吸收型微波同轴谐振腔均衡器的设计与调试

1、    吸收型微波同轴谐振腔均衡器的设计与调试        杨明珊1，2, 张德伟2, 时间:2008年06月18日     字 体: 大 中 小        关键词:<"cblue" " target='_blank'>均衡器<"cblue" " target

2、='_blank'>谐振腔<"cblue" " target='_blank'>行波管<"cblue" " target='_blank'>谐振频率<"cblue" " target='_blank'>最大            摘要： 讨论了置于<"cblue&qu

3、ot; " title="行波管">行波管激励端<"cblue" " title="均衡器">均衡器的均衡原理；给出了吸收微波同轴<"cblue" " title="谐振腔">谐振腔均衡器的结构，设计及其调试。关键词： 微波幅度均衡器 同轴谐振腔 <"cblue" " title="谐振频率">谐振频率 功率衰减 调试大功率行波管是微波功率组件中的核心组件，要求性能很高。但是

4、由于大功率行波管的增益波动较大，在等激励输入的情况下，不能使频带内所有点均达到饱和输出，这样会造成输入信号产生谐波和互调分量，或者不能得到较大的输出功率。因此，需要使用大功率行波管均衡技术，即增加一个微波网络，使其传输特性与行波管的传输特性相补偿，使得行波管的输出功率波动减至最小，这个微波网络就是微波均衡器1，2。本文讨论置于行波管激励端均衡器的均衡原理，图1是均衡器工作示意图，在A点是等激励输入功率，经过均衡器的传输损耗在B点得到行波管需要的理想输入功率，使得行波管每个频点工作在饱和状态，在C点实现行波管在带宽内输出功率波动最小条件下的<"cblue" "

5、 title="最大">最大输出功率。1 吸收型微波同轴谐振腔均衡器结构图2是吸收型微波同轴谐振腔均衡器基本单腔子结构。同轴谐振腔的一端与主传输线相连，另一端是短路活塞，可调节谐振腔腔长，谐振腔内是可调探针插入主传输线，在腔体的外导体侧壁的适当位置置入吸收材料制成的衰减螺钉或者金属微调螺钉，构成了同轴谐振腔；通过耦合探针将主传输线的能量耦合入谐振腔，改变谐振腔腔长及可调探针插入深度调节谐振腔的谐振频率，调整衰减螺钉的插入深度可以吸收部分能量，形成损耗，获得与行波管相匹配的最佳输入功率，同时可改变谐振腔的Q值。另外，微调螺钉或衰减螺钉也会使谐振频率产生微量偏移。由于单子

6、结构带宽和吸收衰减幅度的有限性，为了能在较宽频带内实现对大功率行波管的高精度均衡，必须采用多级子结构级联的形式3。2 吸收型同轴微波幅度均衡器的设计考虑到均衡器功率容量的要求和目标衰减曲线的复杂性，均衡器必须具备功率容量大、衰减可调范围大、调节分辨率高、调节自由度高等特点。微波均衡器的设计需考虑腔长、内外导体的尺寸、材料、微调螺钉和衰减棒的位置及谐振腔子结构数量等。设同轴传输线的内导体(也称为可调探针)外径为2a，外导体内径为2b，同轴线的腔长为l，同轴型均衡器的尺寸设计原则如下。2.1 谐振腔腔长的确定/4谐振腔采用根据腔长与谐振频率的关系：l=(2n-1)，取n=2；这样其状态较稳定。由于

7、谐振腔的耦合端呈电容特性，根据缩短电容同轴线空腔谐振器的结论，实际腔长应适当缩短。2.2 谐振腔内、外导体的尺寸确定功率容量对尺寸的限制要综合考虑功率容量、导体损耗、阻抗匹配和抑制高次模等因素对同轴均衡器的尺寸限制。同轴线内导体附近的电场最强，当此处的场强接近介质的击穿场强时，就可能发生击穿。同轴线最大的功率容量为：，其中：Eb是介质的击穿场强时，同轴线有最大功率容量。同轴线的功率损耗主要由内导体外壁损耗功率和外导体内壁损耗功率组成，假设内、外导体使用相同的材料，则同轴线导体衰减常数：。对于空气同轴线，最小导体损耗尺寸比例为。一般情况下，同轴传输线除传输TEM模外，也会出现TE模式波和TM模式

