都会出现延迟。在功率放大器中，为了实现功率/信号上的合成或相消，就需要调整某一路信号的相位/群时延。如果仅用传输线来实现，则50纳秒的时延就需要用16.3米传输线，而使用带通滤波器，只需要5腔就可以实现。带通滤波器的主要电气参数5.插入损耗：插入损耗简称插损，指9带通滤波器的结构通常的带通滤波器具有左图所示的结构：抽头：将外部输入信号馈入滤波器或者将经过滤波器的信号导出。谐振腔：形成通带内的谐振点；耦合窗口：在谐振腔之间传输电磁信号，同时调整成不同的耦合度，以满足滤波器设计的需要；感飞，容飞，对称飞：形成通带外的传输零点（即抑制点）带通滤波器的结构通常的带通滤波器具有左图所示的10滤波器抽头模型抽头为带通滤波器的馈电装置。其结构关系到馈电强度，以及与外部接口的匹配对于同轴谐振器带通滤波器，必须将输入/输出端的抽头都设计到位，才能保证通带驻波较小。不合理的抽头设计，会导致输入能量较多被反射，S11较大，驻波调不下来，通带插损增大。滤波器抽头模型抽头为带通滤波器的馈电装置。其结11谐振器模型左图为单个谐振腔的电场模型及其等效电路原理图。图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器，谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以理解成等效电路中的端接电容。等效电路中的谐振频率计算公式为：为谐振杆加入圆盘，相当于加大了端接电容，圆盘越大，电容越大，谐振频率越低；同样加入调谐螺杆，也相当于加大端接电容，螺杆进得越深，端接电容值越大，谐振频率越低。所以，将所有的调谐螺杆往里进，则滤波器通带低偏。谐振器模型左图为单个谐振腔的电场模型及其等效电路原理图。12两个谐振器的耦合模型左上图为两个圆形谐振腔相互耦合的电场分布模型。电磁场通过谐振腔之间的窗口耦合；耦合螺杆的加入，“吸引”电力线向螺杆集中，从而加强两相邻腔的耦合效果。每个谐振腔有各自的谐振频率，当相邻的两个腔发生耦合时，其谐振频率相互“排斥”，耦合越强，“排斥”效果越明显，如左下图所示。所以，若将所有的耦合螺杆都往里进，则通带带宽变宽。

两个谐振器的耦合模型左上图为两个圆形谐振腔相互13带通滤波器的飞杆容飞结构感飞结构右上图的感飞/容飞位置上，若加入容飞结构则实现容飞，加入感飞结构则实现感飞；右下图的对称飞位置上加入容飞结构，可实现对称飞，加入感飞结构不能形成零点。调试中，感飞太强/弱，可以通过勾/压飞杆来改变飞杆强度；容飞或对称飞太强/弱则需要打开盖板，减短/加长飞杆。带通滤波器的飞杆容飞结构感飞结构右上图的感飞/14几种传输零点图为三种传输零点的响应。传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带；飞杆越弱，则零点越远离通带。几种传输零点图为三种传输零点的响应。15带通双工器带通双工器为一个低频端带通滤波器和一个高频端带通滤波器合成；低频端滤波器和高频端滤波器会产生相互影响，产生影响的主要为天线端（）的第一，第二个谐振腔；其影响可以通过合理设计抽头来减弱。带通双工器带通双工器为一个低频端带通滤波器和一个高频端带通滤16低通滤波器*低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用，所有用微波结构实现的带通滤波器，都会在通带的高频端形成谐波，如左图所示。在谐波位置，滤波器对带外信号的抑制不能满足系统要求。因此，为了改善滤波器的远端抑制，就需要为带通滤波器串接一个低通滤波器，响应如右图。低通滤波器*低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用，17低通滤波器左图为串接低通后的带通滤波器响应。可见，串接后滤波器的远端谐波被抑制，而通带响应并未收到大的影响。右图为现在常用的同轴高低阻抗线低通滤波器的内导体组件。低通滤波器左图为串接低通后的带通滤波器响应。