第4章 功率衰减器--魏峰

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圆形截止波导
l 输入同轴线 输出同轴线
圆形截止波导
图 4-10 截止式衰减器
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♦
4.3.2 波导型衰减器
♦
♦
1. 吸收式衰减器
最简单的波导吸收式衰减器是在波导中平行于电场方 向放置具有一定衰减量的吸收片组成的。因为有损耗性
图 4-6仿真结果
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♦ ♦ ♦
设计实例三： 设计 10dBП 型异阻式（ Z1=50 Ω ， Z2=75Ω ）固定
衰减器。
步骤一: 异阻式集总参数衰减器A=-10 dB，由公式(49)计算元件参数:
10 0.1 1 Z1 Z 2 Rp 87.14 2
一是半导体小功率快调衰减器，如 PIN 管或 FET 单片集成衰 减器； 二是开关控制的电阻衰减网络，开关可以是电子开关， 也 可以是射频继电器。
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♦
4.1.3 衰减器的主要用途
(1) 控制功率电平 : 在微波超外差接收机中对本振输出功率进行 控制，获得最佳噪声系数和变频损耗，达到最佳接收效果。在微波 接收机中，实现自动增益控制，改善动态范围。
1. T型同阻式（Z1=Z2=Z0） 对于图 4-2 （ a ）所示 T 型同阻式衰减器，取 Rs1=Rs2 。我们可
以利用三个［A］参数矩阵相乘的办法求出衰减器的［A］参数
矩阵，再换算成［ S ］矩阵，就能求出它的衰减量。串联电阻 和并联电阻的［A］网络参数如下:
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衰减器的技术指标包括衰减器的工作频带、 衰减量、 功率
容量、 回波损耗等。
(1) 工作频带。 衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器，衰减量 才能达到指标值。由于射频/微波结构与频率有关，不同频段的元
器件，结构不同，也不能通用。现代同轴结构的衰减器使用的工
作频带相当宽，设计或使用中要加以注意。 (2) 衰减量。
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a 1
1
14.01
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♦
步骤二 : 利用 Microwave Office 仿真衰减器特性。由 上述计算结果画出电路图，如图进制4-3所示。
图4-3 T型同阻式固定衰减器电路图
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仿真结果如图4-4所示。
图 4-4仿真结果
仿真结果如图4-8所示。
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图4-7 Π 型同阻式固定衰减器电路图
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Grap h 1 －8 －9 －1 0 －1 1 DB(|S[2 ,1 ]|) Sch ematic 1
－1 2 1 1 .2 1 .4 1 .6 1 .8 2 Freq u en cy (GHz)
(2) 去耦元件: 作为振荡器与负载之间的去耦合元件。
(3) 相对标准: 作为比较功率电平的相对标准。 (4) 用于雷达抗干扰中的跳变衰减器 : 是一种衰减量能突变的可 变衰减器，平时不引入衰减，遇到外界干扰时，突然加大衰减。
♦
从微波网络观点看，衰减器是一个二端口有耗微波网络。它
属于通过型微波元件。
10 2 Z1 Z 2 Rp 1 a 1 Rs1 Z1 Rp 1 a 1 Rs 2 Z 2 Rp 1
A 10
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（4-8）
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♦
2. П 型异阻式
10 1 Z1 Z 2 Rp 2 1 1 a 1 1 R p1 Z 1 R s 1 1 1 a 1 1 Rp2 Z 1 R s 2
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♦
4.1.2 衰减器的基本构成
构成射频/微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料。
通常的电阻是衰减器的一种基本形式，由此形成的电阻衰减网 络就是集总参数衰减器。通过一定的工艺把电阻材料放置到不同
波段的射频/ 微波电路结构中就形成了相应频率的衰减器。如果
是大功率衰减器，体积肯定要加大，关键就是散热设计。 随着现代电子技术的发展，在许多场合要用到快速调整衰减器。 这种衰减器通常有两种实现方式：
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4.2 集总参数衰减器
♦
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利用电阻构成的 T 型或 П型网络实现集总参数衰减器，通
常情况下，衰减量是固定的，由三个电阻值决定。电阻网络
兼有阻抗匹配或变换作用。两种电路拓扑如图4-2所示。图中 Z1、 Z2是电路输入端、 输出端的特性阻抗。根据电路两端使
用的阻抗不同，可分为同阻式和异阻式两种情况。
