CN110545080A - 一种基于微带的微波宽带功率均衡器 - Google Patents

Abstract

本申请公开不了一种基于微带的微波宽带功率均衡器，包括两个微带线单元、电容C1和电阻R1，每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0。由于基于π型的拓扑结构，采用分离的电阻、电容和微带线电感相结合的方式，设计出具有超宽的频带的功率均衡器，所以该微波宽带功率均衡器的结构简单、占用体积小、且适用于超宽带，进而使得本申请公开的均衡器的经济性高、设计灵活性好及利于电路系统应用性强。

Description

一种基于微带的微波宽带功率均衡器

技术领域

本发明涉及微波无源器件技术领域，具体涉及一种基于微带的微波宽带功率均衡器。

背景技术

微波功率模块(MPM)由宽带行波管、固态功率放大驱动模块和集成电源构成，充分利用了三者的优点，具有低噪声、高功率、高效率、小体积、轻重量和高可靠性的特点，其中宽频带大功率行波管的增益特性近似钟型间或有局部增益波动，而微波宽带功率均衡器(MMIC)的增益一致性通常较好，所以均衡器的频率衰减特性主要由行波管决定。大功率行波管输出功率波动在带内最小化的的过程，即得到平坦的输出功率，该特殊网络就称为均衡网络(亦称均衡器)。

功率均衡器的技术要求：1)在工作频带内要有符合要求的功率衰减曲线；2)输入输出驻波要尽量小，即反射功率越小越好，与外部电路相匹配。实际上均衡器完全补偿行波管的输出功率曲线的波动是不可能的，使用中总存在一定的均衡偏差。一般来讲，均衡器只能在一定频带内具有一定的均衡能力，以减小波动。

均衡器可以采用波导、同轴及一些特殊的腔体结构。但微带作为元件的载体，可以灵活地形成电路，这样微带均衡器可以使用复杂的均衡电路拓扑，以便得到精确的均衡响应曲线，通过合理的设计，微带均衡器还可以与匹配电路进行一体化设计。由于微带功率均衡器便于在固态组件内部安装，易于与固态放大器形成一体，且方便可调等优点，使MPM更加具有优势，因此微带均衡器得到了广泛的应运用。

在基于微带的微波宽带功率均衡器的设计中，结构问题非常重要，而谐振单元是均衡器最基本的组成部分，所以选择适当的谐振器结构非常关键。对矩形螺旋谐振器和支节谐振器进行了仿真研究之后发现，矩形螺旋谐振器适合窄带工作，但难以协调，而加载了电阻的微带谐振器则适用于宽带均衡器。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是设计一种适合超宽带工作的功率均衡器。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于微带的微波宽带功率均衡器，包括两个微带线单元、电容C1和电阻R1；

每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0；其中，电阻R0的一端作为微带线单元的输入端或输出端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端连接，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端或输入端；

其中一个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端，该微带线单元的输出端接地；

其中另一个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端，该另一个微带线单元的输出端接地；

电阻R1和电容C1并联连接在所述微波宽带功率均衡器的输入端与输出端之间。

进一步，每个所述微带线单元还包括电容C0，与微带线电感L0并联连接。

进一步，所述微带线电感L0的长度为所述微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

根据第二方面，一种实施例中提供一种基于微带的微波宽带功率均衡器，包括N+2个微带线单元、N+1个电容C1和N+1个电阻R1，其中N为自然数；

每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0；

电阻R0的一端作为微带线单元的输入端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端连接，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端并接地；

第1个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端；

第n个微带线单元的输入端与第n+1个微带线单元的输入端之间连接有一个由一个电阻R1和一个电容C1组成的并联电路，n的取值范围为小于N+1的自然数；

第N+2个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端。

进一步，所述N等于1；

第1个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端，其输出端接地；

第1个电容C1和第1个电阻R1并联在第1个微带线单元的输入端与第2个微带线单元的输入端之间，第2个微带线单元的输出端接地；

第2个电容C1和第2个电阻R1并联在第2个微带线单元的输入端与第3个微带线单元的输入端之间，第3个微带线单元的输出端接地；

第3个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端。

进一步，每个所述微带线单元还包括电容C0，并联在微带线电感L0的两端。

进一步，所述微带线电感L0的长度为所述微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

根据第三方面，一种实施例中提供一种宽带射频放大器，包括第一方面或第二方面所述的微波宽带功率均衡器。

依据上述实施例的一种基于微带的微波宽带功率均衡器，包括两个微带线单元、电容C1和电阻R1，每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0。由于基于π型的拓扑结构，采用分离的电阻、电容和微带线电感相结合的方式，设计出具有超宽的频带的功率均衡器，所以该微波宽带功率均衡器的结构简单、占用体积小、且适用于超宽带，进而使得本申请公开的均衡器的经济性高、设计灵活性好及利于电路系统应用性强。

