[其他]电调平衡量的行波管外平衡器

说明书

本实用新型涉及微波电子学，是一种行波管外接件。

目前，行波管的外平衡器一般由电阻、电容和电感等组成的无源网络所构成。它们是按照滤波器的原理，配合特定的行波管设计、制造的（美国专利US－3510720、US－3548344）。在微波波段，这一类外平衡器以金属波导为传输线，通过调节波导上的螺钉，螺杆来达到所要滤波特性。这种机械调谐方式的平衡器，设计复杂、加工困难、成本高、体积大，调试不方便，并且很难达到在较宽频率范围内平衡。

本实用新型的目的在于针对现有机械调谐式的外平衡器的不足，研制一种电调平衡量的行波管外平衡器。

本实用新型由基片、定向耦合器、反射电路等组成，其特征在于在基片（1）上采用微波集成技术形成反射电路（2）和定向耦合器（3），并混合集成一对PIN晶体管（4）于反射电路（2）上，组成一个有源微波网络。反射电路（2）由微带线构成，一端开路，另一端与PIN晶体管相并联，并与定向耦合器（3）相联接。定向耦合器（3）可采用90度混合式交叉指型3分贝定向耦合器。

输入讯号通过同轴微带转接器（5）进入定向耦合器（3）的臂Ⅰ，经过定向耦合器（3）的3分贝功率分配，各分一半功率进入臂Ⅱ和臂Ⅲ，臂Ⅱ、臂Ⅲ与反射电路（2）和PIN晶体管相连接。不同开路微带线的长度l和不同偏置电流下的PIN晶体管，使反射电路（2）在不同频率下呈现出不同的反射系数γA，使进入反射电路的电磁功率在不同频率下有不同反射电平。臂Ⅱ、臂Ⅲ的反射功率可以全部传输到臂IV，并由输出端的同轴微带转接器（6）传送到行波管的输入端。由于行波管的增益G与频率f之间的特性是钟形的（即两端频率的增益低，而中间频率的增益高），就必须使外接平衡器的损耗L与频率f之间的特性也呈现钟形。如果反射电路（2）的反射系数γA在频宽的边频处为1，则输入功率全部送到输出端，外平衡器的损耗L＝0分贝；如果频宽的中心频率讯号输入，使得进入反射电路（2）的部分电磁能量波PIN晶体管的高频电阻所吸收，反射电路的反射系数γA＜1，此时对应的损耗量L＝20lg 1/(｜γA｜) ，这就是行波管在中心频率所需的平衡量。根据不同行波管的平衡量要求，可以通过改变直流电压，改变流过PIN晶体管的电流，从而使并联在反射电路（2）的高频电阻值发生相应的变化，亦即反射电路的反射系数γA值的变化，实现外平衡器的平衡量电调的功能。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、由于平衡量可以快速电调，故可以改善微波整机的特性，降低对行波管的苛刻要求，提高行波管的良品率。

2、改变外平衡器的专一研制和生产，可以使外平衡器产品按频段与可调平衡量进行系列化，以供整机，雷达选用。

3、由于采用微波集成技术，故体积小，成本低，加工调试方便，适用面广。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为外平衡器与行波管放大器的连接图；图3为增益G与频率f之间的补偿特性示意图，①为行波管增益特性，②为行波管加外平衡器后的增益特性，③为外平衡器的损耗特性。

本实用新型可以采取以下方式实施：

根据不同工作频段和电调平衡量的要求，采用微波集成技术，在30×50（mm）²陶瓷基片（1）上形成反射电路（2）和交叉指型定向耦合器（3），并混合集成一对PIN晶体管（4）于反射电路上，反射电路的微带线与PIN晶体管（4）之间用金丝相连。为了使工作频段的边频反射系数为1，而使中心频率的反射系数小于1，就必须选择适当的微带线长度。设边频f₁和f₄的相波长为λ₁和λ₄，中心频率f₃的相波长为λ₃，则要求微带线长度ι为波长λ₁和λ₄的四分之一值的奇数倍，而微带线长度ι为波长λ₃的四分之一值的偶数倍，即

ι＝ 1/4 λ₁（2m＋1）

ι＝ 1/4 λ₄（2n＋1）

ι＝ 1/2 λ₃K

其中m、n、K为三个正整数，由于f₁＜f₃＜f₄，所以λ₁＞λ₃＞λ₄，m＜n，n与K之间可以相等，也可以不等。例如，取：

m＝0，n＝1，K＝1，则有ι＝ 1/4 λ₁，ι＝ 3/4 λ₄，ι＝ 1/2 λ₃。为了使平衡量可调，可给PIN晶体管加上适当的偏置电压，在集成片的输入、输出处加上一个隔直流的耦合段（7），并在PIN晶体管的另一端引入一个防止高频能量洩漏的滤波器（8）。PIN晶体管可采用国产成品，交叉指型耦合器（3）、隔直流耦合段（7）和滤波器（8）可根据微波集成电路文献中的现有技术进行设计，整个设计可使用计算机来完成。同轴微带转接器（5）和（6）可以用对应频段的L₁₆，L₈，L₆接头，也可用SMA接头。外平衡器需要电磁屏蔽，最大尺寸为100×50×30（mm）³。电源可采用小型直流电源（2伏，200毫安），并可与平衡器装在同一个小型容器里。实验证明，外平衡器可工作在（2～4）GHZ，（4～8）GHZ，（8～18）GHZ三个频段；电调平衡量可以在（0～10），（0～15）和（0～20）分贝范围内进行。