微波均衡器调试技术研究

唐　凌

( 1.国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410000；2.江苏金陵机械制造总厂，江苏 南京 211100)



微波均衡器调试技术研究

唐凌1,2

( 1.国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410000；2.江苏金陵机械制造总厂，江苏 南京 211100)

在电子对抗装备维修过程中，当需要更换行波管时，应针对不同参数行波管增益指标，通过调试微波均衡器使发射系统符合整机参数要求。通过介绍宽带行波管前端微波均衡器调试的工作原理、调试原则，阐释了各种调节参数间的相互影响关系。

均衡器；行波管；微波调谐

宽带发射机是目前电子对抗装备的核心部件，其战技水平直接决定了电子战装备的战术性能。受电真空器件的现有技术性能限制，大功率宽带连续波行波管在全频带中难以做到良好的增益一致性，如果不进行补偿，电子对抗系统在全频带范围内将出现增益的大幅度波动，在灵敏度无法大幅度提高的情况下，干扰机的全频带干扰性能将受到很大影响。目前有效解决方案是在行波管的输入端前级增加一个均衡组件，在波段中的各频点设置不同的衰减，形成一条插损曲线，用以补偿行波管的增益平坦度。在电子对抗装备维修过程中，当更换宽带行波管时，需要调节行波管前端的微波均衡器插损曲线，调配出符合整机参数要求的发射系统。

1　工作原理

电子对抗装备的发射系统干扰信号走向路径组成见图1。

图1 干扰信号传输路径图

以某型宽带行波管为例，工作频段为X、C波段，为三倍频程行波管。受现有技术限制，每只行波管饱和输出状态下的输入功率和频率特性(增益曲线)差异性较大，在其前端设置了相应频段的微波均衡器，为满足每500MHz拥有一个调谐点，全频带共设置了16个调谐吸收结构，其工作频率范围涵盖行波管全部工作频率。在该电子对抗装备发射系统的初始生产过程中，均衡器组件为原始指标(即全通，全带衰减量理论上均为零)，通过测绘出单只宽带连续波行波管的增益曲线，将曲线进行反向计算作为微波均衡器组件的目标插损曲线，调节16个微波调谐点，最终实现配合行波管使用。

2　微波均衡器功能作用

在微波传输系统中，需要对信号幅度、相位的畸变进行调整，尽量改善信号质量。微波均衡器就是这样一个均衡网络，功率均衡特性曲线与其所在的微波传输系统的衰减频率特性曲线对称相反、相互补偿，平滑整个传输通道的信号畸变，见图2。

图2 微波均衡器工作原理示意图

在图2中，A1为微波均衡器衰减频率特性曲线，A2为宽带行波管饱和状态增益曲线，A0是平滑后的系统总衰减曲线，三者之间存在如下关系，A0= A1 + A2，主要目的是要得到在整个发射系统全频带内尽可能优的增益一致性。

3　均衡器工作机理

微波均衡器在结构上一般分为同轴式、波导式以及传输线式，本文所述的X、C波段微波均衡器为同轴式均衡器，内部由传输线主线和与主线相连的一系列可调节的谐振调节点组成，当干扰信号通过谐振调节机构时，该谐振腔将与其匹配的频率点以及周边一定频率范围内的信号进行耦合，按照功率衰减需求，通过内部的吸波机构和材料吸收部分微波功率[1]。

谐振调节机构的响应实际上是一个由R、C、L组成的接地串联回路，其S21如下：

ω0附近的频域响应波形为开口朝上的抛物线，具有最小值，通过调节电路中的R可以调整谐振电路的Q值，可以实现该频点的最小衰减值[1]。

4　调试方法

4.1绘制目标调整曲线

更换宽带行波管前，首先应对目标行波管的进行增益曲线测量，在行波管预热后加高压测量，用微波信号源从行波管的输入端口馈入射频信号，逐步增大输入信号功率直到行波管的输出功率出现饱和输出，记录此时微波信号源的输出功率。按此方法，在行波管全频带内每隔500MHz进行测量，测试出频带内16个频点的增益值，在幅频坐标上描绘出行波管的增益曲线。由于行波管增益曲线与均衡器的增益曲线相反，行波管的增益曲线反向后即可作为均衡器的调试目标曲线。

4.2匹配输入输出端口

由于均衡器与行波管互为输入输出关系，输入输出间的匹配非常重要，即输入端、输出端的驻波系数要足够小。否则不但系统损耗会增大，还会影响行波管的可靠工作。将电路连接好后，利用矢量网络分析仪进行测试，确定输入输出匹配可靠后即可开展微波均衡器的调整工作。

4.3确定最小插损

理论上说，只要均衡器的实际衰减曲线与目标衰减曲线相吻合，就说明微波均衡器已到达调试目的，两条曲线相对平行可以有不同的实际衰减曲线与之拟合，但实际调整过程中，需要考虑输入端的功率输入能力。由于曲线越低，对输入功率的要求越高，虽然可以通过增加固态放大器实现，但是每增加一个放大器，系统的噪声系数就会增加，因此选用高模插损比较符合调试要求。高模插损是指实际衰减曲线(带内)最高点的衰减值。该值最小时即是最优曲线。

