第十一講功率衰減器

第四章功率衰減器主要內(nèi)容功率衰減器的原理集總參數(shù)衰減器分布參數(shù)衰減器PIN二極管電調(diào)衰減器步進(jìn)式衰減器功率衰減器基本原理從微波網(wǎng)絡(luò)觀點(diǎn)看，衰減器是一個(gè)二端口有耗微波網(wǎng)絡(luò)。它屬于通過型微波元件。可對(duì)RF/MW信號(hào)產(chǎn)生一定的衰減。若信號(hào)輸入端的功率為P1，而輸出端的功率為P2，衰減器的功率衰減量為A（dB）。若P1、P2以分貝毫瓦（dBm）表示，則兩端功率間的關(guān)系為：

P2(dBm)=P1(dBm)-A(dB)即衰減量為：衰減器的主要用途控制功率電平在微波超外差接收機(jī)中對(duì)本振輸出功率進(jìn)行控制，獲得最佳噪聲系數(shù)和變頻損耗，達(dá)到最佳接收效果。在微波接收機(jī)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，改善動(dòng)態(tài)范圍。去耦元件作為振蕩器與負(fù)載之間的去耦合元件。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)作為比較功率電平的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。用于雷達(dá)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(shí)不引入衰減，遇到外界干擾時(shí)，突然加大衰減。衰減器的技術(shù)指標(biāo)工作頻帶由于射頻/微波結(jié)構(gòu)與頻率有關(guān)，不同頻段的元器件，結(jié)構(gòu)不同，也不能通用。衰減量衰減量的大小由構(gòu)成衰減器的材料和結(jié)構(gòu)確定。衰減量用分貝作單位，便于整機(jī)指標(biāo)計(jì)算。功率容量材料結(jié)構(gòu)確定后，衰減器的功率容量就確定了。如果讓衰減器承受的功率超過這個(gè)極限值，衰減器就會(huì)被燒毀?；夭〒p耗兩端的輸入輸出駐波比應(yīng)盡可能小，以避免對(duì)兩端電路有影響，即兩端電路都是匹配的衰減器的基本構(gòu)成構(gòu)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(luò)就是集總參數(shù)衰減器。通過一定的工藝把電阻材料放置到不同波段的射頻/微波電路結(jié)構(gòu)中就形成了相應(yīng)頻率的衰減器。如果是大功率衰減器，體積肯定要加大，關(guān)鍵就是散熱設(shè)計(jì)衰減器的基本構(gòu)成隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，在許多場(chǎng)合要用到快速調(diào)整衰減器。通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式：半導(dǎo)體小功率快調(diào)衰減器，如PIN管或FET單片集成衰減器；開關(guān)控制的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)，開關(guān)可以是電子開關(guān)，也可以是射頻繼電器。集總參數(shù)衰減器利用電阻構(gòu)成的T型或П型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集總參數(shù)衰減器，通常情況下，衰減量是固定的，由三個(gè)電阻值決定。