【導(dǎo)讀】在雷達(dá)和干擾機(jī)等戰(zhàn)略技術(shù)方面，行波管和大功率固態(tài)功率放大器作為核心，是戰(zhàn)斗裝備的關(guān)鍵所在。但是行波管和大功率固態(tài)放大器的工作頻段往往不能滿足武器裝備的要求。均衡器就是這樣產(chǎn)生的。本文提出了結(jié)構(gòu)緊湊且體積小的均衡器設(shè)計(jì)方案。
行波管和大功率固態(tài)功率放大器作為雷達(dá)、干擾機(jī)的核心，其技術(shù)水平?jīng)Q定了這些裝備的戰(zhàn)術(shù)性能，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的關(guān)鍵技術(shù)。但行波管和大功率固態(tài)功率放大器在工作頻段內(nèi)往往存在較大的增益波動，不能達(dá)到武器裝備的要求。目前大都采用引入均衡網(wǎng)絡(luò)的方法來解決這個問題，這個網(wǎng)絡(luò)的特性恰好與信號的畸變特性相反，這樣就可以使信號不發(fā)生幅度畸變，插入的這個網(wǎng)絡(luò)就是功率均衡器。
由于微帶枝節(jié)型均衡器具有體積小和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，所以在微波頻段得到了廣泛的運(yùn)用，但是由于該結(jié)構(gòu)均衡器將電阻直接加載在了主傳輸線上，使得電路的反射大大增加，而且引入了較大的高端插損。本文提出了一種新穎的均衡器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)均衡器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的優(yōu)點(diǎn)，和傳統(tǒng)枝節(jié)型均衡器相比，駐波系數(shù)和高端插損都有較大改善。
物理模型
一個均衡器實(shí)際上是由多個陷波器構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)我們需要的衰減曲線，因此，我們從單個陷波器出發(fā)，來分析均衡器的工作原理。
我們將多個接地諧振回路級聯(lián)起來，形成級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的T矩陣與各個諧振枝節(jié)T矩陣的關(guān)系如下：
再由T矩陣和S矩陣的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的S矩陣。如果每級陷波器的輸入輸出都是匹配的，則級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的s21可以寫為：
根據(jù)級數(shù)展開理論，用無限多的陷波器子結(jié)構(gòu)相級聯(lián)，可以合成任意的響應(yīng)特性波形。
圖1（a)：陷波器頻率響應(yīng)特性
圖1 (b)陷波器頻率響應(yīng)特性
因此，以諧振枝節(jié)加電阻陷波器單元作為均衡器子結(jié)構(gòu)，然后通過級聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)均衡器的設(shè)計(jì)。通過調(diào)整各子結(jié)構(gòu)的諧振頻率和Q值從而逼近我們所需要的均衡曲線。[page]
傳統(tǒng)枝節(jié)均衡器
如圖所示為傳統(tǒng)枝節(jié)型均衡器的電路拓?fù)鋱D，該結(jié)構(gòu)均衡器以λ/4開路枝節(jié)作為諧振枝節(jié)，加電阻構(gòu)成陷波單元，電路左端和右端加匹配電路，由于電阻是直接加載在主傳輸線上，所以造成該均衡網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出阻抗發(fā)生變化，因此兩邊需要添加匹配網(wǎng)絡(luò)才能使駐波基本達(dá)到要求，而且用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的均衡器高端插損也很大。
圖2 枝節(jié)型均衡器電路拓?fù)鋱D
新結(jié)構(gòu)均衡器子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3是本文所提出的新結(jié)構(gòu)均衡器的陷波器子結(jié)構(gòu)，諧振器位于主傳輸線的正下方，由通孔和主傳輸線相連，在靠近通孔處加電阻，諧振器和接地板間留有0.3mm的縫隙，由于諧振器和主傳輸線是由通孔直接相連，二者之間存在寬邊耦合，因此該結(jié)構(gòu)諧振器具有強(qiáng)耦合特性，并且不會像傳統(tǒng)開路枝節(jié)一樣占用太多的空間。
圖3 新結(jié)構(gòu)陷波器模型
根據(jù)所要求的頻率衰減特性，我們采用RF60介質(zhì)基板，厚度為0.635mm，通孔直徑為0.5mm。[page]
圖4為改變諧振枝節(jié)的長度和電阻的大小時(shí)的頻率仿真曲線，可見當(dāng)增大電阻時(shí)，陷波器的Q值減小，而減小諧振器的長度時(shí)，陷波器的中心頻率升高。所以可以通過改變諧振器的長度和電阻的大小，實(shí)現(xiàn)對中心頻率和Q值的調(diào)節(jié)，所以該結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到均衡器子結(jié)構(gòu)的要求。
圖4 (a)諧振器長度對S21的影響
圖4 (b)電阻大小對S21的影響
新結(jié)構(gòu)均衡器設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果根據(jù)需要，我們采用三個陷波子結(jié)構(gòu)級聯(lián)設(shè)計(jì)制作了一個微帶均衡器，圖5是該型號均衡器的S21和S11仿真結(jié)果曲線，很明顯可以看出，采用新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作的均衡器在工作頻段內(nèi)能保證S11小于-20dB，而高端插損小于-2dB，說明采用該結(jié)構(gòu)能很好的改善均衡器的駐波和高端插損。
圖5 (a)S21仿真結(jié)果
圖5 (b)S11仿真結(jié)果
相關(guān)閱讀：
網(wǎng)友分享：微波功率放大器的ALC環(huán)路設(shè)計(jì)
寬帶射頻功率放大器的匹配電路設(shè)計(jì)
你想不到的絕活：給手持設(shè)備射頻功率放大器充電的方法