4.4调试误差

均衡器调试的理想状态是使实际衰减曲线在对应频点上与目标衰减曲线完全重合；但在实际调试过程中，受各种因素的影响，实际的衰减曲线与目标曲线之间很难完全拟合。选定目标曲线的最高点后，某一频点上的实际衰减量与目标衰减量之差，即为该点的调试误差。由于行波管的饱和输入功率有一定的容许范围，一般为(3～5)dB，因此实际调试过程中只要使目标曲线与实际衰减曲线的最大差值小于要求的值即可。为了使行波管在机载高低温环境中也能正常工作，需要在常温调试时加上预偏置，即在允许的范围内，增大某个频点在调试误差。

5　均衡器调试

均衡器衰减曲线调试的基本方法是在矢量网络分析仪的监控下，通过调整每个吸收同轴腔的腔长及耦合探针、微调螺钉、衰减棒的插入深度来改变每个谐振腔的谐振频率、衰减量以及衰减曲线的陡峭程度，并使各吸收谐振腔综合作用后的实际衰减曲线与目标衰减曲线相拟合[2]，如图3所示。

图3 目标曲线与实调曲线

调试前，首先须对目标拟合曲线的大致参数进行综合判断，掌握整条目标拟合曲线的基本要求，调试过程如下：

1) 假设目标曲线中插损最小的点衰减量为零，其他各目标频点的衰减量即是与最小点的差。调试时与目标曲线的衰减量有关的两个指标：一是曲线衰减最深起伏的插损量以及该处的频率值。二是目标曲线所要求的总体衰减值，无论单个偏离的衰减量，还是全频带总体衰减值，衰减值越大，其所对应谐振腔所需的吸收值越大；而在全频带内需要控制的衰减值越精确时，所需要调试的谐振腔的数量越多，调节越困难。

2) 目标拟合曲线在某一频率处的变化值越大，说明该频率处的曲线斜率越大。但是每个谐振腔的固有品质因数是确定的，不管如何插入衰减棒或改变谐振腔长，其Q值变化范围受限，因此在调试前一定要做好发射系统的安装匹配工作，防止因失配引起的曲线剧烈变化。

6　各调节因素的作用和相互关系

在均衡器的调试过程中，各种调节因素的作用相互关联，其对整体技术指标的贡献都会因其他调节因素的变化而产生影响。其中最关键的是耦合探针，调试时均衡器传输通道内的功率能量可以通过耦合探针耦合入谐振腔，这时通过微调螺钉、调节腔长、衰减棒等手段才能是实现均衡曲线的改变[2]。

6.1调整腔长

1)改变腔长可以调整谐振频率，继而调整通带内的最大衰减频率。如腔长缩短后，最大的衰减频率将升高。

2)腔长缩短后，衰减将增大。

3)腔长缩短后，品质因数将降低。

6.2调整耦合探针

1)加大耦合探针的插入深度，最大的衰减频率将降低，衰减值将增大。

2)探针深度增加，可以降低谐振腔品质因数。

6.3调整衰减棒位置

衰减棒的调节作用与谐振腔的位置相关，需要在调节过程掌握变化趋势，在变化明显的位置进行调节。

7　结论

本文所述的调试方法可以将均衡器的实际衰减曲线调整到与目标衰减曲线基本吻合，但为了得到较好的调试效果，调整的过程比较繁琐和漫长，许多关联参数相互影响，容易出错，极端情况下还需要推倒重来，这就要求调试人员事先做好调试方案，耐心仔细地进行调试。在调试结束后，应考虑到机载振动环境，对所有的调节点进行漆封，并在环境试验中进行验证。

[1] 米斯拉 著，张肇仪 译.射频与微波通信电路[M].电子工业出版社,2005.

[2] 巴尔 著，顾墨琳 译.微波固态电路设计[M]. 电子工业出版社,2002.

[编校：杨琴]

Technical Research on Debugging Microwave Equalizer

TANG Ling1,2

(1.College of Mechatronic Engineering and Automation,National University of Defense Technology，Changsha Hunan 410000；2.Jiangsu Jingling Machinery Manufacturing Factory，Nanjing Jiangsu 211100)

When travelling wave tube need to be replaced in the process of electronic countermeasure equipment maintenance，one should debug a microwave equalizer according to different gain parameters of travelling wave tubes，so as to make transmitting system to meet parameter requirements of the whole equipment .In this paper，the authors introduce how to debug the microwave equalizer ahead of travelling wave tubes，and their debugging principles. They also analyze the interaction between different debugging parameters.

equalizer; travelling wave tube; debugging microwave

2016-07-28

唐凌(1985- )，女，吉林吉林人，工程师，研究方向为军事计量技术。

TN715

A

1671-9654(2016)03-046-03