電阻網(wǎng)絡(luò)兼有阻抗匹配或變換作用。根據(jù)電路兩端使用的阻抗不同，可分為：同阻式異阻式Z1、Z2是電路輸入端、輸出端的特性阻抗T型和Π型功率衰減器集總參數(shù)衰減器的設(shè)計(jì)同阻式衰減器兩端的阻抗相同，即Z1＝Z2，不需要考慮阻抗變換，直接應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的辦法求出衰減量與各電阻值的關(guān)系。異阻式衰減器級(jí)聯(lián)后要考慮阻抗變換，可通過增加阻抗變換即可利用同阻式衰減器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。T型同阻式設(shè)計(jì)（Z1=Z2=Z0）對(duì)于T型同阻式衰減器，取Rs1=Rs2。我們可以利用三個(gè)［A］參數(shù)矩陣相乘的辦法求出衰減器的［A］參數(shù)矩陣，再換算成［S］矩陣，就能求出它的衰減量。串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的［A］網(wǎng)絡(luò)參數(shù)如右：Rsi的傳輸矩陣：Rp的傳輸矩陣：T型同阻式設(shè)計(jì)（Z1=Z2=Z0）[A]矩陣相乘得：轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為：T型同阻式設(shè)計(jì)（Z1=Z2=Z0）

對(duì)衰減器的要求是衰減量為A=20lg|s21|(dB)端口匹配10lg|s11|=-∞。T型同阻式設(shè)計(jì)（Z1=Z2=Z0）求解聯(lián)立方程組就可解得各個(gè)阻值。下面就是這種衰減器的設(shè)計(jì)公式：П型同阻式設(shè)計(jì)（Z1=Z2=Z0）對(duì)于П型同阻式衰減器，取Rp1=Rp2，可以用上述T型同阻式衰減器的分析和設(shè)計(jì)方法。利用三個(gè)［A］參數(shù)矩陣相乘的辦法求出衰減器的［A］參數(shù)矩陣，再換算成［S］矩陣，就能求出它的衰減量。異阻式集總參數(shù)衰減器設(shè)計(jì)異阻式集總參數(shù)衰減器時(shí)，級(jí)聯(lián)后要考慮阻抗變換。T型異阻式П型異阻式集總羽參數(shù)蹲衰減認(rèn)器設(shè)防計(jì)實(shí)賽例1設(shè)計(jì)津一個(gè)5d差BT型同恰阻式石（Z1=Z2=5紀(jì)0Ω）固匙定衰柱減器嘴。解：同阻中式集直總參守?cái)?shù)衰偉減器A拋=鳳5d殖B，由榮設(shè)計(jì)所公式錦計(jì)算蕩元件限參數(shù)供：集總惑參數(shù)狗衰減偽器設(shè)沿計(jì)實(shí)博例1仿真偷結(jié)果禮分析奏：由上萍述計(jì)遺算結(jié)召果畫弟出電悼路圖燭，在An肥so游ft據(jù)D案es園ig舟ne圈r或Mi罷cr姜ow揪av蘋e隨Of矮fi熄ce上可展得仿概真結(jié)輔果.集總熊參數(shù)片衰減陶器設(shè)作計(jì)實(shí)逢例2設(shè)計(jì)10遮dB貓П型同步阻式此（Z1=Z2=5嫌0Ω）固嚴(yán)定衰目減器妻。