衰减器设计

衰减量：
A=20lg|s21|(dB) 端口匹配： 20lg|s11|=-∞。


A
1010
Rp

Z0
2


1
Rs1 Rs2 Z0
1 1
2. П型同阻式


A
1010

Rs


Z0

2
1



R p1

Rp2

Z0
1 1
(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。
2
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。
1
Rp2


1 Z2
a 1
1

1 Rs
1
设计实例一：设计一个5dB T型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。 （1） 同阻式集总参数衰减器A=-5dB,由公式计算元件参数:
A
1010
Rp

Z0
2


1

82.24
a 1
Rs1 Rs2 Z0

R
p1

Rp2

Z0
1 1
练习：设计10dBП型异阻式（Z1=50 Ω,Z2=75Ω）固定衰减器。

A
1010
Rs

1
2
Z1Z 2

Rp1

1 Z1
a 1
1

1 Rs
1
Rp2


1 Z2
实验二 衰减器的设计
一、功率衰减器的原理
• 功率衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件， 元件内部含有电阻性材料。衰减器广泛用于需要 功率电平调整的各种场合。
固定衰减器
数控衰减器 集成衰减器1.衰减器的技术指标(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。
（6）将待测衰减器串入两电缆之间, 即可进行测试。 （7） 按〖→〗或〖←〗可看各个频率下的测量数值，记下测试结果（见附表）。
衰减器的驻波和回损测量：
（1） 如图按测回损连接。
（2）在电桥测试端口进行开路、 短路校正。
（3）在待测衰减器阴头（K头）接上阳负载 （J头），将待测衰减器阳头（J头）接到电 桥测试端口上，屏幕上显示的即待测衰减器 阳头的输入阻抗轨迹。
9. 按一下〖↓〗键或按〖复位〗键，光标当到《校：开路 》下，在电桥测试口 开路或接上开路器的情况下，按〖执行〗键，进行开路校正；此时显示器右 下角频率在变动, 直到出现《校: 短路》字样。
输出
输入A 输入B
电桥
10. 在电桥测试端口接上短路器，然后按〖执行〗键; 画面转成阻抗圆图, 光 标在R=0点闪动, 拔掉短路器光标在R=∞点闪动。
11. 接上待测失配负载, 即可用圆图看变化趋势；要想看驻波比频响，可按〖菜 单〗键，再选驻波即得直角坐标的驻波比频响曲线。
例子：测衰减器在30MHz-3198MHz的插损、驻波和回损。
（1）按《菜单》按钮，选择扫频方案1。 （2）在主菜单下设置初始频率（30MHz）、频率间隔（39.6MHz）和终止频率
a 1
1

1 Rs
1
其他类型的衰减器
输入 同轴 线
(a)
(b)
(c)
（a） 填充; （b） 串联; （c） 带状线
圆形 截止 波导
l
输出 同轴 线
截止式衰减器
圆形 截止 波导
吸收式衰减器结构示意图 (a) 固定式； (b) 可变式
(a)
(b)
(c)
波导、 同轴和微带匹配负载结构
(3198MHz)。 （3）在主菜单下按〖↓〗键将光标移到《测:A B》下, 按〖→〗或〖←〗键使A下为
《插损》,B下空白。 （4）接法如下图，为了衰减器能直接对接以减小测试误差，可先将两个衰减器对接
起来，再通过双阴与接到A口的电缆接上，然后按【执行】键完成直通校正。
（5）按〖↓〗键使光标停在《校:直通》下, 按〖执行〗键，此时为直通状态, 即校最 大值, 仪器会直接转入测试, 此时画面应为方格坐标, 测试值为0dB。
a

a11 a21
a12 a22


1 0
Rs1 1
1

1/
Rp
01 10
Rs1
1


1

Rs1 / 1/ R
Rp
2Rs1 R / Rp
1 Rs1 / Rp

转化为［S］矩阵为：
s11

a11 a11

a12 a12
(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。 (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。
3. T型异阻式

A
1010


Rp

2
Z1Z 2 1


Rs1

Z1
a

1 1

Rp


Rs
2

Z2
a

1 1

Rp
4. П型异阻式

A
1010
Rs

1
2
Z1Z 2

Rp1

1 Z1
a 1
1

1 Rs
14.01
1
（2）由上述计算结果画出电路图，利用ADS仿真衰减器特性。 Lumped-components
Ctrl+R旋转 器件
Simulation-S_param
练习：设计10dB П型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。


A
1010
Rs

Z0

2
1

输出
输入A 输入B
电桥
（4）按〖菜单〗键，出现功能选择菜单后，再将光标移到《对数》下，再 按〖执行〗键；记下测试结果（见附表）。
（5）按菜单键，选驻波显示；记下测试结果（见附表）。
二、集总参数衰减器
Rs1 Z1
Rs2
Z2 Rp
Z1 Rp1
Rs
Z2
Rp2
(a)
(b)
(a)T型功率衰减器
(b)Π型功率衰减器
同阻抗式： Z1=Z2=Z0
异阻抗式： Z1≠Z2
1 同阻式集总参数衰减器
1
Rs1和Rs2的传输矩阵：a1 0
Rs1
1

1 0
Rp的传输矩阵：a2 1/ Rp 1
(2) 衰减量。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。
1
功率 衰减 器
2
P1
A(dB)
P2
AdB 10 log P2(mW ) P1(mW )
(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。

a21 a21

a22 a22
s22 s21

a11 a12 a21 a22 a11 a12 a21 a22
2 a11 a12 a21 a22
s12

2(a11a12 a12a21) a11 a12 a21 a22
PIN 管
输入
输出
控制 信号
微带单管电调衰减器
三、衰减器的测量
1. PNA网络分析仪介绍
仪器的面板与按键
指示灯 亮度 复位
显示器
↓
→
← 菜单 执行
输出
输入A
输入B
示例：测失配负载在800～1000MHz的驻波比，每隔 10MHz测一点，共测21点。
1. 开机时或复位后出现的就是主菜单，光标在底部《校：×× 》处闪 动， 2. 按一下〖↓〗键，光标到菜单顶部左边。若为频域则往下进行，否则 按〖→〗键，使出现《 频域 》。 3. 按一下〖↓〗键，光标到菜单顶部右边。若为《0.1MHz》则往下进 行，否则按〖→〗键，使出现《 0.1 》。 4. 按一下〖↓〗键，使光标到《BF》下，按〖→〗或〖←〗键，使出 现《BF：0800.0MHz》。 5. 按一下〖↓〗键，使光标到《⊿F》下，按〖→〗或〖←〗键，使出 现《⊿F：0010.0MHz》。 6. 按一下〖↓〗键，使光标到《EF》下，按〖→〗或〖←〗键，使出 现《EF：1000.0MHz》。屏幕自动出现《N=21》。 7. 按一下〖↓〗键，使光标到《M：××》下，若为《M：常规》则往 下进行，否则按〖→〗键，使出现《M：常规 》。 8. 按一下〖↓〗键，使光标到《测：A B 》下，若A下为《 回损 》， 则往下进行，否则按〖→〗或〖←〗键，使A下出现《 回损 》。
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,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。
3 衰减器的主要用途