微波控制電路

微波控制電路第1頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表1開關(guān)器件的性能比較第2頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.開關(guān)的基本原理

1)開關(guān)器件原理

鐵氧體開關(guān)的原理是改變偏置磁場(chǎng)方向,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)磁率的改變,以改變信號(hào)的傳輸常數(shù),達(dá)到開關(guān)目的。PIN管在正反向低頻信號(hào)作用下,對(duì)微波信號(hào)有開關(guān)作用。正向偏置時(shí)對(duì)微波信號(hào)的衰減很?。?.5dB）,反向偏置時(shí)對(duì)微波信號(hào)的衰減很大（25dB）。第3頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

BJT和FET開關(guān)以基極（柵極）的控制信號(hào)決定集電極（漏極）和發(fā)射極（源極）的通斷。放大器有增益,反向隔離大,特別適合于MMIC開關(guān)。

MEMS微機(jī)電器件也可以用作開關(guān)器件。第4頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2)微波開關(guān)電路 開關(guān)器件與微波傳輸線的結(jié)合構(gòu)成微波開關(guān)組件。以PIN和MESFET為例。其中MESFET工作在無源模式。開關(guān)按照接口數(shù)量定義,代號(hào)為PT,如單刀單擲(SPST)、單刀雙擲（SPDT）、雙刀雙擲（DPDT）、單刀六擲（SP6T）等。第5頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月封裝后pin二極管等效電路第6頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月GaAsMESFET在低阻時(shí)（柵極0偏）GaAsMESFET在高阻時(shí)（柵極偏壓不低于夾斷電壓）無源模式MESFET的器件結(jié)構(gòu)和高阻態(tài)等效電路第7頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無源模式MESFET的高阻態(tài)等效電路和簡(jiǎn)化電路典型值：Coff0.2pFRoff2kΩ第8頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)設(shè)計(jì)：串聯(lián)結(jié)構(gòu)和等效電路插入損耗和隔離度注：鍵合帶有電感第9頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)結(jié)構(gòu)和等效電路插入損耗和隔離度第10頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月舉例：MA47892：工作在3.18GHz時(shí)，正向偏置為0.4+j6Ω;

反向偏置為0.5-j44Ω串聯(lián)時(shí)：并聯(lián)時(shí)：MA47899：工作在3.18GHz時(shí)，正向偏置為1+j6Ω;

反向偏置為4-j494Ω串聯(lián)時(shí)：并聯(lián)時(shí)：第11頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月器件電抗補(bǔ)償以并聯(lián)安裝為例，在高阻態(tài)下，可以一高阻和一小電容并聯(lián)來等效，總導(dǎo)納可用一感性電納來降低插入損耗和隔離度改寫為：注：這種補(bǔ)償是容易的，因?yàn)樵诼┰撮g沒有直流電位差第12頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月舉例：MA47892：未補(bǔ)償時(shí)：補(bǔ)償時(shí)：

柵極GaAsMESFET：工作在10GHz時(shí)，Roff=3kΩ,Coff=0.25pF未補(bǔ)償時(shí)：補(bǔ)償時(shí)：第13頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(a)并聯(lián)型;(b)串聯(lián)型

單刀雙擲（SPDT）開關(guān)：第14頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用MESFET作為并聯(lián)安裝SPDT開關(guān)的一個(gè)例子，頻率10GHz第16頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月串、并聯(lián)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖示為SP3T開關(guān)的微帶結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注：“通”態(tài)時(shí)，Zse為低阻Zl，Zsh為高阻Zh；反之，“斷”態(tài)時(shí)，Zse為高阻Zh，Zsh為低阻Zl最簡(jiǎn)串并聯(lián)復(fù)合開關(guān)結(jié)構(gòu)及等效電路插入損耗：隔離度：第19頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注：串、并聯(lián)開關(guān)在隔離度上有了很大改善，在插損上比串聯(lián)開關(guān)好是因?yàn)樗档土朔瓷鋼p耗第20頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月寬帶串－并開關(guān)結(jié)構(gòu)通態(tài)時(shí)像低通濾波器，斷態(tài)時(shí)像高通濾波器第21頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如上圖示，對(duì)于通態(tài)對(duì)于斷態(tài)第22頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月仿真練習(xí)：設(shè)計(jì)一開關(guān)開關(guān)結(jié)構(gòu)：SPDT駐波比：＜1.25頻率：5-6GHz插入損耗：＜2dB隔離度：＞40dB第23頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)速度：測(cè)量開關(guān)速度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備第25頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開通延時(shí)、開通開關(guān)、關(guān)斷延時(shí)、關(guān)斷開關(guān)各項(xiàng)有關(guān)開關(guān)速度的術(shù)語(yǔ)第26頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響開關(guān)速度的因素1、開關(guān)器件本征層寬度、載流子遷移率、耐功率能力

