一种基于同轴谐振腔的宽带可调均衡器的制作方法

本发明属于微波无源器件技术，具体涉及一种基于同轴谐振腔的宽带可调均衡器。

背景技术：

均衡器(equalizer)通常用于校正无线通信系统中传输信道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。微波段的一些无源器件，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，但是均衡器都是针对不同产品、不同工作环境的特定器件，难以用一般的理论和计算方法来轻松设计。因此，考虑到均衡器产品的独特性与复杂性，我们需要搭建优化的物理结构去实现并弥补理论上的不足。例如，微波信号在经过一些多级功率放大器件放大后，其幅度在某些频率点会发生随机性变化，导致信号畸变，这时就需要加装大功率均衡器改善幅频特性，使得输出信号达到技术要求的平坦度。一般而言，对于均衡器要求其幅度调节范围广，以便保证输出信号有更好的平坦度，还要求其电压驻波比(vswr)小以减少对系统的干扰，某些特殊环境下还要求其尺寸很小。另外，有些微波、毫米波功率模块会有不同程度的相位不平坦，这时需要用均衡器去改善相频特性。

如公开号为cn208062229u的中国专利公开了一种宽带可调大功率微波均衡器，在微波传输线每隔四分之一波长加载一个微波谐振器，在主传输线上加载谐振枝节形成微波谐振器，同轴腔内加微波吸收材料传输谷点，在多级谐振枝节配合就可以形成特定的均衡曲线，该方案结构不够固定，调节繁复，在后期使用中需要经常维护，不适宜用在移动、颠簸的载体环境；其次，公开号为cn208226060u的中国专利公开了一种斜率可变微波均衡器，该微波均衡器包括金属地线、电介质层、薄膜电阻、金属导线、电容和金丝。但是微波均衡器的幅度调节范围小，低频处s21曲线可调范围为-4～-9db，均衡斜率可调整(最大调整范围5db)，高频处不可调，不适用于传输曲线(s21)复杂的情况；最后，公开号为cn202564518u中国专利公开了一种微波均衡器，该方案利用微机电系统(mems)开关的通断达到对微波均衡器传输线枝节长度控制的目的，从而实现不同均衡曲线之间的转换，该结构实际制作难度大，可调范围小，不能广泛适应复杂均衡曲线。

综上所述，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，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。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于提供一种能够进一步降低插入损耗、增加工作带宽和幅度调节范围，适应更多种类、更加复杂的传输曲线的基于同轴谐振腔的宽带可调均衡器。

技术方案：本发明包括顶盖、主传输线、壳体、微调螺杆、介质块，所述壳体上设有多个同轴谐振腔，顶盖设于壳体侧面且覆盖多个同轴谐振腔，多个同轴谐振腔上方位于壳体左右两侧对称设置直通端口，直通传输线穿过直通端口；所述微调螺杆和介质块设置在同轴谐振腔内部，介质块用于固定微调螺杆，微调螺杆用于调整谐振频率；顶盖与每一个同轴谐振腔纵向轴线对应的位置均设有三个螺孔，其中一个螺孔用于固定介质块，另两个螺孔用于插入吸波圆柱或调相螺杆。

所述微调螺杆远离直通传输线的一端设有用于改变腔体大小的粗调谐螺母；粗调谐螺母可快速改变谐振腔的体积，实现快调；微调螺杆可实现微调，提高s21传输曲线的精确度；能够使该可调均衡器在剧烈颠簸的载体中使用而不会改变其均衡特性。

