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摘要：基于市场上卫星功分器体积大成本高，性价比低下的问题，作者通过多年的经验积累，运用磁芯传输技术制作功分器。这种设计方案不但实现了功分器结构的小型化，有效提升了产品的市场竞争力，而且采用了现代装接技术简化了装配工艺，提高了生产效率。也为超高频产品向新技术方向的发展开拓了一条新思路。本文网络版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/271649.htm
关键词：卫星功分器；小型化；超高频；磁芯绕制
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.3.014
胡志山（1978-），男，电子工程师、高级技师，研究方向：射频宽带电子产品设计、试制。
引言
卫星信号功分器（简称功分器，如图1）在卫星电视接收系统中的主要作用是把高频头送出的RF信号分配给多个接收机同时使用，卫星接收机又通过功分器反向给高频头提供工作电压。换句话说，功分器一旦损坏，卫星接收机就无法给高频头供电，高频头也无法把信号分配给接收机，因此它在整个线路中起到承上启下的桥梁作用。
1 产品开发背景及优势
高频头输出的RF信号频率比有线电视信号频率（5-1000MHz）要高得多，通常在950-2150MHz，而像日本等国家则要求达到5-2610MHz。由于频率成倍提高，相应的产品技术难度也就增加了。这种产品通常采用两种设计方案，一种是微带线型的，一种是高频磁芯型的，微带线型的由于是利用1/4波长特性，微带线长达4-6cm，致使整个产品外形较大（见图2），而外壳占产品成本中的绝大部分，这样单独一个外壳就需要3.5元以上，使得成品价格届高不下，而且由于外壳大而厚重无法采用锡封工艺，直接影响了产品的屏蔽性能。近些年来人们开始尝试采用高频磁芯绕制传输线变压器来制作功分器，采用高频磁芯对缩小产品体积起到立竿见影的作用。因为微带线型需要很长的微带线才能达到相应的阻抗和电感量，而高频磁芯本身的磁导率很高，简单的绕几圈漆包线就可以达到很高的电感量和阻抗，所以可以有效实现产品体积的微型化（见图3，图4）。
2 新型功分器的原理及技术要领
高频磁芯型功分器最大的技术难点就是当频率达到2150MHz以上时，频响会逐渐恶化。笔者经过多年的探索，找到一种理想的磁芯配对，可以把频率做到3000MHz，完全可以满足现在所有卫星系统的频率要求。其原理图如图5所示，核心部件为一对由高频磁芯绕制而成的传输线变压器L2和L3， L2负责阻抗匹配，使输入端75欧姆特性阻抗和中间分配点的特性阻抗进行最佳转换，以最大限度优化反射损耗。L3连接中间分配点，并将信号均等的分配给2个输出口。C5为隔直电容，避免接收机提供给高频头的工作电压短路。C2、C3为输出口信号耦合电容，Dl、D2负责给高频头单向供电。
由于系统要求输入输出特性阻抗均为75欧姆，根据经验公式阻抗Z=2πfL，电感量L=ALN2，先推导出所需电感量范围，再结合多次试验的结果，选取绵阳产高频单孔磁芯DK3×3×1.2 R3K5（DK表示单孔，其余数据的意义依次如下：外径×长度×孔径磁导率）作为初级输入阻抗变换器，采用规格为QA-l/130的漆包线，用线径为0.21mm红、黄2根线绕制，红线绕0.5圈，黄线绕3.5圈即0.5：3.5，磁芯2头分别保留红、黄脚各一根，其余两脚在中间绞绕，最后三脚均要烫锡，根部只需保留l-3mm的长度。插件时将红脚连接到输入口，黄脚与接地隔直电容相连。另一只磁芯起信号分配作用，选取磁芯规格DK3.5×3.8×0.85 R3K，采用直径为0.3mm漆包线绕制匝比为0.5：0.5，烫锡工艺和前述磁芯相同。磁芯绕制需要注意的要点是，每一圈都要拉紧伸直，匝间尽量紧凑靠拢，0.5：3.5的中间2根相绞线需要分别从磁芯两头的最外侧向内相互绞绕，其余线匝不得交叉。插件时把引脚拉直，在保证能焊接的前提下引脚尽量要短。