18耦合器定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入端、直通端、耦合端和隔离端，分别对应左图所示的1、2、3和4端口。定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入驻波比和工作带宽。耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的分贝数，即：()耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。隔离度D定义为输入端的输入功率P1与隔离端的输出功率P4之比的分贝数，即(dB)理想情况下，隔离端应无输出功率，隔离度为无限大。实际上常有极小部分功率从隔离端输出。方向性是耦合端输出功率P3与隔离端的输出功率P4之比，即：耦合器定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入19微带线耦合器左图为几种微带耦合器结构：耦合度大小与两条传输线之间的距离有关，距离越近则耦合越强；隔离度主要取决于所采用的耦合器结构。左图的前四种结构为改良后的平行耦合线结构，能比一般的耦合线实现更大的隔离度；后两种结构为分支定向耦合器，可以更容易实现较宽的带宽。在调试中，常常通过刀刻或者贴箔片来改变两传输线的距离，从而调节耦合度。微带线耦合器左图为几种微带耦合器结构：20带状线耦合器图为带状线耦合器的测试响应及其模型；带状线耦合器在产品中也常用到，它的特点是承受功率较大，损耗较小；类似与微带耦合器，带状线耦合器的调试方法，也是用刀刻或者贴箔片，加焊锡。另外，产品中常用到的主副杆耦合器，也属于带状线耦合器。不同点在于它将带状线耦合器中的薄片换成了金属圆杆。带状线耦合器图为带状线耦合器的测试响应及其模型；21功分/合路器左图是微带三端口功分器原理图。信号由1端口输入，分别经过两段微带线从2和3端口输出，负载电阻分别为R2及R3。两段传输线之间没有耦合，在传输线的末端加入平衡电阻，保证它们之间有足够的隔离。功分器应满足下列条件：2端口与3端口的输出功率比可为任意指定值；理论上1端口无反射；2端口与3端口的输出电压等幅、同相。功分/合路器左图是微带三端口功分器原理图。信号由1端22常见的几种功分器外形图中为几种常见的功分器的外形。通常产品中用到的功分器为一分二的等分功分器，由数个一分二等分功分器，可以构成一分四，一分八……等等分功分器；功分器主要的指标：输出端口与输入端口的功率比值（表示），二等分功分器输出功率：两个输出端口之间的输出功率比值（表示）：常见的几种功分器外形图中为几种常见的功分器的外形。23滤波器的大功率击穿问题空气击穿：空气中的电压达到某一数值，则空气分子中的电子被击出，形成电弧，空气变得导电；当滤波器工作时，谐振杆与腔体、盖板、螺杆等接地金属面之间会产生电压。若此电压达到空气的击穿电压，则空气击穿，滤波器内放电，信号失真，同时滤波器受到损坏，也可能损坏其它系统部件；系统的发射信号功率很大，击穿问题严重。为了满足系统的大功率需求，滤波器、双工器必须做大功率处理；滤波器的大功率击穿问题空气击穿：空气中的电压达到某一数值，则24大功率下电场强度分布图大功率下电场强度分布图25一、结构设计原因：1、盖板-谐振杆间距离过近2、调谐螺杆与谐振杆内壁距离过近3、调谐螺杆有螺纹4、零件有尖角

大功率下易击穿的原因二、工艺原因：1、零件有毛刺2、零件光洁度不够3、电镀不光滑一、结构设计原因：大功率下易击穿的原因二、工艺原因：26