附图说明

图1为一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图；

图2为一种实施例中微带线单元的电路示意图；

图3为另一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图；

图4为另一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在射频与微波领域的电路设计中，射频放大器的应用的十分广泛。由于射频放大器的增益在其工作频带内具有一定波动的特性，导致在多级级联的射频电路设计中，输出级输出的功率的平坦度指标达不到接收机或者系统指标的要求。所以在链路中引入功率均衡器，将显著改善射频链路的功率平坦度。本申请公开的基于微带的微波宽带功率均衡器主要用于超宽带发射机前端。超宽带发射机频率工作范围从低频到几个G赫兹，大部分的放大器其低频增益高，高频增益低，非常不平坦，恶化了发射机的性能。而选用性能平坦的放大器，价格昂贵。另，现有的超宽带均衡器主要是市面上已封装好的集成均衡器，价格昂贵，而且由于是集成的已封装好的芯片，用户无法进行参数调整，应用灵活性差。尤其已知的微带线功率均衡器采用的是T型的结构，需要包含多达10段的微带线，由于使用的微带线数量多，占用面积大，实用性大大降低。不但设计复杂，还不容易实现超高的宽带、不利于小型化和系统集成化使用。

在本发明实施例中，基于π型的拓扑结构，采用分离的电阻、电容和微带线电感相结合的方式，设计出具有超宽的频带的功率均衡器。

实施例一：

请参考图1，为一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图，包括两个微带线单元、电容C1和电阻R1。其中，每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0，电阻R0的一端作为微带线单元的输入端或输出端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端接地，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端或输入端。一个微带线单元的输入端作为微波宽带功率均衡器的输入端，其输出端接地。另一个微带线单元的输入端作为微波宽带功率均衡器的输出端，其输出端接地。电阻R1和电容C1并联连接在微波宽带功率均衡器的输入端与输出端之间。一实施例中，一个微带线单元的输出端接地，另一个微带线单元的输入端接地。

在本实施例中，两个微带线单元和并联的电阻R1和电容C1可以等效于三个模块组成的π衰减网络。该三个模块在不同的频率下，其阻抗也不同，基于该基本原理以实现低频衰减大，高频衰减小的特性，实现功率均衡的目的。根据电路基础知识，电阻器的阻抗不会随着信号频率变化，电容器在低频时相当于开路，随着频率增加其阻抗逐渐变低，而微带线电感在低频时相当于直通，随着频率增加其阻抗逐渐变大。当将本实施例中的微波宽带功率均衡器设置在一个超宽带发射机的发射端，工作频率分别划分为LF(低频)，MF(中频)，HF(高频)。则，在LF频段，电容C1等效为开路(阻抗极大)，两个微带线电感L0等效于直通(阻抗极小)，此时功率均衡器等效为两个电阻R0和电阻器R1组成的π衰减网络，此时功率均衡器的衰减值假设为G。随着工作频率增加，进入MF频段，电容C1等效的阻抗变小，并联的电阻R1和电容C1的等效电阻也变小，两个微带线电感L0等效的阻抗变大，所以两个微带线单元的等效阻抗变大，此时功率均衡器的衰减值G随着频率升高逐渐变小。当发射机的工作频率增加到HF频段时，电容C1等效阻抗接近0，则两个微带线单元的等效电阻接近无穷大，功率均衡器的衰减值G也接近0。综上所述，本申请实施例公开的功率均衡器可依据超宽带发射机或者某射频放大器的频响曲线，进行反向补偿，达成一个平坦的功率输出的目的。

请参考图2，为一种实施例中微带线单元的电路示意图，一实施例中，每个微带线单元还包括电容C0，与微带线电感L0并联连接。一实施例中，微带线电感L0的长度为该微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

本申请实施例中的微波宽带功率均衡器是可以将输入端与输出端之间的增益特性设计为低频衰减大，高频衰减小，恰好可以反向补偿放大器这种低频增益高，高频增益低的特性，使发射机输出平坦的功率。由于采用了一种π型衰减网络结构，在其串联电阻上并上一个电容，并联电阻串接一个较细的微带线电感到地，根据工作频率的不同，微带线等效的电感值不同的特性，结合仿真软件，调整电容的参数以及细线微带的宽度和长度，可以设计出具有超高带宽的特性的功率均衡器，且占用的面积比现有的微带线均衡器小。