2、偏置網(wǎng)絡(luò)第27頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

移相器

在通信系統(tǒng)中,調(diào)相是對(duì)微波信號(hào)相位的控制,在雷達(dá)系統(tǒng)中,相控陣天線是要控制送入天線陣每個(gè)單元信號(hào)的相位,實(shí)現(xiàn)天線波束的調(diào)整。這些相位控制電路就是移相器。鐵氧體、PIN、BJT、FET或MEMS器件都可以構(gòu)成相移器。

第28頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月移相器的主要技術(shù)指標(biāo)1.工作頻帶

移相器工作頻帶是指移相器的技術(shù)指標(biāo)下降到允許界限值時(shí)的頻率范圍。2.相移量

移相器是兩端口網(wǎng)絡(luò)，相移量是指不同控制狀態(tài)時(shí)的輸出信號(hào)相對(duì)于參考狀態(tài)時(shí)輸出信號(hào)的相對(duì)相位差。3.相位誤差

相位誤差指標(biāo)有時(shí)采用最大相移偏差來表示，也就是各頻點(diǎn)的實(shí)際相移和理論相移之間的最大偏差值；有時(shí)給出的是均方根（RMS）相位誤差，是指各位相位誤差的均方根值。第29頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

傳輸線上相鄰的波腹點(diǎn)和波谷點(diǎn)的電壓振幅之比為電壓駐波比，用VSWR表示。5.電壓駐波比4.插入損耗

插入損耗定義為傳輸網(wǎng)絡(luò)未插入前負(fù)載吸收功率與傳輸網(wǎng)絡(luò)插入后負(fù)載吸收功率之比的分貝數(shù)。6.開關(guān)時(shí)間和功率容量

開關(guān)元件的通斷轉(zhuǎn)換，有一個(gè)變化的過程，需要一定的時(shí)間，這就是開關(guān)時(shí)間。移相器的開關(guān)時(shí)間主要取決于驅(qū)動(dòng)器和所采用的開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間。移相器的功率容量主要是指開關(guān)元件所能承受的最大微波功率。開關(guān)的安全工作取決于開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)允許通過的最大導(dǎo)通電流和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)兩端能夠承受的最大電壓。第30頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種微波移相器類型第31頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)線型移相器等效電路第32頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加載線型移相器引入電納B，透射波與入射波相比，相位延遲，缺點(diǎn)是有反射，b為歸一化電納第33頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說明加載型移相器基本機(jī)理的電路加載線型移相器常用于對(duì)和移相設(shè)計(jì)。由b引起的反射為：電壓傳輸系數(shù)T則可以寫成：所引入的相位差為：

第34頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月改進(jìn)：等效傳輸線電長(zhǎng)度：第35頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加載線型移相器結(jié)構(gòu)主線安裝類型加載線移相器短截線安裝類型加載線移相器第36頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反射型移相器第38頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通過環(huán)流器或混合接頭將單端口轉(zhuǎn)換成二端口混合接頭優(yōu)于環(huán)形器：1.在MIC和MMIC中更容易集成2.用了兩個(gè)開關(guān)器件，耐功率能力提高2倍第39頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)網(wǎng)絡(luò)型移相器用于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)移相器的低通和高通濾波器開關(guān)線型移相器是開關(guān)網(wǎng)絡(luò)移相器的特殊情況，但開關(guān)網(wǎng)絡(luò)移相器能實(shí)現(xiàn)更寬的頻帶或獲得希望的頻率響應(yīng)。第41頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月移相若用π型結(jié)構(gòu)代替前面T型結(jié)構(gòu)，則假定匹配和無損耗，可得第42頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采用六只MESFET的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)移相器第43頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放大器型移相器1.調(diào)諧雙柵MESFET移相器

在這種設(shè)計(jì)中，雙柵MESFET的第二柵（靠近漏極）用作信號(hào)輸入柵極，而第一柵（靠源級(jí)較近）用作控制柵。像MESFET放大器設(shè)計(jì)情況一樣，在輸入和輸出二極管上兩端都需要匹配電路。調(diào)諧電抗接在第一柵和地之間。控制輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間相移的控制電壓加在柵極1上，由于改變器件參數(shù)（如柵極1至源極電容）和外接調(diào)諧阻抗（它可能是串聯(lián)電感）之間相互作用就獲得相位控制。

