在行波管放大器、射頻微波低噪聲放大電路及功率放大器后端中，信號輸出增益曲線伴隨增益衰減。為了保證傳輸的質量,通常采用均衡網絡來進行校正，以滿足通帶內所需的增益平坦度[1]。一般用來校正幅度畸變的網絡稱為功率均衡器（也稱衰減均衡器、幅度均衡器、增益均衡器）。功率均衡器有兩點技術要求:在工作頻帶內要盡可能接近需要的衰減頻率特性；輸入輸出駐波小,便于與其他器件連接。

    微波功率均衡器結構包括集總式、波導式、同軸式和集成傳輸線式。集總參數型一般用于低頻段，不適合高頻段；同軸型微帶均衡器一般用于大功率均衡；波導型用于微波頻率高端；集成傳輸線型具有體積小、重量輕、方便與固態電路集成等優點[2]。隨著所用頻率的提高及超寬帶電路的應用，各種新型均衡器結構也隨之出現，如參考文獻[3]中利用平面回音壁介質諧振器與微帶耦合產生均衡的原理設計的毫米波均衡器子結構。本文通過詳細的理論分析并利用ADS與HFSS仿真軟件實現了工作在2 GHz~3 GHz的小型微帶幅度均衡器。
1 理論分析
    微帶增益均衡器是由陷波器基本單元構成的，在集總式增益均衡器中由R、L、C組成簡單的串聯接地諧振電路。在諧振頻率處阻抗最小，信號大部分被流下地，因而在幅頻特性上形成一種倒鐘型曲線。微帶均衡器利用四分之一波長的終端開路傳輸線取代了集總元件L、C。根據無耗傳輸線理論[4]，一段終端開路傳輸線的輸入阻抗為：

式中Z0為傳輸線的特征阻抗。從式(1)中可以看出,隨著微帶長度的變化，開路短截線表現為感性、并聯諧振、容性和串聯諧振等特性。根據級數展開理論，用無數多的陷波器響應總可以合成任意的響應波形。所以以串聯陷波單元級聯，選擇適當的諧振頻率、Q值以及級聯數目，就可以逼近任意需要的均衡響應。
    由于多級陷波單元級聯及寬帶匹配電路設計理論分析的復雜性，工程上常用網絡綜合法和計算機優化法。實際設計上直接優化法應用較多，它是以一種結構合理通用的電路拓撲為基礎利用軟件設置好目標曲線直接進行優化逼近。如參考文獻[5]結合microwave office2003(MWO)和HFSS優化仿真設計具有直觀、簡便和設計周期短的特點。
2 設計結構與實現[6]
    本文設計的微帶均衡器中，在輸入輸出特征阻抗為50 Ω的主傳輸線之間添加一段特性阻抗為Z1的微帶線，其兩端分別在與主傳輸線連接處添加了加載電阻R的微帶枝節。兩微帶短截線特征阻抗都為Z2，且其加載電阻和枝節長度相同，總體結構相對豎直中心線對稱。其結構如圖1所示。

    由于ADS原理圖仿真只是平面電路的仿真，并不是十分準確，而且ADS版圖仿真不適于設置變量進行微調，所以首先利用三維電磁仿真軟件HFSS進行參數微調得到更加準確的電路模型(如圖3)，其最終確定尺寸如表1所示。

    表1中W0、L0是主傳輸線的寬度和長度，W1、L1是主傳輸線之間連接線的寬度與長度，W2、L2是微帶分支線的寬度與長度。電阻R取值161 Ω，采用0603封裝的薄膜電阻。HFSS仿真結果如圖4所示。
    根據電路的對稱性可知輸入駐波與輸出駐波是相等的。以HFSS仿真模型為基礎進行ADS版圖仿真并導出加工數據圖。其版圖仿真結果如圖5所示。
3 實物設計與測試結果
    從加工實物可以看出，該均衡器工作頻段較低，微帶分支節較長，尺寸也就大大增加。在設計時可以考慮通過拐角折線來取代直線，但必須考慮到電磁場分布的不連續性，適當修改尺寸即可消除其影響以符合小型化設計目標。實物樣件如圖6所示,安捷倫矢網測試結果如圖7所示。觀察發現，ADS版圖仿真結果相對HFSS仿真結果更接近實測結果。

    本文避免了只利用普遍適用的電路拓撲結構再軟件優化設計微帶均衡器的傳統方法。通過理論分析推導微帶均衡網絡結構并利用軟件參數分析、最后進行優化的方式，設計了工作在S波段內的目標曲線呈遞增特性的微帶均衡器，該均衡器已經成功應用于放大器后端并大大改善了增益平坦度。
參考文獻
[1] 蘇光杰.微波功率模塊MPM的固態驅動模塊技術研究[D]. 成都：電子科技大學,2004:8-9.
[2] 劉亞男，何慶國，郝金中，等. 6~18 GHz超寬帶微帶均衡器設計與實現[J].半導技術,2010,35(1):23-26.
[3] 張毅，牛忠霞，周東方，等. 一種新型毫米波微帶均衡器的設計與實現[J]. 紅外與毫米波學報,2006,25(5):393-396.
[4] POZAR D, Microwave Engineering[M]. 3rd ed. New York: Wiley,2005:51-53.
[5] 趙琳，薛凱.基于微帶的微波寬帶功率均衡器的設計[J].重慶郵電大學學報（自然科學版）,2007,19(6):678-680.
[6] 韓磊，商堅剛.一種低駐波微帶均衡器的研究[J].現代雷達，2010,32(5):76-78.