一种宽带大功率正斜率均衡器的制作方法

1.本发明属于微波器件设计技术领域，具体涉及一种均衡器设计技术。


背景技术：

2.均衡器用于无线通信系统中的传输信道，校正幅度频率特性和相位频率特性。在雷达系统中，往往处于发射端或者接收端，可极大改善信号畸变。
3.在宽带微波系统中，信号衰减往往随着频率上升而变大，形成一个负斜率曲线。正斜率均衡器的传输特性为正斜率直线，叠加一个这样的器件，使最终输出变得平坦。
4.一些微波波段的无源器件，如滤波器、耦合器、隔离器、功分器等，已经有比较完善的综合理论研究和计算方法。均衡器针对不同产品、不同工作环境，难以用一般的理论和计算方法来轻松设计。考虑到均衡器产品的独特性与复杂性，需要搭建优化的物理结构，以实现并弥补理论上的不足。
5.例如，微波信号经过一些多级功率放大器件后，幅度在某些频点会发生随机性变化，导致信号畸变，需要加装大功率均衡器改善幅频特性，使输出信号达到技术要求的平坦度。一般而言，要求均衡器的幅度调节范围广，以保证输出信号有更好的平坦度，还要求电压驻波比小，以减少对系统的干扰，某些特殊环境下，还要求尺寸小。另外，有些微波、毫米波功率模块，存在不同程度的相位不平坦，需要均衡器改善相频特性。
6.如公开号为cn103885177b的中国专利，公开了一种光纤放大器动态增益斜率均衡器及其制备工艺。所述均衡器包括通过光学封装的mems光学微镜驱动器芯片和双光纤准直器，采用mems工艺制作。该结构实际制作难度大，可调范围小。
7.公开号为cn106713810a的中国专利，公开了一种斜率、位准检测和自动补偿电路及其控制方法，包括耦合器、混频器、锁相环、声表滤波器、基带滤波器和射频检测器。通过以上元器件，控制器能够自动检测射频信号的位准和斜率，根据检测到的位准和斜率，控制器通过调节电控衰减器和电控斜率均衡器，能够对射频信号做自动补偿调节。该结构的均衡器是有源均衡器，复杂度远远高于无源的微带结构均衡器。
8.增加均衡器可调节范围，提高均衡器的工作稳定性，适应复杂均衡曲线调节要求和工作频带宽，插入损耗低、生产成本低，是均衡器设计领域的永恒追求。在x波段或ku波段，采用微带结构制作的均衡器，具有良好回波损耗的斜率，暂未发现有设计。


