宽带微波增益均衡器

1、南京理工大学毕业设计（论文）外文资料翻译学院（系）：国际教育学院专业：通信工程姓名：张庆越学号：0958220101外 文出处 A BROADBAND MICROWAVE （用外文写）GAIN EQUALIZER宽带微波增益均衡器H. Wang*, B. Yan, Z. Wang, and R. Xu基础科学在EHF实验室，中国电子科技大学，成都，四川611731,中国。文摘-在本文，我们提出一种新的宽带微波增益均衡器在微带电路。均衡器使用 开放阶梯阻抗谐振器（S旧s）增加调整参数，方程曲线可以更加灵活。增益均衡器的拓 扑的简化用于使匹配网络更容易。在每个电阻的功率分配进行了分析和误差分析的

2、阻力值完成。最后我们设计和制造一个增益均衡器,实测结果表明，该均衡曲线符合 要求，证明该结构是实用和有效的。介绍增益均衡器是一个重要的部分在微波功率模块（MPM），用于输出增益的平行波 管（TWT）。如今,MPM被广泛用于许多潜在的系统应用,如雷达、通信、飞机和 电子战1 - 4,它使一个更高的需求在均衡器的数量和重量。微型化的它成为研究 的一个焦点。增益均衡器用于由波导和同轴与电磁波吸收体在其空腔谐振器5-8.然而，这个 结构是大型和不方便的整合。由于微带电路很容易过程与小尺寸，这是非常有用的在 制作增益均衡器。传统的微带增益均衡器包含几个谐振树枝和电阻连接分支主要传 输电线路。然而，这些共

3、振分支只有两个参数来调整，宽度和长度。这限制了它的控 制能力均衡曲线9 -12。解决这一问题，增益均衡器实现开放阶梯阻抗谐振器（S旧s） 与薄膜电阻集成。另一个重要增益均衡器的参数是返回损失在I /O端口。幸运的是 有许多研究关于如何获得一个好的搭配在宽频带，这可能会给我们很多的参考文献 13 -18。在本文中，我们提出一个简单的拓扑得到I / O端口匹配。通过这种方式， 设计参数减少很多，和搭配过程变得更方便。增益均衡器的设计方法。2.1均衡器的拓扑。我们开始分析增益均衡器通过研究单个谐振器。有一个简单的谐振器由电阻、 电感和电容（见图1）。输入阻抗和导纳被定义为z ,可以，被表达如下：1

4、- 2CL .Z = R + ， Z =jC散射矩阵可以得到如下:(SS 、1(-Z / Z2)11120SS2 + Z / Z2-Z / Z2122 0o7所以它的传递函数是:2 x ( jw CR + 1 - w 2cl) H (w )=2 x ( jw CR + 1 - w 2CL) + jw CZ0图1。谐振器的电路模型及其频率响应。当共振结构是一致与很好的搭配，他们的总传递函数是:nH (w ) = E H (w )i = 1把一系列的谐振器一起，精心选择谐振频率和谐振Q值，设计匹配,一个适当的平 衡的净反应可以被获得。这是增益均衡器的基本原理。为简化了匹配过程中,一个简单的增益均衡

5、器的拓扑在这里使用(图2)。比增益 均衡器报道9-10,这个搭配净删除匹配部分在I / O端口，并且只使用了四分之一的 波长传输线之间的两个相邻谐振器。避免了联轴器的两个相邻谐振器,四分之一波长 传输线即可添加整数倍数的波长。Mak1!:NetNetI-图2。增益均衡器的电路模型和频率响应图3。拓扑的简化及其等效电路模型当产生共鸣。传输矩阵可以得到如下的利用微波网络的理论19，图3显示了一个拓扑结构的花间描述，其等效电路模型为这例子。对于均衡器 电路模型作为一个黑盒这个计算值与理想模型推导，忽视了不连续的影响和边缘电容在开口端。准确 的值可以通过使用仿真软件进行了优化。2.2.微带开放S旧在增

6、益均衡器.一个开放的S旧的基本结构如图4所示.一个独特的功能S旧是谐振器的带宽 可以调节改变阻抗比R（R = Z /Z），这是一个有用的参数，可以帮助使衰减曲线更 灵活.假设电长度的两个输电线路都是相同的。我们给两个重要的表达式如下20。在共振条件： TOC o 1-5 h z 0 = 0 = ctg t （8）图4。开放SIR的结构.和寄生频率fSA:f 0 兀一 0兀SA = SA =1f 00 一 ctg -1JR共振频率的基本表示为f ,而寄生频率的最低的是f。考虑0 = 0 = 0 .结果表明，如果我们改变价值R，不仅共振条件而且基本距离之间和寄生频率也 会改变。均匀阻抗谐振器（UI