8、波，它们都是同轴线的高次模。在同轴线中的高次模中最低模为TE11模，其截止波长最大，为此最小工作波长应满足：，均衡器的输入输出接口选用标准的SMA接口形式，为满足阻抗匹配的要求，选择特性阻抗为50。23 微调螺钉的位置由谐振腔微扰的理论可知，微调螺钉的作用与其在谐振腔上的位置有关，在电场占优的地方，增大插入深度，将使谐振频率降低，反之升高；在磁场占优的地方，作用与此相反4。所以，一般在磁场最大或电场最大处使用微调螺钉,在该位置使用吸收材料制成的微调螺钉还是金属微调螺钉要根据实际调试情况而定。2.4 单子结构的数量均衡器单子结构的数量要根据行波管的功率衰减曲线，考虑单腔的Q值、均衡波纹和最大均衡

9、幅度来确定5。2.5 材料选择一般的均衡器腔体选用导电性能较好的黄铜或铜合金为材料，谐振腔内部光洁度不好会影响导体的损耗，为此可在腔体内镀上一层银以提高腔体的导电性和表面光洁度，在高温下由于结构的细微变化导致谐振频率漂移，影响均衡器的高温性能，选用抵膨胀合金作为探针材料，如4J32和4J36。衰减材料选用微波吸收材料羰基铁，其吸收性能优良，衰减量大，驻波系数小，具有较好的稳定性。金属螺钉使用与腔体相同的材料，可以减小与腔体因温度产生的变形和应力。3 微波幅度均衡器调试31 目标曲线的确定对于每一支行波管需要配备对应的均衡器均衡。根据行波管的工作性能确定工作频点的衰减量，绘制需要均衡的衰减曲线，

10、当然，衰减曲线其实是由各频点需衰减量的最大值和最小值构成的区间，凡在该区间内的衰减曲线都认为是可行的。图3是由各个单腔子结构的衰减曲线(曲线A、B、C、D、E、F)构成均衡器的衰减曲线(曲线SUM)。对于衰减较大的频点处，有时需要多个谐振腔在同一频点谐振，多个吸收衰减共同合成。由于各个谐振腔存在耦合，改变某一个腔体的参数可能引起其他腔体衰减的变化。另外，对于某一确定的衰减曲线有多种调试方案符合要求，所以除了使实际衰减曲线与目标曲线拟合外，调试时还必须使均衡器与输入、输出设备有良好的匹配，即输入端、输出端的驻波要足够小。这不仅是为了保证功率的有效传输，在输出端它还关系着行波管能否正常工作，同时要

11、求该微波网络具有较小的插入损耗，尤其当前端输入功率源容量受限时，这一点就显得更加重要。最好还要考虑到均衡器的其他检测要求，例如高低温频率漂移要求、温度冲击要求等因素，调试是可引入补偿调试等方法。所以，均衡器的调试是均衡器设计中重要的环节。32 均衡器可调参数的作用(1)腔长缩短腔长，将使频率升高，衰减增大，使品质因数降低。反之，增大腔长，将使谐振频率降低，衰减减小，使品质因数增大。(2)耦合探针增加耦合探针插入深度，谐振频率降低，衰减增大，品质因数降低；反之减小耦合探针插入深度，谐振频率增大，衰减减小，品质因数增大。(3)金属微调螺钉由谐振腔微扰理论可知，在电场占优的地方，金属微调螺钉插入越深

12、，将使谐振频率降低。反之，在磁场占优的地方，谐振频率升高。(4)衰减微调螺钉衰减棒插入越深，衰减越大，但衰减棒的作用也与其在谐振腔的位置有关，由调试可知在磁场占优的地方，其吸收作用非常明显。同时，衰减棒可以微调谐振频率。参考文献1 Barbaria R G. Coaxial resonators precisely adjust equaliza-tion curves.J. Microwave and RF.1988;(5):1841922 Kundu A C. Broadband TEM-mode planar-rectangular dielectric waveguide bandpass filter and its miniaturizationJ.IEEE MTT-S Dig