技术实现要素：

9.本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种宽带大功率正斜率均衡器，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
10.均衡器包括一条主传输线、四条分支结构、数个薄膜电阻，主传输线采用直通微带线结构，易于固定，插入损耗低，每个分支结构由多节分支线组成，用等效电路表示分支结构的电磁响应，设z0是微带线的特性阻抗，ω是工作角频率，则系统函数为
调整分支线的电阻和长度，使传输曲线呈现正斜率。
11.将薄膜电阻等效为二维导体，对应三维导体的电阻概念，电流方向沿薄膜平面，而非垂直，若三维导体的电阻为其中ρ代表电阻率，l代表长度，a代表横截面积，横截面的宽度为w，厚度为t代表薄膜，则电阻等效为其中rs为薄膜电阻值。
12.薄膜电阻乘以无量纲量所乘，数值单位是欧姆/平方，表示一个平方区域流向另一个平方区域的电阻，无论平方区域的大小如何，用四点探针测量法，以欧姆/平方计量，测量薄膜电阻值。
13.均衡器等效为终端加载多节分支线构成的微带谐振器，调节电阻r，以改变谐振器的有载q值，调节长度l，以改变等效电容和电感，以改变谐振频率f。
14.基本谐振频率与长度的关系为其中n为非零的自然正整数，λp为微带线准tem波的波长。
15.当长度l不变且谐振频率不变时，改变电阻r，以调节谐振器的有载q值，以改变衰减深度，当电阻值等于谐振器特性阻抗时，加载最重，损耗最大。`
16.引入多节分支线的长度，根据指标优化分析，在全波仿真中模拟电路，设置分支线不同位置的长度和薄膜电阻值。
17.本发明设计了一种能够进一步降低插入损耗、增加工作带宽、适应负斜率传输曲线的多节分支结构的宽带大功率正斜率均衡器，工作频率范围在6到18ghz，插入损耗为6ghz时12db、18ghz时2db@，回波损耗低于-20db，在6到18ghz内幅度响应随频率线性变化；分布参数结构，电阻接地，有利于散热，可以承受大功率；均衡斜率精确，浮动范围较小；带宽跨越x波段和ku波段，工作带宽较宽；结构简单，生产成本低廉且便于维护；由微带电路分布参数和薄膜电阻实现，没有集总元器件寄生参数影响，易于精确仿真优化；分支线阻抗、长度及终端电阻由仿真优化决定，在驻波良好下以满足所需的幅度特性，改变优化目标要求，很容易设计其它幅度或相位均衡要求；均衡器功率吸收分散在4个接地电阻上，易于散热，均衡器可以承受大于10w的较大功率，增加薄膜电阻面积，很容易使均衡器承受功率大于100w。
附图说明
18.图1是均衡器平面结构，图2是薄膜电阻计算原理，图3是不同长度对应的频率响应，图4是不同电阻对应的频率响应，图5是仿真和实测结果对比。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
20.选用roges 6002的pcb板材，介电常数2.94，介质厚度31mil，薄膜电阻为50ω/平
方毫米，满足10w通过功率。
21.均衡器的平面结构如图1所示，尺寸和电阻设置如下表：
[0022][0023][0024]
若三维导体的电阻为如图2所示，其中ρ代表电阻率，l代表长度，a代表横截面积，横截面的宽度为w，厚度为t代表薄膜，则电阻等效为其中rs为薄膜电阻。
[0025]
基本谐振频率与长度的关系为其中n为非零的自然正整数，λ
p为微带线准tem波的波长，如图3所示。
[0026]
当长度l不变且谐振频率不变时，改变电阻r，以改变衰减深度，电阻r越小，进入谐振器谐振的电磁波越少，大部分电磁波被阻挡，衰减越大，如图4所示。
[0027]
根据仿真数据制版加工，对比仿真和实测的结果，如图5所示，可以看出，测量结果与仿真结果吻合良好，可以满足一些特殊要求。
[0028]
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，包括：一条主传输线、四条分支结构、数个薄膜电阻，主传输线采用直通微带线结构，每个分支结构由多节分支线组成，用等效电路表示分支结构的电磁响应，设z0是微带线的特性阻抗，ω是工作角频率，则系统函调整分支线的电阻和长度，使传输曲线呈现正斜率。2.根据权利要求1所述的宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，所述薄膜电阻，包括：等效为二维导体，对应三维导体的电阻为其中ρ代表电阻率，l代表长度，a代表横截面积，横截面的宽度为w，厚度为t代表薄膜，将薄膜电阻等效为其中rs为薄膜电阻值，单位是欧姆/平方，表示一个平方区域流向另一个平方区域的电阻。3.根据权利要求2所述的宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，所述薄膜电阻，包括：用四点探针测量法测量电阻值。4.根据权利要求1所述的宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器，包括：等效为终端加载多节分支线构成的微带谐振器，调节电阻r，以改变谐振器的有载q值，调节长度l，以改变等效电容和电感，以改变谐振频率f。5.根据权利要求1所述的宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器，包括：基本谐振频率与长度的关系为其中n为非零的自然正整数，λp为微带线准tem波的波长。6.根据权利要求1所述的宽带大功率正斜率均衡器，其特征在于，所述均衡器，包括：当长度l不变且谐振频率不变时，改变电阻r，以调节谐振器的有载q值，以改变衰减深度，当电阻值等于谐振器特性阻抗时，加载最重，损耗最大。

技术总结
本发明公开了一种宽带大功率正斜率均衡器，均衡器包括一条主传输线、四条分支结构、数个薄膜电阻，主传输线采用直通微带线结构，易于固定，插入损耗低，每个分支结构由多节分支线组成，用等效电路表示分支结构的电磁响应，设Z0是微带线的特性阻抗，ω是工作角频率，则系统函数为调整分支线的电阻和长度，使传输曲线呈现正斜率，分布参数结构，电阻接地，有利于散热，可以承受大功率；均衡斜率精确，浮动范围较小；带宽跨越X波段和Ku波段，工作带宽较宽；结构简单，生产成本低廉且便于维护；由微带电路分布参数和薄膜电阻实现，没有集总元器件寄生参数影响，易于精确仿真优化。于精确仿真优化。于精确仿真优化。


技术研发人员：方汉平
受保护的技术使用者：南京国睿防务系统有限公司
技术研发日：2022.05.26
技术公布日：2022/8/12