利用PROTEL99SE辅助设计PCB（具体从略），板材采用单面环氧板FR4，厚度Imm即可。所有贴片元件采用SMT贴片机装接。依据行业标准GY/T151-2000《卫星数字电视接收站测量方法室外单元测量》运用指压调试法（详细参照<<射频宽带产品的指压调试法》，电子世界2014年第17期）增加2只o.5pF的补偿电容后参数达到最佳状态（见图7，图8）。
图7、图8是功分器的实际测试曲线图，包含了功分器的三大主要参数即插入损耗、反射损耗和隔离度。由图7可见，插入损耗一直延伸到2610MHz均能保持良好的平坦度，而且插损不超过5.2dB，对于这么宽的频段有这么好的频响应该是非常理想的了。图7中的2号线为反射损耗曲线，其参数始终保持在-12dB以下。图8中的隔离度始终保持在-22dB以下，在这个超宽频段内，批量生产过程中有这么理想的隔离度，业内的朋友应该明白并非易事。
采用磁芯作为功分器的核心部件，其目的是为了让产品外壳小型化，可以采用普通有线电视分配器外壳来替代，这种外壳由锌合金压铸而成，其成本只有1元左右，相对于微带线型厚重外壳3.5元的价格有绝对优势。因外壳的小型化，使得外壳可以实现锡封后盖，锡封后整个产品对外没有空隙，形成一个整体，进而使产品的屏蔽性能大幅提升。另外我们将线路板由原先的焊接（图9）改为压接（对照图4），原来需要对5个柱子逐个的进行焊接，而现在只需要用电动冲床一次性的冲压，5个点就同时压接到线路板上。给生产工效带来数倍的飞跃，而且不需要使用焊锡丝，节约了成本和人工。这个工序有个要领需要注意，用于压接的线路板焊盘必须进行喷锡工艺处理，喷锡后可有效降低接触电阻，起到良好的高频接地效果。
3 结束语
该产品自2011年开始批量出口日本、巴西等国家，受到客户的一致好评，生产过程中的故障率低，线上一致性高达99.2%。经过改进设计后的卫星功分器不但大大降低了成本而且还大幅提升了产品性能，紧随整体制造业经济转型的时代步伐。
关键词：卫星功分器；小型化；超高频；磁芯绕制
DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.3.014
胡志山（1978-），男，电子工程师、高级技师，研究方向：射频宽带电子产品设计、试制。
引言
卫星信号功分器（简称功分器，如图1）在卫星电视接收系统中的主要作用是把高频头送出的RF信号分配给多个接收机同时使用，卫星接收机又通过功分器反向给高频头提供工作电压。换句话说，功分器一旦损坏，卫星接收机就无法给高频头供电，高频头也无法把信号分配给接收机，因此它在整个线路中起到承上启下的桥梁作用。
1 产品开发背景及优势
高频头输出的RF信号频率比有线电视信号频率（5-1000MHz）要高得多，通常在950-2150MHz，而像日本等国家则要求达到5-2610MHz。由于频率成倍提高，相应的产品技术难度也就增加了。这种产品通常采用两种设计方案，一种是微带线型的，一种是高频磁芯型的，微带线型的由于是利用1/4波长特性，微带线长达4-6cm，致使整个产品外形较大（见图2），而外壳占产品成本中的绝大部分，这样单独一个外壳就需要3.5元以上，使得成品价格届高不下，而且由于外壳大而厚重无法采用锡封工艺，直接影响了产品的屏蔽性能。近些年来人们开始尝试采用高频磁芯绕制传输线变压器来制作功分器，采用高频磁芯对缩小产品体积起到立竿见影的作用。因为微带线型需要很长的微带线才能达到相应的阻抗和电感量，而高频磁芯本身的磁导率很高，简单的绕几圈漆包线就可以达到很高的电感量和阻抗，所以可以有效实现产品体积的微型化（见图3，图4）。