第44頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.采用可切換SPDT放大器有源移相器

這類移相器結(jié)構(gòu)如下所示，輸入信號(hào)在兩個(gè)相同放大器之間切換。在其中一個(gè)放大器輸出端附加一線段長(zhǎng)度產(chǎn)生所需的相位。這兩路信號(hào)在功率合成電路中相加。Wilkinson功率合成器引入3dB損耗，但從放大器有用增益看，這3dB損耗認(rèn)為是不嚴(yán)重的，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是電路移相部分與其它設(shè)計(jì)無關(guān)。

利用SPDT放大器的移相器方框圖

第45頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功率衰減器1功率衰減器的原理2集總參數(shù)衰減器3分布參數(shù)衰減器4PIN二極管電調(diào)衰減器5步進(jìn)式衰減器第46頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月功率衰減器的原理

衰減器的技術(shù)指標(biāo)

工作頻帶、衰減量、功率容量、回波損耗等

(1)

工作頻帶?，F(xiàn)代同軸結(jié)構(gòu)的衰減器使用的工作頻帶相當(dāng)寬。

(2)

衰減量。

圖衰減器的功率衰減量設(shè)為A（dB）。若P1、P2以分貝毫瓦（dBm）表示，則 第47頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(3)

功率容量。 衰減器是一種能量消耗元件，功率消耗后變成熱量。為免燒壞，設(shè)計(jì)和使用時(shí)，必須明確功率容量。

(4)

回波損耗。

反映衰減器的駐波比。衰減器應(yīng)與兩端電路都是匹配的。第48頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

衰減量動(dòng)態(tài)范圍

在控制參量的變化范圍內(nèi)，衰減量的變化范圍，針對(duì)可變衰減器

衰減量頻帶特性

要求在寬的頻率范圍內(nèi)，在控制參量一定時(shí)，衰減量變動(dòng)很小

其他指標(biāo)：第49頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

衰減器的基本構(gòu)成

基本材料是電阻性材料。電阻衰減網(wǎng)絡(luò)是衰減器的一種基本形式，也是集總參數(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，體積要加大，關(guān)鍵是散熱設(shè)計(jì)。第50頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

可快速調(diào)整的衰減器：

1、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；

2、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。第51頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 衰減器的主要用途

(1)控制功率電平

(2)

去耦元件

(3)

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

(4)

用于雷達(dá)抗干擾中的跳變衰減器第52頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集總參數(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，可分為同阻式和異阻式。(a)T型功率衰減器；(b)Π型功率衰減器

Z1、Z2為特性阻抗第53頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1

同阻式集總參數(shù)衰減器

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。

1.T型同阻式（Z1=Z2=Z0）

如上圖（a）所示，取Rs1=Rs2，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)如下:第54頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Rs1的轉(zhuǎn)移矩陣

Rp的轉(zhuǎn)移矩陣 相乘得

第55頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為第56頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)衰減器的要求是衰減量為A=20lg|s21|(dB)，端口匹配10lg|s11|=-∞。求解聯(lián)立方程組就可解得各個(gè)阻值。第57頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.П型同阻式（Z1=Z2=Z0）

如上圖（b），取Rp1=Rp2，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。

第58頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2

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。

1.T型異阻式第59頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.П型異阻式第60頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3

集總參數(shù)衰減器設(shè)計(jì)實(shí)例

設(shè)計(jì)實(shí)例一：

設(shè)計(jì)一個(gè)5dBT型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰減器。 步驟一:同阻式集總參數(shù)衰減器A=-5dB，由公式計(jì)算元件參數(shù):第61頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

步驟二:利用ADS仿真衰減器特性。第62頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 設(shè)計(jì)實(shí)例二：

設(shè)計(jì)10dBП型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰減器。 步驟一：同阻式集總參數(shù)衰減器A=-10dB，由公式計(jì)算元件參數(shù)：第63頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

步驟二:利用ADS仿真衰減器特性。第64頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 設(shè)計(jì)實(shí)例三：

設(shè)計(jì)10dBП型異阻式（Z1=50Ω，Z2=75Ω）固定衰減器。 步驟一:異阻式集總參數(shù)衰減器A=-10dB：

第65頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

步驟二:利用ADS仿真。第66頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3分布參數(shù)衰減器

1

同軸型衰減器

1.

吸收式衰減器

在同軸系統(tǒng)中，吸收式衰減器的結(jié)構(gòu)有三種形式：內(nèi)外導(dǎo)體間電阻性介質(zhì)填充、內(nèi)導(dǎo)體串聯(lián)電阻和帶狀線衰減器轉(zhuǎn)換為同軸形式。衰減量的大小與電阻材料的性質(zhì)和體積有關(guān)。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，功率容量大，起始衰減量小，穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是精度較差。第67頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三種同軸結(jié)構(gòu)吸收式衰減器（a）填充;（b）串聯(lián);（c）帶狀線第68頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.

