吸收型微波同軸諧振腔均衡器的設計與調(diào)試

1、    吸收型微波同軸諧振腔均衡器的設計與調(diào)試        楊明珊1，2, 張德偉2, 時間:2008年06月18日     字 體: 大 中 小        關鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>均衡器<"cblue" " target

2、='_blank'>諧振腔<"cblue" " target='_blank'>行波管<"cblue" " target='_blank'>諧振頻率<"cblue" " target='_blank'>最大            摘要： 討論了置于<"cblue&qu

3、ot; " title="行波管">行波管激勵端<"cblue" " title="均衡器">均衡器的均衡原理；給出了吸收微波同軸<"cblue" " title="諧振腔">諧振腔均衡器的結構，設計及其調(diào)試。關鍵詞： 微波幅度均衡器 同軸諧振腔 <"cblue" " title="諧振頻率">諧振頻率 功率衰減 調(diào)試大功率行波管是微波功率組件中的核心組件，要求性能很高。但是

4、由于大功率行波管的增益波動較大，在等激勵輸入的情況下，不能使頻帶內(nèi)所有點均達到飽和輸出，這樣會造成輸入信號產(chǎn)生諧波和互調(diào)分量，或者不能得到較大的輸出功率。因此，需要使用大功率行波管均衡技術，即增加一個微波網(wǎng)絡，使其傳輸特性與行波管的傳輸特性相補償，使得行波管的輸出功率波動減至最小，這個微波網(wǎng)絡就是微波均衡器1，2。本文討論置于行波管激勵端均衡器的均衡原理，圖1是均衡器工作示意圖，在A點是等激勵輸入功率，經(jīng)過均衡器的傳輸損耗在B點得到行波管需要的理想輸入功率，使得行波管每個頻點工作在飽和狀態(tài)，在C點實現(xiàn)行波管在帶寬內(nèi)輸出功率波動最小條件下的<"cblue" "

5、 title="最大">最大輸出功率。1 吸收型微波同軸諧振腔均衡器結構圖2是吸收型微波同軸諧振腔均衡器基本單腔子結構。同軸諧振腔的一端與主傳輸線相連，另一端是短路活塞，可調(diào)節(jié)諧振腔腔長，諧振腔內(nèi)是可調(diào)探針插入主傳輸線，在腔體的外導體側壁的適當位置置入吸收材料制成的衰減螺釘或者金屬微調(diào)螺釘，構成了同軸諧振腔；通過耦合探針將主傳輸線的能量耦合入諧振腔，改變諧振腔腔長及可調(diào)探針插入深度調(diào)節(jié)諧振腔的諧振頻率，調(diào)整衰減螺釘?shù)牟迦肷疃瓤梢晕詹糠帜芰?，形成損耗，獲得與行波管相匹配的最佳輸入功率，同時可改變諧振腔的Q值。另外，微調(diào)螺釘或衰減螺釘也會使諧振頻率產(chǎn)生微量偏移。由于單子

6、結構帶寬和吸收衰減幅度的有限性，為了能在較寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)對大功率行波管的高精度均衡，必須采用多級子結構級聯(lián)的形式3。2 吸收型同軸微波幅度均衡器的設計考慮到均衡器功率容量的要求和目標衰減曲線的復雜性，均衡器必須具備功率容量大、衰減可調(diào)范圍大、調(diào)節(jié)分辨率高、調(diào)節(jié)自由度高等特點。微波均衡器的設計需考慮腔長、內(nèi)外導體的尺寸、材料、微調(diào)螺釘和衰減棒的位置及諧振腔子結構數(shù)量等。設同軸傳輸線的內(nèi)導體(也稱為可調(diào)探針)外徑為2a，外導體內(nèi)徑為2b，同軸線的腔長為l，同軸型均衡器的尺寸設計原則如下。2.1 諧振腔腔長的確定/4諧振腔采用根據(jù)腔長與諧振頻率的關系：l=(2n-1)，取n=2；這樣其狀態(tài)較穩(wěn)定。由于

7、諧振腔的耦合端呈電容特性，根據(jù)縮短電容同軸線空腔諧振器的結論，實際腔長應適當縮短。2.2 諧振腔內(nèi)、外導體的尺寸確定功率容量對尺寸的限制要綜合考慮功率容量、導體損耗、阻抗匹配和抑制高次模等因素對同軸均衡器的尺寸限制。同軸線內(nèi)導體附近的電場最強，當此處的場強接近介質的擊穿場強時，就可能發(fā)生擊穿。同軸線最大的功率容量為：，其中：Eb是介質的擊穿場強時，同軸線有最大功率容量。同軸線的功率損耗主要由內(nèi)導體外壁損耗功率和外導體內(nèi)壁損耗功率組成，假設內(nèi)、外導體使用相同的材料，則同軸線導體衰減常數(shù)：。對于空氣同軸線，最小導體損耗尺寸比例為。一般情況下，同軸傳輸線除傳輸TEM模外，也會出現(xiàn)TE模式波和TM模式