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♦ ♦
设计实例二： 设计10dBП 型同阻式（Z1=Z2=50Ω ）固定衰减器。
♦
步骤一：同阻式集总参数衰减器A=-10dB，由公式(47)计算元件参数:

10 0.1 1 Rp Z0 71.15 2 1
R p1 R p 2 Z 0 a 1
A 10
（4-9）
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4.2.3 集总参数衰减器设计实例 设计实例一： 设计一个5dBT型同阻式（Z1=Z2=50Ω ）固定衰减器。 步骤一 : 同阻式集总参数衰减器 A=-5dB ，由公式 (4-6) 计算元件参数:
A 10
10
2 Rp Z0 82.24 1 Rs1 Rs 2 Z 0
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对衰减器的要求是衰减量为 20lg|s21|(dB) ，端口匹 配10lg|s11|=-∞。 求解联立方程组就可解得各个阻值。下面就是这种衰 减器的设计公式。
10 2 Rp Z0 1 1 Rs1 Rs 2 Z 0 1
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(a )
(b )
( c)
图 4-9 三种同轴结构吸收式衰减器 （a） 填充; （b） 串联; （c） 带状线
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2. 截止式衰减器 截止式衰减器又称“过极限衰减器”，是用截止波导制 成的。其结构如图 4-10 所示。它是根据当工作波长远 大于截止波长λ c时，电磁波的幅度在波导中按指数规律 衰减的特性来实现衰减的。
射频/微波电路导论
主讲人：魏 峰
第4章 功率衰减器
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4.1 功率衰减器的原理
4.2 集总参数衰减器 4.3 分布参数衰减器
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4.4 PIN二极管电调衰减器
4.5 步进式衰减器
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4.1 功率衰减器的原理
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4.1.1 衰减器的技术指标
Rs1 Z1 Rp Rs2 Z2 Z1 Rp 1 Rs Rp 2 Z2
(a )
(b )
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图 4-2 功率衰减器 (a)T型功率衰减器； (b)Π 型功率衰减器
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4.2.1 同阻式集总参数衰减器
同阻式衰减器两端的阻抗相同，即Z1＝ Z2，不需要考虑阻抗
变换，直接应用网络级联的办法求出衰减量与各电阻值的关系。
10 1 Rs Z 0 2 1 R p1 R p 2 Z 0 1
A 10
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（4-7）
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4.2.2 设计异阻式集总参数衰减器时，级联后要考虑阻抗变换。 下面分别给出两种衰减器的计算公式。 1. T型异阻式
P2 (m W) A(dB) 10 lg P 1 ( m W)
功率衰减器 A(dB )
（4-1）
1 P1
2 P2
4
图 4-1 功率衰减器
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可以看出，衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。衰减量 的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位，便于 整机指标计算。 (3) 功率容量。 衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后变成热量。可以想象，材 料结构确定后，衰减器的功率容量就确定了。如果让衰减器承受的功 率超过这个极限值，衰减器就会被烧毁。设计和使用时，必须明确功 率容量。 (4) 回波损耗。 回波损耗就是衰减器的驻波比，要求衰减器两端的输入输出驻波比 应尽可能小。我们希望的衰减器是一个功率消耗元件，不能对两端电 路有影响，也就是说，与两端电路都是匹配的。设计衰减器时要考虑 这一因素。
A 10
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2. П型同阻式（Z1=Z2=Z0） 对于图 4-2（ b）所示 П型同阻式衰减器，取 Rp1=Rp2， 可 以用上述T型同阻式衰减器的分析和设计方法，过程完全 相同，即利用三个［A］参数矩阵相乘的办法求出衰减器 的［ A ］参数矩阵，再换算成［ S ］矩阵，就能求出它的 衰减量， 所得结果由式（4-7）给出。
图4-8 仿真结果
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4.3 分布参数衰减器
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4.3.1 同轴型衰减器
1. 吸收式衰减器 在同轴系统中，吸收式衰减器的结构有三种形式： 内外
导体间电阻性介质填充、内导体串联电阻和带状线衰减器转