所述用于固定介质块的螺孔通过拧入螺丝来固定介质块，介质块内部设有一个与微调螺杆直径相同的圆柱形挖孔，用于固定微调螺杆。

所述主传输线采用直通微带线，采用微带线结构，易于固定、且插入损耗低。

所述直通微带线，包括介质基板，介质基板的两端设有同轴端口，位于介质基板中间位置沿其长度方向还设有金属条带，所述直通微带线的结构简单。

所述每一个同轴谐振腔的电磁响应用等效电路来表示，等效电路的系统函数公式为：

其中，ω表示角频率，z0表示直通线的特征阻抗，r和l表示微调螺杆深入腔体里的等效电阻和等效电感，c是微调螺杆与微带线距离等效的电容。

所述吸波圆柱端部设有螺母，螺母对吸波圆柱起到固定作用，提高了均衡器在大功率、剧烈震动等恶劣环境中稳定工作的能力。

所述介质块采用聚四氟乙烯材料，耐高温。

在直通传输线每间隔八分之一波长处设有一个同轴谐振腔。

所述直通端口处设有隔离器，以便降低传输损耗。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)进一步扩大均衡器的调节范围和调节精度，做到幅度和相位的多种均衡效果；(2)均衡器均衡效果良好，可以应对及其复杂的传输曲线和较宽的幅度；(3)提高了均衡器在大功率、剧烈震动等恶劣环境中稳定工作的能力；(4)插入损耗低；(5)结构简单，生产成本低廉且便于维护。

附图说明

图1为本发明的透视图；

图2本发明中顶盖的结构示意图；

图3为本发明中直通微带线的结构示意图；

图4本发明中壳体的结构示意图；

图5本发明中微调螺杆的结构示意图；

图6本发明中介质块的结构示意图；

图7本发明的同轴谐振腔的等效电路图；

图8为本发明中同轴谐振腔的系统响应曲线图；

图9为本发明中六个谐振腔级联之后的传输曲线图；

图10为本发明中单个同轴谐振腔体内电场的分布图；

图11为本发明中插入微调螺杆之后的单个同轴谐振腔体内的电场分布图；

图12为本发明中单个腔体插入微调螺杆的深度与传输曲线的关系图；

图13为本发明中改变腔体大小与传输曲线的关系图；

图14为本发明中单个腔体插入吸波圆柱的深度与传输曲线的关系图；

图15为调相螺杆插入深度与相位的变化关系图；

图16为实际测量与需求的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明包括顶盖1、主传输线2、壳体3、粗调谐螺母4、微调螺杆5、介质块6，微调螺杆5和介质块6设置在同轴谐振腔32内部，介质块6用于固定微调螺杆5，微调螺杆5用于调整谐振频率；顶盖1与每一个同轴谐振腔7纵向轴线对应的位置均设有三个螺孔，且三个螺孔在插入微调螺杆的正上方，其中一个螺孔用于固定介质块6，另两个螺孔用于插入吸波圆柱，也可以插入调相螺杆；在本实施例中，吸波圆柱为复合羰基铁吸波圆柱，吸波圆柱和调相螺杆端部均设有螺母，螺母对吸波圆柱和调谐螺杆起到固定作用，提高了均衡器在大功率、剧烈震动等恶劣环境中稳定工作的能力。在主传输线2每间隔八分之一波长处设有一个同轴谐振腔32，本实施例中，共采用了17个同轴谐振腔体级联，腔体越多就越容易得到更加复杂的s21传输曲线，如图5所示，微调螺杆5远离直通传输线2的一端设有用于改变腔体大小的粗调谐螺母4，17个同轴谐振腔体内通过装入不同长度的粗调谐螺母4来调节腔体大小。

如图2所示，顶盖上分别有17*3个直径大小一致的螺孔，其中，中间一横排的螺孔用来固定介质块，上下两横排的螺孔用来插入吸波圆柱，通过改变吸波圆柱的插入深度来改变吸收峰的大小，且一个谐振腔体可以插入最多两根吸波圆柱，使得曲线谐振点的可调范围更大，适应性更强，插入吸波圆柱处也可插入调相螺杆，使s21谐振频点移动而不改变谐振频点峰值大小。

如图3所示，主传输线2采用直通微带线，直通微带线包括介质基板21，介质基板21的两端设有同轴端口22，位于介质基板21中间位置沿其长度方向还设有金属条带23，同轴端口22采用同轴线缆接入，用于固定介质块6的螺孔通过拧入螺丝来固定介质块6。如图6所示，介质块6内部设有一个与微调螺杆5直径相同的圆柱形挖孔61，用于固定微调螺杆5。在本实施例中，介质块6采用聚四氟乙烯材料，也可以采用其他绝缘介质材料。

