微波和射頻電路的增益均衡技術(shù)

潘時(shí)輝 南京恒電電子有限公司

微波和射頻電路的增益均衡技術(shù)

潘時(shí)輝 南京恒電電子有限公司

由微波網(wǎng)絡(luò)的概念作為切入點(diǎn)，分別對(duì)微波寬帶增益均衡器的拓?fù)浜臀⒉ㄕ瓗г鲆婢馄鞯慕M合結(jié)構(gòu)及概念進(jìn)行分析，并且根據(jù)兩種微波電路的實(shí)際案例，以此運(yùn)用增益均衡手段，增益平坦度取得了很大程度的改觀。

單片微波集成電路 增益均衡器 增益平坦度 寬帶放大器

由于軍用的電子系統(tǒng)的逐步發(fā)展變化，大眾對(duì)于提升通訊系統(tǒng)帶寬的需要逐步增加。很多的微電子制造工廠采用技術(shù)手段對(duì)數(shù)吉赫茲帶寬的微波和射頻電路進(jìn)行涵蓋。即便此類放大器的成本比較低，尺寸也比較小，可是仍舊有著較為局限的性能屬性，這之中有微小的缺點(diǎn)便是這些放大器展現(xiàn)出的增益斜率。MMIC放大器所含有的其中比較嚴(yán)重的缺點(diǎn)之中的一個(gè)便是由于頻率的升高，其增益便會(huì)輕微下調(diào)。除MMIC放大器之外，集總參數(shù)元件、高頻接頭、傳輸線以及衰減器等等很多的微波元器件都含有這樣的缺陷。那么將這些微波元器件進(jìn)行組裝集成之后，其組成后的性能才更加的完美，其功能上也會(huì)相對(duì)完善的微波模塊和微波零件，展現(xiàn)出的增益斜率比較大，頻率間隔幾個(gè)吉赫茲，然幅度之間間隔達(dá)10dB以上。所以我們要運(yùn)用分布參數(shù)電路或者集總參數(shù)電路和射頻電路提供的增益均衡手段。

1 窄帶均衡器

1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

窄帶均衡器頻率涵蓋的面積比較小，運(yùn)用的集總參數(shù)元件而設(shè)計(jì)，相對(duì)帶寬正常都是＞50%上下。

由于頻率的增大，所以插入損耗逐漸增加，但當(dāng)頻率增大達(dá)f0的時(shí)候，插入損耗到最大值IL0。可以通過公式(2)了解到，當(dāng)ωC=1/(ωL)時(shí)，即電容與電感產(chǎn)生諧振的時(shí)候，插入損耗達(dá)最大值，即

式中Z0為50Ψ特征阻抗，當(dāng)R=Z0的時(shí)候，IL0=-3．5dB；而當(dāng)頻率不斷的增大的時(shí)候，當(dāng)現(xiàn)實(shí)微波和射頻電路，其均衡器便是根據(jù)這兩個(gè)變化相反的現(xiàn)象對(duì)幅度進(jìn)行加和，從而取得增益平坦度更大的幅度回應(yīng)。

1.2 設(shè)計(jì)實(shí)例

筆者根據(jù)低噪聲放大器SPF-5043Z為案例，對(duì)增益平坦度優(yōu)于±0．25dB的低噪聲放大模塊進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，顯示的工作頻率為994～1131MHz。那么為了方便我們?cè)谶^程中的相對(duì)比，筆者將加均衡器和不加均衡器這兩個(gè)不同的發(fā)生情況均做出闡述，運(yùn)用Matlob可以對(duì)試驗(yàn)取得S參數(shù)在下圖1內(nèi)開始對(duì)比。圖1中顯示的為不加均衡器的增益測(cè)試結(jié)果，那么根據(jù)圖中我們可以觀察到，增益的平坦度顯示為±0．5dB。那么也就是說相對(duì)正常情況下運(yùn)用時(shí)對(duì)平坦度要求嚴(yán)格的零件和組合之中，我們便能夠運(yùn)用增益均衡的技術(shù)手段對(duì)增益平坦度進(jìn)行改善。在增益均衡器插入放大的模塊輸出級(jí)之后，檢測(cè)的結(jié)果可以根據(jù)圖1所體現(xiàn)的情況，增益平坦度能夠達(dá)±0．2dB。

運(yùn)用均衡技術(shù)是要以放棄微波組件的增益作為要求。所以，微波組件中已定擁有合適的增益裕量，這樣能夠?qū)馄鞯难a(bǔ)償達(dá)到相對(duì)的要求。

圖1 窄帶增益均衡技術(shù)測(cè)試結(jié)果

2 寬帶均衡器

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

寬帶均衡器頻率能夠涵蓋到幾個(gè)吉赫茲的頻段的，運(yùn)用均衡寬頻段范圍之中的增益平坦度。其實(shí)，我們所指的寬帶增益均衡器只是窄帶增益均衡器的一種類型變化。那么當(dāng)窄帶增益均衡器電感為開路的時(shí)候，其傳統(tǒng)的寬帶增益均衡器幅頻響應(yīng)曲線是在使用的頻率涵蓋之中的，插入損耗曲線單調(diào)不會(huì)下降，端口駐波表現(xiàn)的單調(diào)不變化的特征。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)例

筆者運(yùn)用Hittite廠家所研發(fā)的放大器裸芯片HMCAiH444作為例子，著手設(shè)計(jì)出一個(gè)增益平坦度大于±1．5db的寬帶低噪聲增大板塊，而且電壓駐波比要大于2∶1，工作的頻率顯示是2～8GHZ。芯片的放大器控制在C和S波段頻率涵蓋之中，其增益的變化要大于3db；然而高頻接頭和傳輸線是與同軸電纜所體現(xiàn)的幅頻特點(diǎn)都會(huì)根據(jù)頻率的升高，插入損耗變大。所以方案在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)之后的寬帶放大器板塊增益平坦度達(dá)±3db上下。運(yùn)用寬帶增益均衡手段之后，它的增益平坦度達(dá)±1．4dB(由圖6可見)，輸出/輸入的端口駐波均＞2。

圖2 采用寬帶增益均衡技術(shù)的寬帶放大器幅頻特性

3 結(jié)論

當(dāng)今時(shí)代，軍用的電子線路對(duì)使用的增益平坦度有了越來越高的要求，在本課題中對(duì)微波寬帶電路、微波窄帶電路在運(yùn)用增益均衡手段之后，其增益德平坦度均出現(xiàn)了較大的改觀，這一方案為微波電路的增益平坦度調(diào)試增加了更加具有實(shí)用性極強(qiáng)的文獻(xiàn)。但是，增益均衡電路是放棄電路的增益的，所以，其微波電路已定擁有相對(duì)的增益裕量，才能夠適合對(duì)均衡器的較高期待。

[1]鮑爭(zhēng)光.一種改進(jìn)的可用于微帶均衡器的螺旋形諧振器[C].第十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)軍用微波管研討會(huì)，2005.

[2]張磊，孟曉君.一種寬帶增益均衡器的設(shè)計(jì)與仿真[J].真空電子技術(shù)，2008(1):9-11.

[3]RADMANESHMM.射頻與微波電子學(xué)[C].北京:電子工業(yè)出版社，2002.

潘時(shí)輝，1986.01，男，漢，鹽城鹽都，本科，助理工程師，目前從事微波射頻電路方面的研究。