大功率行波管是微波功率組件中的核心組件，要求性能很高。但是由于大功率行波管的增益波動較大，在等激勵輸入的情況下，不能使頻帶內(nèi)所有點(diǎn)均達(dá)到飽和輸出，這樣會造成輸入信號產(chǎn)生諧波和互調(diào)分量，或者不能得到較大的輸出功率。因此，需要使用大功率行波管均衡技術(shù)，即增加一個微波網(wǎng)絡(luò)，使其傳輸特性與行波管的傳輸特性相補(bǔ)償，使得行波管的輸出功率波動減至最小，這個微波網(wǎng)絡(luò)就是微波均衡器[1，2]。本文討論置于行波管激勵端均衡器的均衡原理，圖1是均衡器工作示意圖，在A點(diǎn)是等激勵輸入功率，經(jīng)過均衡器的傳輸損耗在B點(diǎn)得到行波管需要的理想輸入功率，使得行波管每個頻點(diǎn)工作在飽和狀態(tài)，在C點(diǎn)實(shí)現(xiàn)行波管在帶寬內(nèi)輸出功率波動最小條件下的最大" title="最大">最大輸出功率。

1 吸收型微波同軸諧振腔均衡器結(jié)構(gòu)
　　圖2是吸收型微波同軸諧振腔均衡器基本單腔子結(jié)構(gòu)。同軸諧振腔的一端與主傳輸線相連，另一端是短路活塞，可調(diào)節(jié)諧振腔腔長，諧振腔內(nèi)是可調(diào)探針插入主傳輸線，在腔體的外導(dǎo)體側(cè)壁的適當(dāng)位置置入吸收材料制成的衰減螺釘或者金屬微調(diào)螺釘，構(gòu)成了同軸諧振腔；通過耦合探針將主傳輸線的能量耦合入諧振腔，改變諧振腔腔長及可調(diào)探針插入深度調(diào)節(jié)諧振腔的諧振頻率，調(diào)整衰減螺釘?shù)牟迦肷疃瓤梢晕詹糠帜芰浚纬蓳p耗，獲得與行波管相匹配的最佳輸入功率，同時可改變諧振腔的Q值。另外，微調(diào)螺釘或衰減螺釘也會使諧振頻率產(chǎn)生微量偏移。

　　由于單子結(jié)構(gòu)帶寬和吸收衰減幅度的有限性，為了能在較寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)對大功率行波管的高精度均衡，必須采用多級子結(jié)構(gòu)級聯(lián)的形式^[3]。
2 吸收型同軸微波幅度均衡器的設(shè)計
　　考慮到均衡器功率容量的要求和目標(biāo)衰減曲線的復(fù)雜性，均衡器必須具備功率容量大、衰減可調(diào)范圍大、調(diào)節(jié)分辨率高、調(diào)節(jié)自由度高等特點(diǎn)。微波均衡器的設(shè)計需考慮腔長、內(nèi)外導(dǎo)體的尺寸、材料、微調(diào)螺釘和衰減棒的位置及諧振腔子結(jié)構(gòu)數(shù)量等。
　　設(shè)同軸傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體(也稱為可調(diào)探針)外徑為2a，外導(dǎo)體內(nèi)徑為2b，同軸線的腔長為l，同軸型均衡器的尺寸設(shè)計原則如下。
2.1 諧振腔腔長的確定
　　λ/4諧振腔采用根據(jù)腔長與諧振頻率的關(guān)系：l=(2n-1)，取n=2；這樣其狀態(tài)較穩(wěn)定。由于諧振腔的耦合端呈電容特性，根據(jù)縮短電容同軸線空腔諧振器的結(jié)論，實(shí)際腔長應(yīng)適當(dāng)縮短。
2.2 諧振腔內(nèi)、外導(dǎo)體的尺寸確定
　　功率容量對尺寸的限制要綜合考慮功率容量、導(dǎo)體損耗、阻抗匹配和抑制高次模等因素對同軸均衡器的尺寸限制。
　　同軸線內(nèi)導(dǎo)體附近的電場最強(qiáng)，當(dāng)此處的場強(qiáng)接近介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)時，就可能發(fā)生擊穿。同軸線最大的功率容量為：，其中：Eb是介質(zhì)的擊穿場強(qiáng)時，同軸線有最大功率容量。