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凡谷电子产品要求：螺杆凡谷电子36双工器、滤波器调试工艺的通用规范1、目的对生产产品的调试过程进行规定和控制，确保产品调试能够满足可靠性的要求，减少产品在调试岗位出现的问题，加强调试人员的自检过程。用调试工序来防止问题的产生。2、输出要求严格按照生产文件的指标要求进行调试，不得为提高调试速度而自行降低指标；否则可能导致产品检验不通过，更严重的是这样的产品可能存在功率或者三阶等方面的隐患，这些隐患很难被检验出来，致使不合格产品出售给客户，最终致使系统故障，客户批量退货。双工器、滤波器调试工艺的通用规范373、调试流程及要求3．1开机检查仪表是否正常，工具是否齐备。3．2每次在调不同产品前必须将仪表校准。3．3调试前确认待调器件是装配的合格品。3．4在指标没有完全达到要求前扳手只要稍微带紧螺帽，当指标完全满足要求后，再来锁紧螺杆，锁紧螺杆时要注意不要将盖板脱落的银层等小物体带到双工器内部。3．5在调试或返修过程中如有开盖板的情况，在合盖板之前一定要目测检查腔体内部所有零件没有任何性质的损伤或破坏，更不得有异物，更改后的焊点，装接全部要符合装焊工艺的要求。3．6调试中出现的波形异常（如螺杆偏心、连腔、波形抖动，通带跳跃等）等情况，要特别关注，并且直到问题的彻底根除。3．7用检具检查螺杆的高度是否达到产品调试工艺规定的螺杆高度，并目测产品的紧固螺钉有无错装或遗漏。3．8产品复调完后，调试人员要重点对双工器、滤波器的螺杆逐个顺序用扳手检查，自检螺杆都是否锁紧3、调试流程及要求38

螺杆的锁紧标准力矩见下表：螺杆直径力矩螺杆直径力矩M42.0N.mM65.0N.mM53.75N.mM86.0N.m螺杆直径力矩螺杆直径力矩M42.39演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！40微波理论培训微波理论培训41培训内容滤波器在基站中的作用带通滤波器理论带通双工器低通滤波器的应用耦合器理论功分/合路器理论大功率滤波器概述调试规范培训内容滤波器在基站中的作用42带通滤波器的波形S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小S12：2的输出功率与1的输入功率的比值。例如：假设输出功率为输入功率的90％则S12的对数表示为：（S12）＝10（0.9）＝-0.45即此时该频点的衰减为-0.45S11：反射回1的功率与1的输出功率的比值。例如：假设输出功率为输入功率的1％则S11的对数表示为：（S11）＝10（0.01）＝-20即此时该频点的回波为-20带通滤波器的波形S参数反映产品的通过信号和反射信号的大小43带通滤波器的波形整个滤波器的响应，可以理解为由n（n为滤波器腔数）个相关联的单腔谐振，通过一定的组合构成。如左上图虚线表示。除两个抽头腔外的每个谐振腔，形成一个在通带内的谐振峰，谐振峰之间通过不同大小的窗口耦合，排列在通带内的不同位置，形成通带。左下图为滤波器的回波草图。对于带通滤波器，有几个谐振腔（包括两个抽头腔）就会在通带内形成几个传输极点（即对应的图中红色圆圈内的波谷）。回波与驻波相对应，回波曲线中的波谷，对应在驻波曲线中，也是一个波谷。带通滤波器的波形整个滤波器的响应，可以理解为由n44基站的基本结构基站的基本结构45带通滤波器的工作原理原始信号滤波器响应滤波后的信号带通滤波器的工作原理原始信号滤波器响应滤波后的信号46带通滤波器的主要电气参数1.带外抑制：带外抑制指，滤波器在工作频段以外的频点处对信号的衰减。滤波器抑制主要由腔数决定。腔数越多带外抑制越好，同时插损也越大；上图为不加飞杆的滤波器响应，左、右图分别为5腔和7腔的响应。对比二图可以明显看出：7腔响应的带外抑制优于5腔响应；7腔响应的中心频点的插损为-1.17，5腔响应的中心频点插损为-0.7。带通滤波器的主要电气参数1.带外抑制：带外抑制指，滤波器在47带通滤波器的主要电气参数2.通带带宽：滤波器的带宽指满足插损要求的最大通带频率宽度。带宽根据客户的要求而定。在设计和生产上要将带宽适当拓宽，以保证滤波器在不同工作环境下都能满足客户指标。带宽拓宽越多，在标准频点的插损越小，同时带外抑制也会变小。3.传输零点：理论上抑制无限大的频点。滤波器中加入不同结构的飞杆，就能在通带外加入传输零点。下图为不加飞杆和加入两个感飞后的滤波器响应。加入零点后，通带有零点的一边抑制增强，另一边抑制有所减弱，同时通带靠近零点的边频插损增大。