2 新型功分器的原理及技术要领
高频磁芯型功分器最大的技术难点就是当频率达到2150MHz以上时，频响会逐渐恶化。笔者经过多年的探索，找到一种理想的磁芯配对，可以把频率做到3000MHz，完全可以满足现在所有卫星系统的频率要求。其原理图如图5所示，核心部件为一对由高频磁芯绕制而成的传输线变压器L2和L3， L2负责阻抗匹配，使输入端75欧姆特性阻抗和中间分配点的特性阻抗进行最佳转换，以最大限度优化反射损耗。L3连接中间分配点，并将信号均等的分配给2个输出口。C5为隔直电容，避免接收机提供给高频头的工作电压短路。C2、C3为输出口信号耦合电容，Dl、D2负责给高频头单向供电。
由于系统要求输入输出特性阻抗均为75欧姆，根据经验公式阻抗Z=2πfL，电感量L=ALN2，先推导出所需电感量范围，再结合多次试验的结果，选取绵阳产高频单孔磁芯DK3×3×1.2 R3K5（DK表示单孔，其余数据的意义依次如下：外径×长度×孔径磁导率）作为初级输入阻抗变换器，采用规格为QA-l/130的漆包线，用线径为0.21mm红、黄2根线绕制，红线绕0.5圈，黄线绕3.5圈即0.5：3.5，磁芯2头分别保留红、黄脚各一根，其余两脚在中间绞绕，最后三脚均要烫锡，根部只需保留l-3mm的长度。插件时将红脚连接到输入口，黄脚与接地隔直电容相连。另一只磁芯起信号分配作用，选取磁芯规格DK3.5×3.8×0.85 R3K，采用直径为0.3mm漆包线绕制匝比为0.5：0.5，烫锡工艺和前述磁芯相同。磁芯绕制需要注意的要点是，每一圈都要拉紧伸直，匝间尽量紧凑靠拢，0.5：3.5的中间2根相绞线需要分别从磁芯两头的最外侧向内相互绞绕，其余线匝不得交叉。插件时把引脚拉直，在保证能焊接的前提下引脚尽量要短。
利用PROTEL99SE辅助设计PCB（具体从略），板材采用单面环氧板FR4，厚度Imm即可。所有贴片元件采用SMT贴片机装接。依据行业标准GY/T151-2000《卫星数字电视接收站测量方法室外单元测量》运用指压调试法（详细参照<<射频宽带产品的指压调试法》，电子世界2014年第17期）增加2只o.5pF的补偿电容后参数达到最佳状态（见图7，图8）。
图7、图8是功分器的实际测试曲线图，包含了功分器的三大主要参数即插入损耗、反射损耗和隔离度。由图7可见，插入损耗一直延伸到2610MHz均能保持良好的平坦度，而且插损不超过5.2dB，对于这么宽的频段有这么好的频响应该是非常理想的了。图7中的2号线为反射损耗曲线，其参数始终保持在-12dB以下。图8中的隔离度始终保持在-22dB以下，在这个超宽频段内，批量生产过程中有这么理想的隔离度，业内的朋友应该明白并非易事。
采用磁芯作为功分器的核心部件，其目的是为了让产品外壳小型化，可以采用普通有线电视分配器外壳来替代，这种外壳由锌合金压铸而成，其成本只有1元左右，相对于微带线型厚重外壳3.5元的价格有绝对优势。因外壳的小型化，使得外壳可以实现锡封后盖，锡封后整个产品对外没有空隙，形成一个整体，进而使产品的屏蔽性能大幅提升。另外我们将线路板由原先的焊接（图9）改为压接（对照图4），原来需要对5个柱子逐个的进行焊接，而现在只需要用电动冲床一次性的冲压，5个点就同时压接到线路板上。给生产工效带来数倍的飞跃，而且不需要使用焊锡丝，节约了成本和人工。这个工序有个要领需要注意，用于压接的线路板焊盘必须进行喷锡工艺处理，喷锡后可有效降低接触电阻，起到良好的高频接地效果。
3 结束语
该产品自2011年开始批量出口日本、巴西等国家，受到客户的一致好评，生产过程中的故障率低，线上一致性高达99.2%。经过改进设计后的卫星功分器不但大大降低了成本而且还大幅提升了产品性能，紧随整体制造业经济转型的时代步伐。