如图4所示，壳体3上设有多个同轴谐振腔32，顶盖1设于壳体3侧面且覆盖多个同轴谐振腔32，顶盖1可拆卸安装于壳体3，这样使得该产品维护方便，加工成本低廉，多个同轴谐振腔32上方位于壳体3左右两侧对称设置直通端口31，直通传输线2穿过直通端口31；直通端口31处还设有隔离器，以便降低传输损耗。

如图7所示，本发明的每一个同轴谐振腔7的电磁响应都可以用等效电路来表示，等效电路的系统函数公式为：

其中，ω表示角频率，z0表示直通线的特征阻抗，r和l表示微调螺杆深入腔体里的等效电阻和等效电感，c是微调螺杆与微带线距离等效的电容。

上述公式中，同轴谐振腔32的插入损耗和波形可通过r来改变，其谐振频率可通过改变l和c来调整，如图8所示，为与上述系统函数对应的图像，而对于复杂的s21传输曲线，如图9所示，可以级联多个谐振单元，使其相应曲线在频带内相互叠加来得到，本实施例采用的是6个谐振腔级联。同轴谐振腔内的微调螺杆5插入深度决定着等效电路中的l和c，即可改变谐振腔吸收峰的位置。随着微调螺杆5插入深度的增加，谐振峰向低频处移动；将将复合羰基铁吸波圆柱从均衡器的顶盖1上端插入同轴谐振腔32，可调节谐振吸收峰的损耗程度，插入越深，吸收峰损耗越小，波形越平缓；通过若干个级联谐振腔的调节，即可调试出任意所需的s21传输曲线。

下面以单个谐振腔体为例说明其工作原理，主传输线2由特性阻抗为50ω的微带线构成，

如图10所示，在微调螺杆5插入同轴谐振腔32之前，微带线传输的是准tem模式，该模式的电磁波与谐振腔体的耦合很小，所以未插入微调螺杆5之前，谐振腔对传输几乎没有影响。如图11所示，当同轴谐振腔32内插入微调螺杆5之后，随着微调螺杆5逐渐靠近直通微带线，直通电磁波与同轴谐振腔发生电磁耦合，此时，腔体中的电磁场模式为te011模式。如图12所示，随着微调螺杆5的逐渐深入，直通传输线2上的电磁波与同轴谐振腔32的电磁耦合越来越强，螺杆前端与微带线之间的等效电容越来越大，使得谐振频率向低频移动，吸收增强。当螺杆前端与微带线之间的距离减小到一定值时，最右边开始出现衰减，峰会继续向左移动，最低点也会减小，图中dis表示微调螺杆与微带直通线间的距离。如图13所示，当微调螺杆5入口处套上粗调谐螺母4之后，腔体的大小迅速被改变，而腔体减小会增加同轴谐振腔32的品质因数，使得吸收波形更加陡峭，图中l表示粗调谐螺母的长度。如图14所示，当固定同轴谐振腔体中的微调螺杆5后，将吸波圆柱从顶盖1上的螺孔插入同轴谐振腔32的腔体，当吸波圆柱插入时，腔体中的磁损耗增加，从而减小了腔体q值，波形变得平缓；随着吸波圆柱插入腔体深度的增加，谐振峰向低频移动，吸收峰变浅，图中d表示吸波圆柱插入深度。

如图15所示，在顶盖1上插入吸波圆柱的位置也可插入微调螺杆5，用于微调传输信号的相位。当顶盖1插入微调螺杆5时，腔体形状微微向内凹陷，根据电磁场微扰理论，当电场很强时，发生向内微扰相当于增加了电容器的间距，减小了电容，从而降低了谐振腔的谐振频率。

如图16所示，每隔一固定频率为一个采样点给出需求值，经实际调试，每一采样点需求值与调试值误差均在1db以内，因此，该均衡器均衡效果良好，可以应对及其复杂的传输曲线和较宽的幅度(2-20db)。