带通滤波器的主要电气参数2.通带带宽：滤波器的带宽指满足插48带通滤波器的主要电气参数5.插入损耗：插入损耗简称插损，指模块置入系统后，对工作频段信号引入的衰减。影响插损的因素除了上面提到的腔数和带宽外，还受单腔尺寸的影响。滤波器的单腔尺寸越大，工作中每个腔能够储存的能量越多，损耗越小。6.相位和群时延：电磁波信号通过滤波器，在相位上和时间上都会出现延迟。在功率放大器中，为了实现功率/信号上的合成或相消，就需要调整某一路信号的相位/群时延。如果仅用传输线来实现，则50纳秒的时延就需要用16.3米传输线，而使用带通滤波器，只需要5腔就可以实现。带通滤波器的主要电气参数5.插入损耗：插入损耗简称插损，指49带通滤波器的结构通常的带通滤波器具有左图所示的结构：抽头：将外部输入信号馈入滤波器或者将经过滤波器的信号导出。谐振腔：形成通带内的谐振点；耦合窗口：在谐振腔之间传输电磁信号，同时调整成不同的耦合度，以满足滤波器设计的需要；感飞，容飞，对称飞：形成通带外的传输零点（即抑制点）带通滤波器的结构通常的带通滤波器具有左图所示的50滤波器抽头模型抽头为带通滤波器的馈电装置。其结构关系到馈电强度，以及与外部接口的匹配对于同轴谐振器带通滤波器，必须将输入/输出端的抽头都设计到位，才能保证通带驻波较小。不合理的抽头设计，会导致输入能量较多被反射，S11较大，驻波调不下来，通带插损增大。滤波器抽头模型抽头为带通滤波器的馈电装置。其结51谐振器模型左图为单个谐振腔的电场模型及其等效电路原理图。图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器，谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以理解成等效电路中的端接电容。等效电路中的谐振频率计算公式为：为谐振杆加入圆盘，相当于加大了端接电容，圆盘越大，电容越大，谐振频率越低；同样加入调谐螺杆，也相当于加大端接电容，螺杆进得越深，端接电容值越大，谐振频率越低。所以，将所有的调谐螺杆往里进，则滤波器通带低偏。谐振器模型左图为单个谐振腔的电场模型及其等效电路原理图。52两个谐振器的耦合模型左上图为两个圆形谐振腔相互耦合的电场分布模型。电磁场通过谐振腔之间的窗口耦合；耦合螺杆的加入，“吸引”电力线向螺杆集中，从而加强两相邻腔的耦合效果。每个谐振腔有各自的谐振频率，当相邻的两个腔发生耦合时，其谐振频率相互“排斥”，耦合越强，“排斥”效果越明显，如左下图所示。所以，若将所有的耦合螺杆都往里进，则通带带宽变宽。

两个谐振器的耦合模型左上图为两个圆形谐振腔相互53带通滤波器的飞杆容飞结构感飞结构右上图的感飞/容飞位置上，若加入容飞结构则实现容飞，加入感飞结构则实现感飞；右下图的对称飞位置上加入容飞结构，可实现对称飞，加入感飞结构不能形成零点。调试中，感飞太强/弱，可以通过勾/压飞杆来改变飞杆强度；容飞或对称飞太强/弱则需要打开盖板，减短/加长飞杆。带通滤波器的飞杆容飞结构感飞结构右上图的感飞/54几种传输零点图为三种传输零点的响应。传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带；飞杆越弱，则零点越远离通带。几种传输零点图为三种传输零点的响应。55带通双工器带通双工器为一个低频端带通滤波器和一个高频端带通滤波器合成；低频端滤波器和高频端滤波器会产生相互影响，产生影响的主要为天线端（）的第一，第二个谐振腔；其影响可以通过合理设计抽头来减弱。带通双工器带通双工器为一个低频端带通滤波器和一个高频端带通滤56低通滤波器*低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用，所有用微波结构实现的带通滤波器，都会在通带的高频端形成谐波，如左图所示。在谐波位置，滤波器对带外信号的抑制不能满足系统要求。因此，为了改善滤波器的远端抑制，就需要为带通滤波器串接一个低通滤波器，响应如右图。