截止式衰減器

又稱“過極限衰減器”，用截止波導(dǎo)制成，根據(jù)當(dāng)工作波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于截止波長(zhǎng)λc時(shí)，電磁波的幅度在波導(dǎo)中按指數(shù)規(guī)律衰減的特性來實(shí)現(xiàn)。

工作波長(zhǎng)范圍衰減量?jī)?yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，精度高，可用作標(biāo)準(zhǔn)衰減器。缺點(diǎn)是起始衰減量太大。dB第69頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月截止式衰減器第70頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月波導(dǎo)型衰減器

1.

吸收式衰減器

吸收式衰減器結(jié)構(gòu)示意圖

(a)固定式；(b)可變式第71頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.

極化吸收式衰減器

圓柱波導(dǎo)旋轉(zhuǎn)的角度θ可以用精密傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)量并顯示出來，角度的變化也就是極化面的變化。 極化衰減器的衰減量為

A=20lg(cosθ)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，精度高，起始衰減量小，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較昂貴。第72頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月極化吸收式衰減器原理圖第73頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

微帶型衰減器

匹配負(fù)載

同軸和微帶中，匹配負(fù)載的電阻通常是50Ω，可以用電阻表測(cè)量。集總元件電阻可以用來實(shí)現(xiàn)窄帶匹配負(fù)載。微波工程中，用51Ω貼片電阻實(shí)現(xiàn)微帶匹配負(fù)載。第74頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PIN二極管電調(diào)衰減器

PIN二極管

PIN二極管是在重?fù)诫sP+、N+之間夾一段較長(zhǎng)的本征半導(dǎo)體所形成的半導(dǎo)體器件，中間I層長(zhǎng)度為幾到幾十微米。PIN二極管結(jié)構(gòu)示意第75頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.

直流特性在零偏與反偏下，PIN管均不能導(dǎo)通，呈現(xiàn)大電阻；正偏時(shí)，P+、N+分別從兩端向I區(qū)注入載流子，它們到達(dá)中間區(qū)域復(fù)合。PIN管一直呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，偏壓（流）越大，載流子數(shù)目越多，正向電阻越小。

2.

交流信號(hào)作用下的阻抗特性

頻率較低時(shí)，正向?qū)щ?，反向截止，具有整流特性? 頻率較高時(shí)，正半周來不及復(fù)合，負(fù)半周不能完全抽空，I區(qū)總有一定的載流子維持導(dǎo)通。第76頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.

微波信號(hào)激勵(lì)時(shí)的特性

(1)

直流反偏時(shí)，對(duì)微波信號(hào)呈現(xiàn)很高的阻抗，正偏時(shí)呈現(xiàn)很低的阻抗?？捎眯〉闹绷鳎ǖ皖l）功率控制微波信號(hào)的通斷，用作開關(guān)、數(shù)字移相等。

(2)

直流從零到正偏連續(xù)增加時(shí)，對(duì)微波信號(hào)呈現(xiàn)一個(gè)線性電阻，變化范圍從幾兆歐到幾歐姆，用作可調(diào)衰減器。

第77頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電調(diào)衰減器

利用PIN管正偏電阻隨電流變化這一特點(diǎn)，調(diào)節(jié)偏流改變電阻，實(shí)現(xiàn)電調(diào)衰減器。

1.

單管電調(diào)衰減器

在微帶線中打孔接一個(gè)PIN管，改變控制信號(hào)就可改變輸出功率的大小。這種結(jié)構(gòu)的衰減器輸入電壓駐波比較大。第78頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微帶單管電調(diào)衰減器第79頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.

π型衰減器

可變衰減器的一個(gè)重要特性是它的輸入阻抗可保持不變，使得衰減器在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)保持匹配。 可由pin管的特性產(chǎn)生需要的電阻值第80頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可變衰減器的一個(gè)重要特性是它的輸入阻抗保持不變，使得衰減器在整個(gè)工作范圍內(nèi)保持匹配。實(shí)現(xiàn)的方法之一是圖中所示的型網(wǎng)絡(luò)。

為了匹配，網(wǎng)絡(luò)阻抗對(duì)右側(cè)并聯(lián)后應(yīng)該等于，那就是：

衰減比可寫為：消去得：從而可得：第81頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.3dB定向耦合器型衰減器

3dB定向耦合器型衰減器的原理和微帶結(jié)構(gòu)第82頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.

