一種新型小體積均衡器的設(shè)計解析

　1 引言
　　行波管和大功率固態(tài)功率放大器作為雷達、干擾機的核心，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，所以在微波頻段得到了廣泛的運用，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，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。
　　2 物理模型
　　一個均衡器實際上是由多個陷波器構(gòu)成，從而實現(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。如圖1所示，是一個單枝節(jié)陷波器的電路模型及其頻率響應(yīng)特性，圖1（b）中、分別代表頻率響應(yīng)特性的上下截止角頻率，通過調(diào)節(jié)L和C，可以調(diào)節(jié)該陷波器的中心頻率，而調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻R，可以調(diào)節(jié)陷波器的Q值，從而實現(xiàn)對衰減大小和陷波器的工作頻段的調(diào)節(jié)。
　　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：
　　?（1）
　　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：
　　?（2）
　　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）陷波器電路模型
　　
　　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，實現(xiàn)均衡器的設(shè)計。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。
　　3 均衡器的設(shè)計
　　3.1 傳統(tǒng)枝節(jié)均衡器
　　如圖所示為傳統(tǒng)枝節(jié)型均衡器的電路拓撲圖，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)才能使駐波基本達到要求，而且用該結(jié)構(gòu)設(shè)計的均衡器高端插損也很大。