低通滤波器*低通滤波器常作为带通带通滤波器的补充元件使用，57低通滤波器左图为串接低通后的带通滤波器响应。可见，串接后滤波器的远端谐波被抑制，而通带响应并未收到大的影响。右图为现在常用的同轴高低阻抗线低通滤波器的内导体组件。低通滤波器左图为串接低通后的带通滤波器响应。58耦合器定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入端、直通端、耦合端和隔离端，分别对应左图所示的1、2、3和4端口。定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入驻波比和工作带宽。耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的分贝数，即：()耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。隔离度D定义为输入端的输入功率P1与隔离端的输出功率P4之比的分贝数，即(dB)理想情况下，隔离端应无输出功率，隔离度为无限大。实际上常有极小部分功率从隔离端输出。方向性是耦合端输出功率P3与隔离端的输出功率P4之比，即：耦合器定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入59微带线耦合器左图为几种微带耦合器结构：耦合度大小与两条传输线之间的距离有关，距离越近则耦合越强；隔离度主要取决于所采用的耦合器结构。左图的前四种结构为改良后的平行耦合线结构，能比一般的耦合线实现更大的隔离度；后两种结构为分支定向耦合器，可以更容易实现较宽的带宽。在调试中，常常通过刀刻或者贴箔片来改变两传输线的距离，从而调节耦合度。微带线耦合器左图为几种微带耦合器结构：60带状线耦合器图为带状线耦合器的测试响应及其模型；带状线耦合器在产品中也常用到，它的特点是承受功率较大，损耗较小；类似与微带耦合器，带状线耦合器的调试方法，也是用刀刻或者贴箔片，加焊锡。另外，产品中常用到的主副杆耦合器，也属于带状线耦合器。不同点在于它将带状线耦合器中的薄片换成了金属圆杆。带状线耦合器图为带状线耦合器的测试响应及其模型；61功分/合路器左图是微带三端口功分器原理图。信号由1端口输入，分别经过两段微带线从2和3端口输出，负载电阻分别为R2及R3。两段传输线之间没有耦合，在传输线的末端加入平衡电阻，保证它们之间有足够的隔离。功分器应满足下列条件：2端口与3端口的输出功率比可为任意指定值；理论上1端口无反射；2端口与3端口的输出电压等幅、同相。功分/合路器左图是微带三端口功分器原理图。信号由1端62常见的几种功分器外形图中为几种常见的功分器的外形。通常产品中用到的功分器为一分二的等分功分器，由数个一分二等分功分器，可以构成一分四，一分八……等等分功分器；功分器主要的指标：输出端口与输入端口的功率比值（表示），二等分功分器输出功率：两个输出端口之间的输出功率比值（表示）：常见的几种功分器外形图中为几种常见的功分器的外形。63滤波器的大功率击穿问题空气击穿：空气中的电压达到某一数值，则空气分子中的电子被击出，形成电弧，空气变得导电；当滤波器工作时，谐振杆与腔体、盖板、螺杆等接地金属面之间会产生电压。若此电压达到空气的击穿电压，则空气击穿，滤波器内放电，信号失真，同时滤波器受到损坏，也可能损坏其它系统部件；系统的发射信号功率很大，击穿问题严重。为了满足系统的大功率需求，滤波器、双工器必须做大功率处理；滤波器的大功率击穿问题空气击穿：空气中的电压达到某一数值，则64大功率下电场强度分布图大功率下电场强度分布图65一、结构设计原因：1、盖板-谐振杆间距离过近2、调谐螺杆与谐振杆内壁距离过近3、调谐螺杆有螺纹4、零件有尖角

大功率下易击穿的原因二、工艺原因：1、零件有毛刺2、零件光洁度不够3、电镀不光滑一、结构设计原因：大功率下易击穿的原因二、工艺原因：66

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