7、R）用于9 - 11 是一个条在SIR（r =1）之一。所以这里的分析仍然是有用在UIR.为了解释得更生动，通过HFSS仿真。通过改变阻抗比在SIR,而使用方程（8） 获得SIR的电长度，切口的带宽可以容易控制（图5）。从图5,我们可以看到，随着带 宽与阻抗的增加比率在SIR.图5.微波增益均衡器的带宽控制-图孔均衡器在HFSS的仿真模型口图饥表回功率损耗密度分布电阻口保持S旧的比值不变，这样SIR的物理长度将是相同的，当S旧共振。从方程 (2)，我们知道如果我们调整电阻的值，吸收功率,传输系数可以被控制。结果见图6。 可以看到衰减生长当吸收阻力的价值减小。使用上面介绍的两种方法我们可以控制

8、均衡曲线很容易。3.仿真和测量.3.1仿真和制造.为了证明介绍过的这些策略的有效性，所以已经设计和制造一个增益均衡器。 仿真完成在一个3D-电-磁仿真软件HFSS。图7显示了增益均衡器的仿真模型。衬 底是aio (e = 9.8，厚度h = 0.254 mm).微带是镀金，平方部分是TaN薄膜电阻。 薄膜的电阻集成在一个衬底直接，这可以减少寄生参数的影响。软件HFS S可以计算均衡器的电磁场的分布。从电磁场我们可以得到坡印亭矢 量在阻力的地方。然后表面损耗密度可以得到坡印亭矢量。最后我们把损失密度函数在该地区的每个电阻计算通过每个电阻的功率吸收。这个过程可以表示为:P = jj Re( E x

9、 H *) - n )dxdy(1。)x, y表面能量损失密度和通过每个电阻的功率吸收分别显示在图8和图9。在这里输 入功率为1W。图8显示第一电阻输入端口附近最高的表面功率损耗密度。为了提高 增益均衡器的功率容量，其电阻输入端口附近应该有一个更高的功率容量。从图9, 我们知道确切的功率吸收电阻，它可能是有用的在选择一个合适的功率容量的阻力。 从图9,我们知道精确的通过电阻的功率衬底，它可能是有用的在选择一个合适的 阻力的功率容量。我们也做了阻力值的误差分析。我们做+ /-5%阻力值的参数扫描，同时保持其 他参数不变。结果见图10。当电阻值改变，网络变化的s小，s的最大衰减的变化 在+ /-5

10、%分贝。这表明,该设计具有良好的稳定性。.图9所示，每个电阻所消耗的功率图1。，的电阻值的误差分析。图11.测试夹具An-ritsu3680K.图控口微波增益均衡器的照片口3.2测量和分析。测量是安捷伦的矢量网络分析仪的借助和测试设备Anritsu3680K（图11）。均衡 器的一张照片是显示在图12。模拟和测量的比较结果显示在图13,这表明，均衡曲线的测量结果符合要求和 只有少数差异约为0.5分贝的衰减是附近最大的地方。从分析在图10中，我们知 道不同的是由电阻引起的误差的处理。Simulatedl resuhso Measured results1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1

11、I 1 I 1 I 1 I 1 I4 6 8 10 12 4 16 IS 20 22Freq (GHz)2 468 10 12 4 16 R 2C 22Freq GHz)图14=的增益均衡器的测量结果匚图14显示了整个增益均衡器的测量结果。图13匚仿真结果和测结果比较匚插入损耗约0.5分贝在20 GHz和最大衰减约15分贝在11 GHz的。均衡的价 值约为14.5分贝。我们得到了在输入和输出端口一个好的匹配，并在两个端口的 回波损耗优于15 dB，从4 GHz到20 GHz。4.结论。在本文中，提出了一种微波宽带增益均衡器使用开放的阶梯阻抗谐振器的新型。 它具有频率可调的优点和品质因数相对于谐振器的微带分支之前。薄膜电阻是直接 在衬底，它比贴片电阻更准确。这种结构是小