本申请公开的均衡器利用分离式的阻容器件结合微带线设计的均衡器，具有超宽带，小体积，低驻波，差损曲线可调整，应用灵活的特点，价格相对集成均衡器的大大降低，只有其几十分之一甚至更少。本申请公开的均衡器还可以反向补偿放大器这种低频增益高，高频增益低的特性，使发射机输出较为平坦的功率，且可以根据放大器的增益特性灵活的调整器件参数值，使系统达到较好的性能。

实施例二：

请参考图3，为另一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图，包括N+2个微带线单元、N+1个电容C1和N+1个电阻R1，其中N为自然数。每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0，电阻R0的一端作为微带线单元的输入端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端连接，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端并接地。第1个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端。第n个微带线单元的输入端与第n+1个微带线单元的输入端之间连接有一个由一个电阻R1和一个电容C1组成的并联电路，n的取值范围为小于N+1的自然数。第N+2个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端。

请参考图4，为另一种实施例中微波宽带功率均衡器的电路示意图，一实施例中公开的微波宽带功率均衡器包括3个微带线单元、2个电容C1和2个电阻R1。其中，第1个微带线单元的输入端作为微波宽带功率均衡器的输入端，其输出端接地。第1个电容C1和第1个电阻R1并联在第1个微带线单元的输入端与第2个微带线单元的输入端之间。第2个微带线单元的输出端接地，第2个电容C1和第2个电阻R1并联在第2个微带线单元的输入端与第3个微带线单元的输入端之间。第3个微带线单元的输入端作为微波宽带功率均衡器的输出端，第3个微带线单元的输出端接地。一实施例中，每个微带线单元还包括电容C0并联在微带线电感L0的两端。一实施例中，微带线电感L0的长度为微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

本申请还公开了一种宽带射频放大器，包括实施例一种或实施例二中所述的微波宽带功率均衡器。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种基于微带的微波宽带功率均衡器，其特征在于，包括两个微带线单元、电容C1和电阻R1；

每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0；其中，电阻R0的一端作为微带线单元的输入端或输出端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端连接，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端或输入端；

其中一个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端，该微带线单元的输出端接地；

其中另一个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端，该另一个微带线单元的输出端接地；

电阻R1和电容C1并联连接在所述微波宽带功率均衡器的输入端与输出端之间。

2.如权利要求1所述的微波宽带功率均衡器，其特征在于，每个所述微带线单元还包括电容C0，与微带线电感L0并联连接。

3.如权利要求1所述的微波宽带功率均衡器，其特征在于，所述微带线电感L0的长度为所述微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

4.一种基于微带的微波宽带功率均衡器，其特征在于，包括N+2个微带线单元、N+1个电容C1和N+1个电阻R1，其中N为自然数；

每个微带线单元包括电阻R0和微带线电感L0；其中，电阻R0的一端作为微带线单元的输入端，电阻R0的另一端与微带线电感L0的一端连接，微带线电感L0的另一端作为微带线单元的输出端并接地；

第1个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端；

第n个微带线单元的输入端与第n+1个微带线单元的输入端之间连接有一个由一个电阻R1和一个电容C1组成的并联电路，n的取值范围为小于N+1的自然数；

第N+2个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端。

5.如权利要求4所述的微波宽带功率均衡器，其特征在于，所述N等于1；

第1个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输入端，其输出端接地；

第1个电容C1和第1个电阻R1并联在第1个微带线单元的输入端与第2个微带线单元的输入端之间，第2个微带线单元的输出端接地；

第2个电容C1和第2个电阻R1并联在第2个微带线单元的输入端与第3个微带线单元的输入端之间，第3个微带线单元的输出端接地；

第3个微带线单元的输入端作为所述微波宽带功率均衡器的输出端。

6.如权利要求4所述的微波宽带功率均衡器，其特征在于，每个所述微带线单元还包括电容C0，并联在微带线电感L0的两端。

7.如权利要求4所述的微波宽带功率均衡器，其特征在于，所述微带线电感L0的长度为所述微波宽带功率均衡器预均衡的信号波长的四分之一。

8.一种宽带射频放大器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的微波宽带功率均衡器。