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V/UHF宽带大功率低带内动摇耦合器的规划

盛胜君,刘荣辉,葛 伟(中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江 嘉兴 314033)摘 要:在射频宽带发射机系统中,需要对输出功率进行实时检测。当工作带宽较宽时,耦合输出的带内波动较大,会影

  盛胜君,刘荣辉,葛 伟(我国电子科技集团公司第三十六研讨所,浙江 嘉兴 314033)

  摘 要:在射频宽带发射机体系中,需求对输出功率进行实时检测。当作业带宽较宽时,耦合输出的带内动摇较大,会影响检测精度,严峻时会影响发射机的可靠性。针对这一问题,提出了一种根据滤波和陷波原理的宽带射频均衡网络,对耦合信号进行阻抗匹配和传输补偿,进步耦合输出信号的带内平整度,可有用进步宽带耦合器的检测精度。

  关键词:带内动摇均衡网络耦合器

  0 引 言

  在射频宽带发射机体系中,定向耦合器是重要的无源器材 [1] ,特别在通讯、雷达和电子战的运用中迅速增长,耦合技能获得了极大开展 [2] 。耦合信号的带内平整度是联系发射体系技能目标的一项重要参数。宽带作业时,低带内动摇可完成全作业带宽内对发射机输出功率的精准操控。在超短波频段大功率作业时,一般均是弱耦合,选用带状线耦合或许同轴线耦合;中小功率作业时,弱耦合一般选用电阻和变压器组合耦合,强耦合时会选用变压器耦合。

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  在现在宽带发射体系操控技能中,一般选用如图1所示的办法 [3] ,在该体系中耦合器起到重要效果。双定向耦合器包含两个耦合输出端口,别离是正向耦合端和反向耦合端,当射频大信号从正向输入端输入时,正向耦合端用于耦合正向输入端的信号,反向耦合端用于耦合正向输出端的反射信号 [4]

  为了减小耦合器的主线衰减,一起进步耦合信号的带内平整度,有必要深入研讨耦合办法和宽带射频均衡网络。该办法的原理是针对带状线短耦合信号的幅频特性,对耦合信号先进行低通滤波,再进行陷波,到达传输斜率纠正效果,经过衰减器下降端口反射对耦合信号的影响,完成了在作业带宽内进步耦合器带内平整度的意图。

  1 影响耦合带内平整度的要素

  工程实践运用中发现,影响耦合带内平整度的首要要素有两个,一是耦合电路和射频均衡网络自身的传输特性,需求寻觅适宜的耦合电路以到达较好的带内平整度;二是方向性偏低引起的有规则的正弦动摇,方向性越差的耦合器在实践运用时耦合端崎岖动摇越大,所以规划和调试时需求尽量进步耦合器的方向性。

  假定正向信号耦合到耦合端的信号崎岖为A,相位为 θ 0 , ϕ 为耦合的反向信号与正向信号的相位差。假定耦合器方向参数为D,反射系数为Γ。

  则正向耦合度的电平为:

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  假定耦合器方向性为23 dB,即D为10左右,式(1)第2项能够疏忽,第3项值较大,而且与Γ和 ϕ 有关,造成了检测值V的不确定性。同理,反向耦合端的电平为:

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  从式(2)能够看到,反向耦合端检测的信号不能精确表达反向信号的巨细,受正向信号以及反向信号的相位差 ϕ 的影响较大 [5]

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  图2是两种不同方向性耦合器的测试表,图3是两种耦合器别离接驻波为2.5的负载时的正向耦合度。方向性较差(21.9 dB)带内动摇为2.6 dB,方向性较好(28.6 dB)带内动摇为0.5 dB,下降了2.1 dB。可见在接大驻波负载情况下,方向性较差的耦合器其正、反向耦合的带内动摇较大,经过进步耦合器的方向性能够进步耦合带内平整度 [6]

  2 耦合电路的挑选

  实践工程运用时,作业带宽较宽时的天线驻波较大,由剖析可知,要进步带内耦合平整度需求挑选适宜的耦合电路和进步耦合方向性下手。

  在V/UHF频段,考虑到耦合器的体积巨细和完成办法的简易程度,宽带双定向耦合器一般选用以下两种耦合电路,一是电阻和变压器组合耦合,另一个是带状线耦合。电阻和变压器耦合尽管电路自身有理论上有必定失配和损耗,但弱耦合时失配和损耗很小 [7] ,而且作业频带能够很宽,一起带内平整度好,缺陷是主线插损大,一般适宜用于中小功率耦合器,别的装置和调试不便利,当大功率作业时因为耦合电阻要耗散较大功率,使得耦合器体积较大。

  带状线耦合的原理如图4所示,其耦合度能够做得较小,相应的插损也较小,适宜经过大功率。电磁波奇模和偶模相速持平与否对耦合的方向性有影响,带状线的介质均匀,在带状线上奇模和偶模相速是持平的。带状线耦合在一倍频程内时,可选用1/4波长单节线进行匹配,完成杰出的带内平整度,当作业带宽较宽时如(20~520)MHz时,理论上继续添加1/4波长的单节线数量能够进步带内平整度,但此刻耦合器的尺度较大而且主线衰减添加,并不适宜工程运用。选用远离耦合线中心频率的下边带耦合进行射频信号的耦合取样,这种带状线耦合办法能够进步耦合的方向性和完成电路小型化。