解：同阻城式集輝總參膠數(shù)衰循減器A=捉10握dB，由錄設(shè)計(jì)取公式嘗計(jì)算偏元件襪參數(shù)撿：集總傅參數(shù)打衰減埋器設(shè)戀計(jì)實(shí)奪例2仿真銳結(jié)果宴分析毫：由上趨述計(jì)領(lǐng)算結(jié)衛(wèi)果畫丙出電君路圖攏，在An俯so膏ft腔D冒es平ig旅ne燭r或Mi爛cr未ow慰av龜e健Of兩fi繩ce上可絡(luò)得仿液真結(jié)霸果.集總壁參數(shù)蹦衰減悅器設(shè)徹計(jì)實(shí)調(diào)例3設(shè)計(jì)10皮dB掏П型異杏阻式共（Z1=5竭0Ω，Z2=7樣5Ω）固江定衰強(qiáng)減器壁。解：異阻材式集慨總參某數(shù)衰的減器A=晨10俱d眨B，由猛設(shè)計(jì)席公式拉計(jì)算慨元件撫參數(shù)電：集總寒參數(shù)扮衰減毫器設(shè)仇計(jì)實(shí)結(jié)例3仿真催結(jié)果趁分析拿：由上貼述計(jì)舉算結(jié)筑果畫桿出電克路圖徹，在An桐so擊ft丟D雅es遵ig暖ne哪r或Mi掉cr暗ow還av械e蝕Of輝fi別ce上可測(cè)得仿姻真結(jié)藝果.分布治參數(shù)罵衰減村器同軸遣型衰悔減器在同賺軸系悼統(tǒng)中孟，吸友收式宮衰減泳器的敵結(jié)構(gòu)六有三勢(shì)種形明式：內(nèi)外若導(dǎo)體朱間電余阻性濕介質(zhì)傳填充內(nèi)導(dǎo)蚊體串缺聯(lián)電沸阻帶狀翻線衰約減器效轉(zhuǎn)換候?yàn)橥暂S形護(hù)式（a）準(zhǔn)填充;（b）徹串聯(lián);（c）指帶狀窯線分布瞇參數(shù)卸衰減帶器截止它式衰世減器毀截止詞式衰竹減器肯又稱屯“過狼極限兩衰減曬器”惕，是籠用截最止波若導(dǎo)制滔成的線。它是舌根據(jù)舅當(dāng)工源作波軌長(zhǎng)遠(yuǎn)愧大于食截止揀波長(zhǎng)λc時(shí)，歲電磁塑波的聽幅度守在波叨導(dǎo)中士按指機(jī)數(shù)規(guī)規(guī)律衰擊減的爹特性堂來實(shí)疲現(xiàn)衰撥減的關(guān)。波導(dǎo)酬型衰僵減器吸收?qǐng)@式衰趣減器半最簡(jiǎn)濁單的隙波導(dǎo)量吸收小式衰隸減器座是在局波導(dǎo)乓中平買行于迷電場(chǎng)善方向帥放置紡具有麥一定男衰減蔽量的勿吸收副片組腦成的咬。根猴據(jù)能古夠改撿變吸培收片忠的位齒置和賊面積半，可徹分為恢固定痰式和蹤蝶可變聚式。因?yàn)橐娪袚p眾耗性籌薄膜懇或介債質(zhì)表抵面有—定電麗阻，丑所以當(dāng)沿其莫表面記的電處磁波眠電場(chǎng)客切向登分量秤，將棍在其表上引蹦起傳補(bǔ)導(dǎo)電股流，項(xiàng)形成屯焦耳滲熱損躲耗并秧以熱泥能的振形式貌散發(fā)憂掉。只要填控制蝦衰減娃器衰禮減量竟，信碌號(hào)經(jīng)示過衰帥減器紀(jì)后就姿被減塌弱到岸所需絨電平璃。吸收精式衰聽減器刀形飯旋轉(zhuǎn)待吸收衛(wèi)片衰廁減器沈比橫帖向移托動(dòng)吸和收片陰衰減客器顯拆得優(yōu)為越，慨在結(jié)淹構(gòu)、搖安裝馳等方甩面也蒜比較辰簡(jiǎn)便春。這盟種形疊式的彼衰減炊器結(jié)師構(gòu)簡(jiǎn)饞單加漠工容在易，被適于守成批兄生產(chǎn)范。橫向蠅移動(dòng)耀式和株刀片爺式衰陷減器浴都是廣粗調(diào)浴式，精度蛋都不張高，需要字校準(zhǔn)銷曲線波才有花定量轉(zhuǎn)衰減某。極化崖吸收強(qiáng)式衰緒減器極化城吸收塊式衰助減器閑是一倒種精老密衰尚減器互，其陡結(jié)構(gòu)廣由三忙段波千導(dǎo)組紋成。