實驗二衰減器的仿真

1、 實驗二 衰減器的仿真1、 實驗目的1、了解矢量網(wǎng)絡分析儀的工作原理2、掌握用矢量網(wǎng)絡分析儀測量待測元件的回波損耗和插入損耗的原理方法。 3、了解功率衰減器的原理及其應用4、了解無源功率衰減器的基本設計方法5、了解PIN電子功率衰減器的原理及基本設計方法二、功率衰減器的原理功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。衰減器廣泛用于需要功率電平調整的各種場合。1. 衰減器的技術指標(1) . 工作頻帶。指在給定頻率范圍內(nèi)使用衰減器,衰減量才能達到指標值。一般結構與頻率有關。(2) 衰減量。衰減量描述功率通過衰減器后功率的變小程度。(3) .功率容量。衰減器是一種能量消耗元件

2、，功率消耗后變成熱量。超過這個極限值，衰減器就會被燒毀。(4) 回波損耗。回波損耗就是衰減器的駐波比。我們希望的衰減器不能對兩端電路有影響。2. 衰減器的基本構成 構成射頻/微波功率衰減器的基本材料是電阻性材料。通常的電阻是衰減器的一種基本形式,由此形成的電阻衰減網(wǎng)絡就是集總參數(shù)衰減器(無源衰減器)。 如果是大功率衰減器,體積肯定要加大,關鍵就是散熱設計。隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展,在許多場合要用到快速調整衰減器。這種衰減器通常有兩種實現(xiàn)方式,一是半導體小功率快調衰減器,如PIN管或FET單片集成衰減器；二是開關控制的電阻衰減網(wǎng)絡,開關可以是電子開關, 也可以是射頻繼電器(有源衰減器或數(shù)字衰減器)

3、 。3. PIN二極管的工作原理PIN二極管是在P型和N型材料之間插入一個本征層構成的。直流偏置等效電路微波開關利用PIN管在直流正、反偏壓下呈現(xiàn)近似導通和關斷的阻抗特性，實現(xiàn)了控制微波信號通道轉換的作用。 正偏條件下的電阻記為RS，與偏置電流IF成反比，使PIN結二極管在高頻下有很好的隔離度。（a）為正偏時等效電路。當PIN結反偏或者零偏時，本征層I內(nèi)的電荷被耗盡，表現(xiàn)出高電阻(Rp)，如圖（b）所示。其中CT為PIN結二極管的總電容，包括了結電容Cj和封裝寄生電容Cp。RS為PIN 管正向偏置的等效電阻(2)，L 為金屬接觸產(chǎn)生的電感效應，大約為0.04 nH，CT 為PIN 管的反偏電容

4、0.05 pF。PIN二極管高頻開關PIN高頻電子衰減器 由R和正向偏置的PIN二極管構成一個分壓器。因為PIN管正向偏壓時的阻抗隨偏置電壓的增大而減小，所以可以起自動衰減的作用。4. 衰減器的主要用途(1).控制功率電平: 在微波超外差接收機中對本振輸出功率進行控制,獲得最佳噪聲系數(shù)和變頻損耗,達到最佳接收效果。在微波接收機中,實現(xiàn)自動增益控制,改善動態(tài)范圍。(2).去耦元件: 作為振蕩器與負載之間的去耦合元件。(3).用于雷達抗干擾中的跳變衰減器: 是一種衰減量能突變的可變衰減器,平時不引入衰減,遇到外界干擾時,突然加大衰減。三、集總參數(shù)衰減器類型轉化為S矩陣為：衰減量：A=20lg|s2

5、1|(dB)，端口匹配：20lg|s11|=-，可得到4). 型異阻式4、 實驗內(nèi)容及步驟I、設計一個5dB T型同阻式（Z1=Z2=50）固定衰減器。同阻式集總參數(shù)衰減器A=-5dB，由公式計算元件參數(shù):ADS仿真步驟：新建一個工程，長度單位選毫米，完成原理圖，進行仿真。II、設計一有源“T”型衰減器，具體指標：1、工作頻帶：12GHz2、低衰減時頻帶內(nèi)的衰減小于1.1dB，1.4GHz處的衰減小于0.8dB3、高衰減時頻帶內(nèi)的衰減大于10dB，1.4GHz處的衰減大于12dBADS仿真步驟：1、新建一個設計（new design)，命名為PIN_Attenuator，完成如下二極管原理圖。

6、2、 在工具欄雙擊控件 ，在圖中插入“VAR”控件，設置變量Rj 3、 執(zhí)行菜單命令【View】【Creat/Edit Schematic Symbol 】,彈出對話框，單擊“OK”，出現(xiàn)默認符號4、 執(zhí)行菜單命令【View】【Creat/Edit Schematic 】,返回原理圖5、 執(zhí)行菜單命令【File】【Design Parameters】，修改后，單擊“Paramrters”I100”Add” “Save AEL file”O(jiān)k”，另存原理圖并命為”D”，完成模型創(chuàng)建6、 新建一個原理圖。7、單擊工具欄圖標“ ”，向圖中拖入二極管，完成原理圖8、 單擊“齒輪”按鈕，進行仿真9、 D

7、1和D2的偏置 I 對調，再次進行仿真III、用PNA網(wǎng)絡分析儀測量衰減器步驟如下：5、 實驗結果I、設計一個5dB T型同阻式（Z1=Z2=50）固定衰減器。II、設計一有源“T”型衰減器III、用PNA網(wǎng)絡分析儀測量衰減器(1)測失配負載在6002600MHz的駐波比（S11的回損，回波損耗就是衰減器的駐波比）頻率/MHz駐波比6001.391 8001.389 10001.389 12001.382 14001.371 16001.370 18001.370 20001.374 22001.370 24001.361 26001.353(2)測衰減器在600MHz-2600MHz的插損和

8、回波損耗a.S21對數(shù)幅度：在600MHz-2600MHz范圍內(nèi)為一條直線，值為-10.00dBb.S11駐波比、對數(shù)幅度頻率/MHz駐波比對數(shù)幅度/dB6001.028 -37.180 8001.033 -36.237 10001.037 -35.412 12001.047 -33.284 14001.051 -32.140 16001.050 -32.103 18001.047 -32.690 20001.043-33.834 22001.036 -35.631 24001.030-37.024 26001.023-39.164史密斯圓圖：600MHz 51.34歐姆S21對數(shù)幅度： S11駐波比 S11對數(shù)幅度： Smith圓圖：六、練習題設計10dB 型同阻式（Z1=Z2=50）固定衰減器。七、思考題1、 用矢網(wǎng)測元件的回波損耗時為什要做開路、短路和匹配三項校正？答：為了修正矢量網(wǎng)絡分析儀的系統(tǒng)誤差，提高精度。2、 畫出PIN的正、反向偏置等效電路答：PIN的正、反向偏置等效電路如下圖：3、舉例說明衰減器的應用答：用于雷達抗干擾中的跳變衰減器: 是一種衰減量能突變的可變衰減器,平時不引入衰減,遇到外界干擾時,突然加大衰減。作為振蕩器與負載之間的去耦合元件。在微波超外差接收機中對本振輸出功率進行控制,獲得最佳噪聲系數(shù)和變頻損耗,達到最佳接收效果。