在行波管放大器、射頻微波低噪聲放大電路及功率放大器后端中，信號(hào)輸出增益曲線伴隨增益衰減。為了保證傳輸?shù)馁|(zhì)量,通常采用均衡網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行校正，以滿足通帶內(nèi)所需的增益平坦度[1]。一般用來校正幅度畸變的網(wǎng)絡(luò)稱為功率均衡器（也稱衰減均衡器、幅度均衡器、增益均衡器）。功率均衡器有兩點(diǎn)技術(shù)要求:在工作頻帶內(nèi)要盡可能接近需要的衰減頻率特性；輸入輸出駐波小,便于與其他器件連接。

    微波功率均衡器結(jié)構(gòu)包括集總式、波導(dǎo)式、同軸式和集成傳輸線式。集總參數(shù)型一般用于低頻段，不適合高頻段；同軸型微帶均衡器一般用于大功率均衡；波導(dǎo)型用于微波頻率高端；集成傳輸線型具有體積小、重量輕、方便與固態(tài)電路集成等優(yōu)點(diǎn)[2]。隨著所用頻率的提高及超寬帶電路的應(yīng)用，各種新型均衡器結(jié)構(gòu)也隨之出現(xiàn)，如參考文獻(xiàn)[3]中利用平面回音壁介質(zhì)諧振器與微帶耦合產(chǎn)生均衡的原理設(shè)計(jì)的毫米波均衡器子結(jié)構(gòu)。本文通過詳細(xì)的理論分析并利用ADS與HFSS仿真軟件實(shí)現(xiàn)了工作在2 GHz~3 GHz的小型微帶幅度均衡器。
1 理論分析
    微帶增益均衡器是由陷波器基本單元構(gòu)成的，在集總式增益均衡器中由R、L、C組成簡(jiǎn)單的串聯(lián)接地諧振電路。在諧振頻率處阻抗最小，信號(hào)大部分被流下地，因而在幅頻特性上形成一種倒鐘型曲線。微帶均衡器利用四分之一波長(zhǎng)的終端開路傳輸線取代了集總元件L、C。根據(jù)無耗傳輸線理論[4]，一段終端開路傳輸線的輸入阻抗為：

式中Z0為傳輸線的特征阻抗。從式(1)中可以看出,隨著微帶長(zhǎng)度的變化，開路短截線表現(xiàn)為感性、并聯(lián)諧振、容性和串聯(lián)諧振等特性。根據(jù)級(jí)數(shù)展開理論，用無數(shù)多的陷波器響應(yīng)總可以合成任意的響應(yīng)波形。所以以串聯(lián)陷波單元級(jí)聯(lián)，選擇適當(dāng)?shù)闹C振頻率、Q值以及級(jí)聯(lián)數(shù)目，就可以逼近任意需要的均衡響應(yīng)。
    由于多級(jí)陷波單元級(jí)聯(lián)及寬帶匹配電路設(shè)計(jì)理論分析的復(fù)雜性，工程上常用網(wǎng)絡(luò)綜合法和計(jì)算機(jī)優(yōu)化法。實(shí)際設(shè)計(jì)上直接優(yōu)化法應(yīng)用較多，它是以一種結(jié)構(gòu)合理通用的電路拓?fù)錇榛A(chǔ)利用軟件設(shè)置好目標(biāo)曲線直接進(jìn)行優(yōu)化逼近。如參考文獻(xiàn)[5]結(jié)合microwave office2003(MWO)和HFSS優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)具有直觀、簡(jiǎn)便和設(shè)計(jì)周期短的特點(diǎn)。
2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)[6]
    本文設(shè)計(jì)的微帶均衡器中，在輸入輸出特征阻抗為50 Ω的主傳輸線之間添加一段特性阻抗為Z1的微帶線，其兩端分別在與主傳輸線連接處添加了加載電阻R的微帶枝節(jié)。兩微帶短截線特征阻抗都為Z2，且其加載電阻和枝節(jié)長(zhǎng)度相同，總體結(jié)構(gòu)相對(duì)豎直中心線對(duì)稱。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    由于ADS原理圖仿真只是平面電路的仿真，并不是十分準(zhǔn)確，而且ADS版圖仿真不適于設(shè)置變量進(jìn)行微調(diào)，所以首先利用三維電磁仿真軟件HFSS進(jìn)行參數(shù)微調(diào)得到更加準(zhǔn)確的電路模型(如圖3)，其最終確定尺寸如表1所示。

    表1中W0、L0是主傳輸線的寬度和長(zhǎng)度，W1、L1是主傳輸線之間連接線的寬度與長(zhǎng)度，W2、L2是微帶分支線的寬度與長(zhǎng)度。電阻R取值161 Ω，采用0603封裝的薄膜電阻。HFSS仿真結(jié)果如圖4所示。
    根據(jù)電路的對(duì)稱性可知輸入駐波與輸出駐波是相等的。以HFSS仿真模型為基礎(chǔ)進(jìn)行ADS版圖仿真并導(dǎo)出加工數(shù)據(jù)圖。其版圖仿真結(jié)果如圖5所示。
3 實(shí)物設(shè)計(jì)與測(cè)試結(jié)果
    從加工實(shí)物可以看出，該均衡器工作頻段較低，微帶分支節(jié)較長(zhǎng)，尺寸也就大大增加。在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮通過拐角折線來取代直線，但必須考慮到電磁場(chǎng)分布的不連續(xù)性，適當(dāng)修改尺寸即可消除其影響以符合小型化設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)物樣件如圖6所示,安捷倫矢網(wǎng)測(cè)試結(jié)果如圖7所示。觀察發(fā)現(xiàn)，ADS版圖仿真結(jié)果相對(duì)HFSS仿真結(jié)果更接近實(shí)測(cè)結(jié)果。

    本文避免了只利用普遍適用的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)再軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)微帶均衡器的傳統(tǒng)方法。通過理論分析推導(dǎo)微帶均衡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并利用軟件參數(shù)分析、最后進(jìn)行優(yōu)化的方式，設(shè)計(jì)了工作在S波段內(nèi)的目標(biāo)曲線呈遞增特性的微帶均衡器，該均衡器已經(jīng)成功應(yīng)用于放大器后端并大大改善了增益平坦度。
參考文獻(xiàn)
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[2] 劉亞男，何慶國(guó)，郝金中，等. 6~18 GHz超寬帶微帶均衡器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].半導(dǎo)技術(shù),2010,35(1):23-26.
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