8、波，它們都是同軸線的高次模。在同軸線中的高次模中最低模為TE11模，其截止波長最大，為此最小工作波長應滿足：，均衡器的輸入輸出接口選用標準的SMA接口形式，為滿足阻抗匹配的要求，選擇特性阻抗為50。23 微調(diào)螺釘?shù)奈恢糜芍C振腔微擾的理論可知，微調(diào)螺釘?shù)淖饔门c其在諧振腔上的位置有關，在電場占優(yōu)的地方，增大插入深度，將使諧振頻率降低，反之升高；在磁場占優(yōu)的地方，作用與此相反4。所以，一般在磁場最大或電場最大處使用微調(diào)螺釘,在該位置使用吸收材料制成的微調(diào)螺釘還是金屬微調(diào)螺釘要根據(jù)實際調(diào)試情況而定。2.4 單子結構的數(shù)量均衡器單子結構的數(shù)量要根據(jù)行波管的功率衰減曲線，考慮單腔的Q值、均衡波紋和最大均衡

9、幅度來確定5。2.5 材料選擇一般的均衡器腔體選用導電性能較好的黃銅或銅合金為材料，諧振腔內(nèi)部光潔度不好會影響導體的損耗，為此可在腔體內(nèi)鍍上一層銀以提高腔體的導電性和表面光潔度，在高溫下由于結構的細微變化導致諧振頻率漂移，影響均衡器的高溫性能，選用抵膨脹合金作為探針材料，如4J32和4J36。衰減材料選用微波吸收材料羰基鐵，其吸收性能優(yōu)良，衰減量大，駐波系數(shù)小，具有較好的穩(wěn)定性。金屬螺釘使用與腔體相同的材料，可以減小與腔體因溫度產(chǎn)生的變形和應力。3 微波幅度均衡器調(diào)試31 目標曲線的確定對于每一支行波管需要配備對應的均衡器均衡。根據(jù)行波管的工作性能確定工作頻點的衰減量，繪制需要均衡的衰減曲線，

10、當然，衰減曲線其實是由各頻點需衰減量的最大值和最小值構成的區(qū)間，凡在該區(qū)間內(nèi)的衰減曲線都認為是可行的。圖3是由各個單腔子結構的衰減曲線(曲線A、B、C、D、E、F)構成均衡器的衰減曲線(曲線SUM)。對于衰減較大的頻點處，有時需要多個諧振腔在同一頻點諧振，多個吸收衰減共同合成。由于各個諧振腔存在耦合，改變某一個腔體的參數(shù)可能引起其他腔體衰減的變化。另外，對于某一確定的衰減曲線有多種調(diào)試方案符合要求，所以除了使實際衰減曲線與目標曲線擬合外，調(diào)試時還必須使均衡器與輸入、輸出設備有良好的匹配，即輸入端、輸出端的駐波要足夠小。這不僅是為了保證功率的有效傳輸，在輸出端它還關系著行波管能否正常工作，同時要

11、求該微波網(wǎng)絡具有較小的插入損耗，尤其當前端輸入功率源容量受限時，這一點就顯得更加重要。最好還要考慮到均衡器的其他檢測要求，例如高低溫頻率漂移要求、溫度沖擊要求等因素，調(diào)試是可引入補償調(diào)試等方法。所以，均衡器的調(diào)試是均衡器設計中重要的環(huán)節(jié)。32 均衡器可調(diào)參數(shù)的作用(1)腔長縮短腔長，將使頻率升高，衰減增大，使品質因數(shù)降低。反之，增大腔長，將使諧振頻率降低，衰減減小，使品質因數(shù)增大。(2)耦合探針增加耦合探針插入深度，諧振頻率降低，衰減增大，品質因數(shù)降低；反之減小耦合探針插入深度，諧振頻率增大，衰減減小，品質因數(shù)增大。(3)金屬微調(diào)螺釘由諧振腔微擾理論可知，在電場占優(yōu)的地方，金屬微調(diào)螺釘插入越深

12、，將使諧振頻率降低。反之，在磁場占優(yōu)的地方，諧振頻率升高。(4)衰減微調(diào)螺釘衰減棒插入越深，衰減越大，但衰減棒的作用也與其在諧振腔的位置有關，由調(diào)試可知在磁場占優(yōu)的地方，其吸收作用非常明顯。同時，衰減棒可以微調(diào)諧振頻率。參考文獻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