一种微带反射式可调增益均衡器 |
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| 申请号 | CN202310153283.2 | 申请日 | 2023-02-22 | 公开(公告)号 | CN116707468A | 公开(公告)日 | 2023-09-05 |
| 申请人 | 电子科技大学; | 发明人 | 夏雷; 张智恒; 庞鑫; 彭智刚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种微带反射式可调增益均衡器，属于射频功率器件技术领域。该均衡器均衡器为轴对称结构，包括矩形介质 基板 、设置于介质基板下表面的接地板、设置于介质基板上表面的微带传输结构和有源偏置 电路 结构。本发明采用微带反射式结构，与传统立体结构均衡器相比更易于集成；利用肖特基 二极管 对电磁 能量 反射的特点，且反射之后的电磁能量在输出端口进行合成；通过设置不同的 肖特基二极管 偏置 电压 控制肖特基二极管呈现不同的反射 水 平，实现对电磁能量的不同衰减，实现均衡器的可调功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种微带反射式可调增益均衡器，包括矩形介质基板、设置于介质基板下表面的接地板、设置于介质基板上表面的微带传输结构和有源偏置电路结构；其特征在于，该均衡器为轴对称结构； |
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| 说明书全文 | 一种微带反射式可调增益均衡器技术领域[0001] 本发明属于射频功率器件技术领域，具体涉及一种微带反射式可调增益均衡器。 背景技术[0002] 目前，在微波功率模块中，行波管放大器带内增益通常具有不平坦的特性，增益曲线一般呈现“倒钟形”。为了补偿后级行波管放大器增益的不平坦，一般是在其前端级联增益均衡器。增益均衡器是一种对输入信号功率根据后级的要求在前级进行提前衰减的微波器件。增益均衡器一般位于固态功率放大器之后，行波管放大器之前，其作用主要是用于调整前级固态功率放大器的输出功率，使其匹配后级的行波管放大器的输入要求，从而达到理想的工作状态。根据主传输线的不同，增益均衡器主要分为以下几类：波导型、同轴型、微带型和基片集成波导型。 [0003] 波导/同轴型增益均衡器都属于立体式均衡器，在结构与原理上，二者极其相似，都是由主传输线与若干谐振吸收结构组成；主传输线的信号能量通过谐振吸收结构时，由谐振吸收结构将谐振频率及附近的一部分能量耦合入谐振腔，再由其中的吸收棒或者吸收片将能量吸收。同时通过机械调节结构可以改变谐振腔的谐振频率、耦合度以及吸收量，以匹配后级行波管放大器的需要。 [0004] 平面结构均衡器主要分为微带型与集成波导型两种，其原理类似于立体式均衡器，都依靠谐振结构筛选特定频段的电磁波，然后通过加载的电阻等吸收信号能量。目前，使用最广泛的均衡器类型是微带式均衡器，具有设计简易，制作技术成熟，体积小，集成度高等优点。微带式均衡器作为在工程中使用最为广泛的均衡器，其谐振器结构一般采用四分之一波长阶梯阻抗开路枝节，利用加载的电阻吸收谐振点处的电磁能量。这种结构的有以下缺点：四分之一波长开路枝节在低频时尺寸较大；且微带式均衡器的Q值与同轴型或波导型的均衡器相比较低；其结构不具有可调性能，只适用于特定的行波管，不方便大规模批量生产和使用，也不能根据实时使用的需要来调节均衡量的大小，无法适应当今微波功率模块愈加复杂的应用环境。 [0005] 基片集成波导(SIW)是近年来新出现的类似于波导的一种传输线，与传统结构相比，其体积小，损耗低，Q值高，功率容量也较高，同时适合与平面电路集成。但是SIW均衡器的尺寸与工作频率呈正相关性。与微带式均衡器相比，其尺寸偏大，加工成本也偏高。 发明内容[0007] 本发明所提出的技术问题是这样解决的： [0009] 其中，所述微带传输结构，包括：电桥B1、第一滤波器BF1、第二滤波器BF2、第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2；所述电桥B1的输入端作为均衡器的射频输入端口；所述电桥B1的隔离端作为均衡器的的射频输出端口；所述电桥B1的直通端级联第一滤波器BF1，第一滤波器BF1的另一端与第一肖特基二极管D1正极相连，第一肖特基二极管D1负极连接接地板；所述电桥B1的耦合端级联第二滤波器BF2，第二滤波器BF2的另一端与第二肖特基二极管D2正极相连，第二肖特基二极管D2负极连接接地板。 [0010] 所述有源偏置电路结构，用于提供偏置电压，包括：第一电阻R1、第一电感L1、第一外部直流电源V1、第二电阻R2、第二电感L2、第二外部直流电源V2；所述第一电阻R1的一端与第一电感L1连接后再与第一肖特基二极管D1的正极相连，第一电阻R1的另一端连接第一外部直流电源V1；所述第二电阻R2一端与第二电感L2连接后再与第二肖特基二极管D2的正极相连，第二电阻R2的另一端连接第二外部直流电源V2；通过改变外部直流电源V1、V2的电压值调节均衡器的均衡量。 [0011] 进一步地，所述电桥B1采用3dB 90°微带电桥。 [0012] 进一步地，所述滤波器采用微带耦合式平行滤波器。 [0013] 进一步地，所述源偏置电路结构采用贴片电阻与贴片电感。 [0014] 工作时，能量从输入端口(Input)一端流入，经电桥B1的直通端口、耦合端口分别进入滤波器BF1、滤波器BF2过滤特定增益频段，再分别进入肖特基二极管D1、D2；同时，通过外部直流电源V1、V2输入的偏置电压控制肖特基二极管的反射水平，在滤波器通带处使通过的电磁能量经过肖特基二极管正极反射后经滤波器到达电桥B1隔离端口处进行合成之后输出(Output)。 [0015] 本发明实现增益均衡的整个电路系统并不涉及到利用谐振单元搭载电阻等材料吸收电磁能量，而是利用肖特基二极管(D1、D2)对信号的反射特点，通过偏置电压控制肖特基二极管(D1、D2)对电磁能量的反射水平来实现陷波曲线进而达到增益均衡的目的。 [0016] 本发明所述增益均衡器采用微带传输线形式，通过在输入端口之后级联滤波器来挑选出特定的频率信号；信号经过肖特基二极管之后利用肖特基二极管对电磁能量的反射特点实现增益均衡的目的。同时本发明在输出端口之前也同样级联了与输入端口之后相同结构的滤波器，在筛选输出信号的同时降低了均衡器整体的回波损耗。 [0017] 相比于传统微带枝节谐振器，本发明采用微带反射式结构，电磁能量不再利用电阻吸收，而是利用肖特基二极管对电磁能量反射的特点，且反射之后的电磁能量在输出端口进行合成；由于设置不同的肖特基二极管偏置电压可以控制肖特基二极管呈现不同的反射水平，以此特征控制肖特基二极管对电磁能量的不同衰减，实现均衡器的可调功能。同时本发明与传统立体结构均衡器相比更易于集成。附图说明 [0018] 图1为本发明所述增益均衡器的结构示意图； [0019] 图2为本发明所述增益均衡器的仿真结果示意图。 具体实施方式[0020] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。 [0021] 本实施例提供了一种微带反射式可调增益均衡器，包括矩形介质基板、设置于介质基板下表面的接地板、设置于介质基板上表面的微带传输结构和有源偏置电路结构；其结构示意图如图1所示，整体呈轴对称结构，能够通过调节偏置电压实时调节均衡量，总体尺寸小于立体式均衡器。 [0022] 其中，所述微带传输结构，包括：电桥B1、第一滤波器BF1、第二滤波器BF2、第一肖特基二极管D1、第二肖特基二极管D2；所述电桥B1的输入端作为均衡器的射频输入端口；所述电桥B1的隔离端作为均衡器的的射频输出端口；所述电桥B1的直通端级联第一滤波器BF1，第一滤波器BF1的另一端与第一肖特基二极管D1正极相连，第一肖特基二极管D1负极连接接地板；所述电桥B1的耦合端级联第二滤波器BF2，第二滤波器BF2的另一端与第二肖特基二极管D2正极相连，第二肖特基二极管D2负极连接接地板。 [0023] 所述有源偏置电路结构，用于提供偏置电压，包括：第一电阻R1、第一电感L1、第一外部直流电源V1、第二电阻R2、第二电感L2、第二外部直流电源V2；所述第一电阻R1的一端与第一电感L1连接后再与第一肖特基二极管D1的正极相连，第一电阻R1的另一端连接第一外部直流电源V1；所述第二电阻R2一端与第二电感L2连接后再与第二肖特基二极管D2的正极相连，第二电阻R2的另一端连接第二外部直流电源V2；通过改变外部直流电源V1、V2的电压值调节均衡器的均衡量。 [0024] 工作时，能量从输入端口(Input)一端流入，经电桥B1的直通端口、耦合端口分别进入滤波器BF1、滤波器BF2过滤特定增益频段，再分别进入肖特基二极管D1、D2；同时，通过外部直流电源V1、V2输入的偏置电压控制肖特基二极管的反射水平，在滤波器通带处使通过的电磁能量经过肖特基二极管正极反射后经滤波器到达电桥B1隔离端口处进行合成之后输出(Output)。 [0025] 通过改变每组肖特基二极管(D1、D2)的偏置电压，进而改变肖特基二极管反射水平，可实时调节均衡器的均衡量。而改变带通滤波器的中心频率可以调节均衡器的陷波频点。 [0026] 本实施例的均衡器工作在10～16GHz，为宽带均衡器，整个均衡器采用微带传输结构。仿真结果如图2所示，均衡器的均衡峰位于14GHz左右，最大衰减量的调节范围为7dB至16.9dB，第一、第二肖特基二极管(D1、D2)的偏置电压调节范围为0.7V至2V，偏置电阻(R1、R2)采用贴片电阻，设置为2000欧姆；扼流电感(L1、L2)采用贴片电感，设置为180纳亨；电桥结构采用3dB 90°微带电桥；滤波器采用微带耦合式平行滤波器。当最大衰减为7dB时，V2为 1.7V，V1为2V；当最大衰减为12dB时，V2为1.15V，V1为1.12V；当最大衰减为16.9dB时，V2为 1V，V1为0.75V。带内最小衰减量为0.62dB，均衡量可调范围大于10dB，工作频带内回波损耗优于10dB。 [0027] 本实施例的均衡器采用微带反射式结构，利用不同的肖特基二极管偏置电压控制肖特基二极管呈现不同的反射水平，以此特征控制肖特基二极管反射电磁能量的不同，实现均衡器的可调功能；且通过两路反射信号合成输出之后系统Q值有所提升，同时尺寸相较传统可调立体式均衡器更小。 [0028] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。 |
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