吸收陣列式電調(diào)衰減器

多個(gè)PIN管合理布置可制成頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、駐波比小、功率容量大的陣列式電調(diào)衰減器。PIN管等距排列，但偏流不同。單節(jié)衰減器的反射系數(shù)和衰減分別為第83頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

陣列式電調(diào)衰減器(a)PIN二極管陣列；(b)反偏或零偏；(c)正偏第84頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步進(jìn)式衰減器

1.

固定衰減器＋開關(guān)

開關(guān)可用PIN二極管實(shí)現(xiàn)或使用FET單片集成開關(guān)。特點(diǎn)是速度快，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是承受功率小。

數(shù)字程控衰減器，需要把數(shù)字信號(hào)進(jìn)行功率放大，以推動(dòng)繼電器或PIN管。開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路是程控衰減器的一個(gè)重要組成部分。

第85頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)式衰減器

在圖1示衰減器中，兩個(gè)SPDT開關(guān)用于在直通線和參考線之間變換信道。如果所需衰減值超過4dB，則可以使用T或Π型電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中的電阻可以是GaAs臺(tái)面電阻器或芯片制造工藝中可獲得的專用鎳鉻合金電阻器。Gupta使用的寬帶SPDT開關(guān)示意圖如圖2所示。其可用的上限頻率由SPDT開關(guān)本身的隔離度決定。由于開關(guān)不含有任何電容性元件，因此對(duì)性能沒有下限頻率限制。

圖1圖2第86頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)式比例型FET開關(guān)式比例型FET技術(shù)在連接輸入和輸出端口的兩條通路上使用了不同尺寸的FET，不使用電阻性網(wǎng)絡(luò)來獲得期望的衰減值，而是利用不同對(duì)開關(guān)式FET的開狀態(tài)電阻值之差達(dá)到選擇的衰減量。因此，該技術(shù)適用于達(dá)到2dB的較小衰減比特?cái)?shù)。對(duì)于開關(guān)式比例型FET結(jié)構(gòu)，需要加入額外的短傳輸線節(jié)，用于均衡衰減參考通路長(zhǎng)度。第87頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)式T型橋衰減器

開關(guān)式T型橋衰減器由一個(gè)經(jīng)典的T型橋衰減器和一個(gè)并聯(lián)與串聯(lián)FET組成，一個(gè)開關(guān)式FET并聯(lián)在橋電阻的兩端，另一個(gè)開關(guān)式FET與分流電阻串聯(lián)。兩個(gè)FET的開或關(guān)實(shí)現(xiàn)了零狀態(tài)和衰減狀態(tài)之間的切換，其值由T型橋衰減器決定。T型橋衰減器自身提供了良好的輸入/輸出匹配。

第88頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開關(guān)式T形和Π形衰減器開關(guān)式T型和Π型衰減器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)為T型或Π型形式，單個(gè)電阻性元件能夠開關(guān)進(jìn)入或退出電路。故這一技術(shù)也稱之為開關(guān)式電阻器法。Bedard和Maoz使用Π型結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了工作頻率達(dá)到10GHz的衰減器設(shè)計(jì)。盡管它與T型橋衰減器結(jié)構(gòu)相似，但是，該技術(shù)使用了非常小的FET，與開關(guān)式衰減器相比，具有更低的插入損耗。

第89頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.PIN二極管步進(jìn)衰減器

PIN二極管電調(diào)衰減器的控制電流的改變，能夠連續(xù)地改變衰減量，將這一控制信號(hào)按照一定的規(guī)律離散化，可實(shí)現(xiàn)衰減量的步進(jìn)調(diào)整。第90頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FET電調(diào)衰減器 利用柵極電壓控制來改變FET的電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)衰減量的控制

PIN二極管在耐功率性能、低損耗等方面有顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別是PIN二極管由于其具有極小的寄生電參數(shù)，在微波低損耗電路中更顯優(yōu)勢(shì)，但PIN管構(gòu)成的電調(diào)衰減器在頻帶范圍和衰減量動(dòng)態(tài)范圍的調(diào)節(jié)上遠(yuǎn)不如GaAsMESFET管構(gòu)成的有源衰減器。

第91頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖1T型圖2π型第92頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 電容可認(rèn)為相當(dāng)好地不隨柵極電壓變化

T型結(jié)構(gòu)損耗相對(duì)較低，而在動(dòng)態(tài)范圍上，π型結(jié)構(gòu)占優(yōu)

第93頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第94頁(yè)，課件共101頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2—18GHz，衰減量動(dòng)態(tài)范圍12dB;2—12GH