兩端攔是固慣定的伍矩形毯波導(dǎo)攪到圓固柱波篩導(dǎo)的壞過渡且段中間宮是一珍段可熄以繞營(yíng)縱軸斥轉(zhuǎn)動(dòng)黎的圓斬柱波螞導(dǎo)。在每蒙段波行導(dǎo)中裕部沿否軸向吳放置搶厚度輩極薄蹦的能姑完全島吸收握與其貞平行癢的切口向電謀場(chǎng)的潛吸收圍片，隸各段坐中吸虜收片啄的相腐對(duì)位仁置如腎圖中牙所示形。圓柱涌波導(dǎo)更旋轉(zhuǎn)尋的角噸度θ可以邊用精脊密傳柳動(dòng)系與統(tǒng)測(cè)常量并落顯示旗出來約，角希度的泳變化阻也就冤是極亡化面岡的變應(yīng)化。A=怖20綱l念g某(c亞os眨θ)微帶英型衰橡減器在微禾帶線攏的表蘿面鍍密膜一辟層電燥阻材置料即劃可實(shí)嘩現(xiàn)衰偉減，軋也可丑用涂匹覆方熊法實(shí)定現(xiàn)衰宅減。近代器常用緩吸波喇橡膠切材料糕，將寸其裁陷剪至社合適天尺寸隱，用失膠粘猜到電完路上臺(tái)。在口微波靠有源憐電路歐的調(diào)稅整中成，會(huì)忌用到煎吸波故材料戒消除隙高次耀模、扯諧雜宋波影講響，余控制五組件外泄露刊等。匹配習(xí)負(fù)載匹配址負(fù)載盡是個(gè)找單口敗網(wǎng)絡(luò)渣，實(shí)潮現(xiàn)匹幻玉配的挑原理忌與衰暑減的劉原理砍相同派。通輸常，闊衰減壟器是太部分鑒吸收榆能量棗，匹新配負(fù)偽載是碧全吸戀收負(fù)鬧載，拒而且里頻帶糞足夠隆寬。同軸亡和微甩帶中昂，匹在配負(fù)笛載的膀電阻駐通常兩是50紅Ω，可歇以用廚電阻夜表測(cè)必量。褲因此悼，集病總元爸件電后阻可梁以用提來實(shí)慨現(xiàn)窄愛帶匹決配負(fù)韻載。勁微波洋工程棵中，葬用50西Ω貼片涉電阻緩實(shí)現(xiàn)撈微帶每匹配淘負(fù)載醋。波導(dǎo)廉、同渴軸和廁微帶至匹配哲負(fù)載葛結(jié)構(gòu)PI倚N二極息管電溪調(diào)衰套減器PI橋N二極睛管PI遇N二極隆管就臟是在恐重?fù)竭B雜P+、N+之間敗夾了弓一段敞較長(zhǎng)促的本霧征半熱導(dǎo)體售所形默成的馬半導(dǎo)餓體器奶件，閉中間I層長(zhǎng)鑒度為洽幾到唉幾十娛微米塑。直流荷偏置燃在零秋偏與詢反偏案下，PI翁N(yùn)管均汽不能迫導(dǎo)通替，呈議現(xiàn)大藍(lán)電阻古。正偏境時(shí)，P+、N+分別析從兩扯端向I區(qū)注塘入載扁流子必，它焦們到充達(dá)中稀間區(qū)榆域復(fù)切合。PI梅N管一膏直呈燃現(xiàn)導(dǎo)櫻通狀窩態(tài)，村偏壓擴(kuò)（流燭）越割大，茫載流斯子數(shù)臨目越記多，向正向阿電阻夜越小穩(wěn)。PI岔N二極局管交流渠信號(hào)求作用鉤下的壟阻抗浪特性喜頻率款較低母時(shí)，蓄正向例導(dǎo)電錫，反邊向截野止，鉗具有泄整流介特性遼。頻率逗較高判時(shí)，館正半磨周來母不及拿復(fù)合餐，負(fù)攪半周燙不能男完全洲抽空勒，I區(qū)總閣有一胡定的顧載流壘子維刮持導(dǎo)女通。小信蜓號(hào)時(shí)I區(qū)的升載流蠅子少半，大況信號(hào)祖時(shí)I區(qū)的淡載流否子多停。所社以，拖高頻償大信遺號(hào)時(shí)獅電阻跡大，略小信塑號(hào)時(shí)歷電阻抓小。PI蛛N二極顯管的廣特性直流蛾反偏東時(shí)，尸對(duì)微夫波信明號(hào)呈叫現(xiàn)很偵高的蠻阻抗具，正錄偏時(shí)焦呈現(xiàn)猴很低喚的阻將抗。撈可用會(huì)小的釣直流氧（低握頻）每功率淚控制廟微波豈信號(hào)獅的通話斷，雷用作閑開關(guān)潤(rùn)、芬數(shù)字古移相派等。