　　同軸線的功率損耗主要由內(nèi)導(dǎo)體外壁損耗功率和外導(dǎo)體內(nèi)壁損耗功率組成，假設(shè)內(nèi)、外導(dǎo)體使用相同的材料，則同軸線導(dǎo)體衰減常數(shù)：。對于空氣同軸線，最小導(dǎo)體損耗尺寸比例為。
　　一般情況下，同軸傳輸線除傳輸TEM模外，也會出現(xiàn)TE模式波和TM模式波，它們都是同軸線的高次模。在同軸線中的高次模中最低模為TE11模，其截止波長最大，為此最小工作波長應(yīng)滿足：，均衡器的輸入輸出接口選用標(biāo)準(zhǔn)的SMA接口形式，為滿足阻抗匹配的要求，選擇特性阻抗為50Ω。
2．3 微調(diào)螺釘?shù)奈恢?/STRONG>
　　由諧振腔微擾的理論可知，微調(diào)螺釘?shù)淖饔门c其在諧振腔上的位置有關(guān)，在電場占優(yōu)的地方，增大插入深度，將使諧振頻率降低，反之升高；在磁場占優(yōu)的地方，作用與此相反^[4]。所以，一般在磁場最大或電場最大處使用微調(diào)螺釘,在該位置使用吸收材料制成的微調(diào)螺釘還是金屬微調(diào)螺釘要根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況而定。
2.4 單子結(jié)構(gòu)的數(shù)量
　　均衡器單子結(jié)構(gòu)的數(shù)量要根據(jù)行波管的功率衰減曲線，考慮單腔的Q值、均衡波紋和最大均衡幅度來確定^[5]。
2.5 材料選擇
　　一般的均衡器腔體選用導(dǎo)電性能較好的黃銅或銅合金為材料，諧振腔內(nèi)部光潔度不好會影響導(dǎo)體的損耗，為此可在腔體內(nèi)鍍上一層銀以提高腔體的導(dǎo)電性和表面光潔度，在高溫下由于結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化導(dǎo)致諧振頻率漂移，影響均衡器的高溫性能，選用抵膨脹合金作為探針材料，如4J32和4J36。衰減材料選用微波吸收材料羰基鐵，其吸收性能優(yōu)良，衰減量大，駐波系數(shù)小，具有較好的穩(wěn)定性。金屬螺釘使用與腔體相同的材料，可以減小與腔體因溫度產(chǎn)生的變形和應(yīng)力。
3 微波幅度均衡器調(diào)試
3．1 目標(biāo)曲線的確定
　　對于每一支行波管需要配備對應(yīng)的均衡器均衡。根據(jù)行波管的工作性能確定工作頻點(diǎn)的衰減量，繪制需要均衡的衰減曲線，當(dāng)然，衰減曲線其實(shí)是由各頻點(diǎn)需衰減量的最大值和最小值構(gòu)成的區(qū)間，凡在該區(qū)間內(nèi)的衰減曲線都認(rèn)為是可行的。圖3是由各個單腔子結(jié)構(gòu)的衰減曲線(曲線A、B、C、D、E、F)構(gòu)成均衡器的衰減曲線(曲線SUM)。對于衰減較大的頻點(diǎn)處，有時需要多個諧振腔在同一頻點(diǎn)諧振，多個吸收衰減共同合成。由于各個諧振腔存在耦合，改變某一個腔體的參數(shù)可能引起其他腔體衰減的變化。另外，對于某一確定的衰減曲線有多種調(diào)試方案符合要求，所以除了使實(shí)際衰減曲線與目標(biāo)曲線擬合外，調(diào)試時還必須使均衡器與輸入、輸出設(shè)備有良好的匹配，即輸入端、輸出端的駐波要足夠小。這不僅是為了保證功率的有效傳輸，在輸出端它還關(guān)系著行波管能否正常工作，同時要求該微波網(wǎng)絡(luò)具有較小的插入損耗，尤其當(dāng)前端輸入功率源容量受限時，這一點(diǎn)就顯得更加重要。最好還要考慮到均衡器的其他檢測要求，例如高低溫頻率漂移要求、溫度沖擊要求等因素，調(diào)試是可引入補(bǔ)償調(diào)試等方法。所以，均衡器的調(diào)試是均衡器設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)。