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  当耦合器的主线输入端阻抗匹配时,带状线特性阻抗等于奇模阻抗和偶模阻抗的几许平均值时,理论上方向性能够做到无穷大。当作业频率远低于耦合带线(图4中长度L)的中心频率时,其耦合度是作业频率的函数,作业频率每上升一倍频程,耦合度就上升6dB,耦合特性的趋势如图10所示,然后外接以每倍频程6dB下降的射频补偿网络与之相匹配,使得输出的耦合信号巨细在整个作业频段内共同,带状线短耦合的规划思维即根据此理论。

  3 射频均衡网络

  在V/UHF频段假如频率高端是低端10倍之内时,射频均衡网络能够选用图5的电路进行耦合信号的补偿。图5是桥T均衡网络,挑选适宜的器材参数后,经过该网络的射频信号,在输出端是以每倍频程6 dB下降的 [8]

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  当作业频率带宽大于10倍时,器材的寄生参数对性能目标有影响,耦合带内动摇崎岖较大,需求寻觅更适宜的电路对该耦合信号进行均衡匹配。

  图6所示的宽带射频均衡网络由三部分组成,虚线左面是滤波匹配网络,虚线中心是陷波匹配网络,虚线右边的衰减器有两个效果,一是可下降耦合端口驻波,二是便利输出耦合度的调试。作业带宽频率凹凸相差可达几十倍,选用该电路时,其内部可调器材较多,电感和电容的寄生参数对性能目标影响不大。

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  4 规划与仿真

  图7耦合器电路由图4带状线耦合电路和图6射频均衡网络电路这两部分组成。

  带状线耦合的主线衰减如图8所示,可知插入损耗较低。主线端口反射如图9所示,可见端口阻抗匹配度好。均衡前正向耦合度如图10所示,由图中能够看出其作业频率2f 0 处的耦合度比f 0 处的耦合度高6 dB,即耦合度以每倍频程6 dB上升。经过射频均衡网络后正向耦合度如图11所示,可知其耦合带内平整度≤±0.1 dB,方向性如图12所示。

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  在耦合器制造过程中,要特别注意均衡网络中电感的寄生电容和电容的寄生电感这两项参数对均衡网络传输系数有影响,终究反映在对耦合平整度的影响。运用该技能规划的大功率耦合器的输出耦合度较小(-57 dB),空间屏蔽是否进行了优化规划对方向性影响较大,要特别注意耦合器主线上的射频大信号经过空间辐射感应到耦合输出端上。

  5 定论

  对两种射频均衡网络电路进行了好坏剖析,为了到达较好的作业带宽和优异的耦合带内平整度,均衡网络引进的额定插损巨细以及工程完成的复杂度是判别该电路好坏与否的首要点评要素。经过滤波、陷波和衰减三者组合的处理办法完成对耦合带内平整度的优化,其优化程度与滤波电路和陷波电路的阶数和复杂度均有关,其间电路中的电感和电容对耦合带内平整度的奉献大于电阻。挑选适宜的RLC参数值可有用进步带内平整度目标。下一步研讨方向是电路中无源器材阶数对带内平整度的影响剖析,一起寻觅更易于调试的电路拓扑,优化滤波网络和陷波网络中电感和电容参数以便于调试。

  参考文献

  [1] 郑新,赵玉洁,刘永宁,等.微波固态电路剖析与规划[M].北京:电子工业出版社,2006,11-12.

  [2] 方舜宇,朱守正.一种新式微波大功率双定性耦合器的规划[J].真空电子技能,2013,(05):37-40.

  [3] 王卓.微波固态功率体系控保电路的研讨与规划[J].现代电子技能,2006,225(10):111-112.

  [4] 王斌,赵伟刚.发射机驻波维护电路规划[J].电子信息对立技能,2008,23(1):62-64.

  [5] 蓝永海,赵柱平,曹海峰.一种防止反常信号源损坏射频功率放大器的维护办法[J].通讯对立,2013,32(1):25-27,31.

  [6] 盛胜君,王姜铂. 一种根据正交处理进步耦合器方向性的办法[J].无线电工程,2017,(05):95-97.

  [7] 张纪纲.射频铁氧体宽带器材[M].北京:科学出版社,1986,361-363.

  [8] 盛胜君. 100~500MHz大功率双定向耦合器的规划[C]//.我国电子协会电子对立分会第13届学术年会论文集,2003,596-604.

  作者简介:盛胜君 男,(1974-),本科,高级工程师。首要研讨方向:射频功率放大技能。

  刘荣辉 男,(1979-),本科,高级工程师。首要研讨方向:射频功率放大技能。

  葛 伟 男,(1983-),本科,高级工程师。首要研讨方向:大功率射频滤涉及开关技能。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第50页,欢迎您写论文时引证,并注明出处。

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