直流莫從零億到正少偏連因續(xù)增欠加時(shí)凍，對(duì)絨微波百信號(hào)脅呈現(xiàn)爬一個(gè)掙線性蕩電阻熔，變或化范魚圍從艙幾兆撇歐到趕幾歐蹄姆，喝用作授可調(diào)問衰減皮器。只有盲微波韻信號(hào)用時(shí)，I區(qū)的幣信號(hào)改積累塔與微玻波功玩率有摩關(guān)，丈微波真功率朽越大令，管傻子阻麥抗越啟大，曲用作脂微波梳限幅擁器。大功如率低娃頻整烘流器現(xiàn)，I區(qū)的儉存在愈使得醋承受孔功率在比普篇通整乳流管她大的椒多。電調(diào)賭衰減飛器利用PI損N管正幻玉偏電閃阻隨伙電流潛變化兆這一墾特點(diǎn)戀，調(diào)程節(jié)偏麻流改恭變電羊阻，近可以扔控制PI壺N開關(guān)胡插入芝衰減逃量，氧這就槽是電尚調(diào)衰夠減器舞。單管傘電調(diào)閉衰減圓器在微馳帶線憐中打秩孔并碼接一錦個(gè)PI建N管，槳改變膨控制速信號(hào)蘿就可蓮改變壯輸出雀功率譜的大敬小。傲這種悔結(jié)構(gòu)屆的衰專減器貢輸入該電壓緣瑞駐波源比大射。3叮dB定向黎耦合韻器型伐衰減融器3餓dB定向緊耦合優(yōu)器型級(jí)衰減屑器是校一種喝匹配默型衰鮮減器秩。微波搶功率避從1口輸度入，棚分兩溫路從2、3口反遇射后模從4口疊央加輸訊出。若2、3口匹賞配(Rf≈0短)，則4口無勿輸出柜。若2、3口全綠反射合，則4口輸嚇出最社大，Z2=Z3=Rf+Z0。同步微調(diào)節(jié)善兩只值管子曠偏流剖，可稈以改拳變4口輸訓(xùn)出功亮率。吸收啄陣列緞式電構(gòu)調(diào)衰貨減器利用臂多個(gè)PI恥N管合蒼理布范置可貴制成芹頻帶井寬、層動(dòng)態(tài)箱范圍摧大、卡駐波夜比小劃、功方率容全量大扣的陣庭列式姑電調(diào)內(nèi)衰減緊器。PI叼N管等野距排烏列，悼但偏厲流不釘同。鼻單節(jié)浸衰減識(shí)器的京影像行反射正系數(shù)關(guān)和衰盡減分定別為韻：陣列是式電亡調(diào)衰檢減器號(hào)(a遇)朵PI剃N二極丸管陣松列；(b售)反偏暈或零郊偏；(c拳)正偏吸收煌陣列攻式電夠調(diào)衰祥減器|YD|?。≧f大）鼻，嘩反射暈小，黎衰減南小，檔駐波茫比小|YD|大（Rf?。┫疲唇粕浯笪?，衰襲減大耗，駐遠(yuǎn)波比葉大。所以很，由命左到貪右，Rf依次孝遞減屋，可繪得到數(shù)較好糞的性段能。PI爭(zhēng)N管限姻幅器由于PI嶼N工作翼區(qū)載由流子皂數(shù)目嬌在零爪偏時(shí)籠與微嚼波信騙號(hào)幅狗度成侄正比摸，小階信號(hào)志時(shí)Rj很大典，不稈衰減褲；信筋號(hào)增要大時(shí)閃，Rj下降內(nèi)，衰膽減增車加；夾當(dāng)信改號(hào)很使強(qiáng)時(shí)濁，Rj很大鏈，對(duì)聰信號(hào)瘦的衰鉛減也論很大沖，可還起自孕動(dòng)限湊幅作踐用。限幅緞?dòng)玫腜I麥N管工蓮層較村薄（慶約1μ傻m），享對(duì)功姜率反錘應(yīng)靈退敏。做當(dāng)輸車入功胖率達(dá)虎到限朵幅功蝴率時(shí)委，輸籌入功譯率再罵大，照輸出征功率端也不麻會(huì)增交加。在微緩波接廣收機(jī)脾的前修端都麗放置東有PI停N限幅謹(jǐn)器，坑以保比護(hù)低當(dāng)噪放堅(jiān)不被劣意外蠢信號(hào)船燒毀嗽。雙管轎限幅蠟器及混其特憶性PI僵N管限頁幅器步進(jìn)遺式衰亦減器固定盆衰減吐