實(shí)驗(yàn)二-衰減器的仿真

實(shí)驗(yàn)二衰減器的仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理2、掌握用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量待測(cè)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(yīng)用4、了解無(wú)源功率衰減器的根本設(shè)計(jì)方法5、了解PIN電子功率衰減器的原理及根本設(shè)計(jì)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(diào)整的各種場(chǎng)合。衰減器的技術(shù)指標(biāo).工作頻帶。指在給定頻率范圍內(nèi)使用衰減器,衰減量才能到達(dá)指標(biāo)值。一般結(jié)構(gòu)與頻率有關(guān)。衰減量。衰減量描述功率通過(guò)衰減器后功率的變小程度。.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。超過(guò)這個(gè)極限值，衰減器就會(huì)被燒毀?；夭〒p耗?；夭〒p耗就是衰減器的駐波比。我們希望的衰減器不能對(duì)兩端電路有影響。衰減器的根本構(gòu)成構(gòu)成射頻/微波功率衰減器的根本材料是電阻性材料。通常的電阻是衰減器的一種根本形式,由此形成的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)就是集總參數(shù)衰減器(無(wú)源衰減器)。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)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的開(kāi)展,在許多場(chǎng)合要用到快速調(diào)整衰減器。這種衰減器通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式,一是半導(dǎo)體小功率快調(diào)衰減器,如PIN管或FET單片集成衰減器；二是開(kāi)關(guān)控制的電阻衰減網(wǎng)絡(luò),開(kāi)關(guān)可以是電子開(kāi)關(guān),也可以是射頻繼電器(有源衰減器或數(shù)字衰減器)。 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(gè)本征層構(gòu)成的。=1\*GB3①直流偏置等效電路微波開(kāi)關(guān)利用PIN管在直流正、反偏壓下呈現(xiàn)近似導(dǎo)通和關(guān)斷的阻抗特性，實(shí)現(xiàn)了控制微波信號(hào)通道轉(zhuǎn)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(jié)二極管在高頻下有很好的隔離度?！瞐〕為正偏時(shí)等效電路。當(dāng)PIN結(jié)反偏或者零偏時(shí)，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(jié)二極管的總電容，包括了結(jié)電容Cj和封裝寄生電容Cp。RS為PIN管正向偏置的等效電阻(<2Ω)，L為金屬接觸產(chǎn)生的電感效應(yīng)，大約為0.04nH，CT為PIN管的反偏電容0.05pF。=2\*GB3②PIN二極管高頻開(kāi)關(guān)=3\*GB3③PIN高頻電子衰減器由R和正向偏置的PIN二極管構(gòu)成一個(gè)分壓器。因?yàn)镻IN管正向偏壓時(shí)的阻抗隨偏置電壓的增大而減小，所以可以起自動(dòng)衰減的作用。衰減器的主要用途(1).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,獲得最正確噪聲系數(shù)和變頻損耗,到達(dá)最正確接收效果。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。(2).去耦元件:作為振蕩器與負(fù)載之間的去耦合元件。(3).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。三、集總參數(shù)衰減器類(lèi)型轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為：衰減量：A=20lg|s21|(dB)，端口匹配：20lg|s11|=-∞，可得到4).П型異阻式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟=1\*ROMANI、設(shè)計(jì)一個(gè)5dBT型同阻式〔Z1=Z2=50Ω〕固定衰減器。同阻式集總參數(shù)衰減器A=-5dB，由公式計(jì)算元件參數(shù):ADS仿真步驟：新建一個(gè)工程，長(zhǎng)度單位選毫米，完成原理圖，進(jìn)行仿真。=2\*ROMANII、設(shè)計(jì)一有源“T〞型衰減器，具體指標(biāo)：1、工作頻帶：1—2GHz2、低衰減時(shí)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(shí)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(gè)設(shè)計(jì)〔newdesign)，命名為PIN_Attenuator，完成如下二極管原理圖。在工具欄雙擊控件，在圖中插入“VAR〞控件，設(shè)置變量Rj執(zhí)行菜單命令【View】→【Creat/EditSchematicSymbol】,彈出對(duì)話框，單擊“OK〞，出現(xiàn)默認(rèn)符號(hào)執(zhí)行菜單命令【View】→【Creat/EditSchematic】,返回原理圖執(zhí)行菜單命令【File】→【DesignParameters】，修改后，單擊“Paramrters〞I→100→〞Add〞→“SaveAELfile〞→Ok〞，另存原理圖并命為〞D〞，完成模型創(chuàng)立新建一個(gè)原理圖。7、單擊工具欄圖標(biāo)“〞，向圖中拖入二極管，完成原理圖單擊“齒輪〞按鈕，進(jìn)行仿真D1和D2的偏置I對(duì)調(diào)，再次進(jìn)行仿真=3\*ROMANIII、用PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量衰減器步驟如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果=1\*ROMANI、設(shè)計(jì)一個(gè)5dBT型同阻式〔Z1=Z2=50Ω〕固定衰減器。=2\*ROMANII、設(shè)計(jì)一有源“T〞型衰減器=3\*ROMANIII、用PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量衰減器(1)測(cè)失配負(fù)載在600～2600MHz的駐波比〔S11的回?fù)p，回波損耗就是衰減器的駐波比〕頻率/MHz駐波比6001.3918001.38910001.38912001.38214001.37116001.37018001.37020001.37422001.37024001.36126001.353(2)測(cè)衰減器在600MHz-2600MHz的插損和回波損耗a.S21對(duì)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(duì)數(shù)幅度頻率/MHz駐波比對(duì)數(shù)幅度/dB6001.028-37.1808001.033-36.23710001.037-35.41212001.047-33.28414001.051-32.14016001.050-32.10318001.047-32.69020001.043-33.83422001.036-35.63124001.030-37.02426001.023-39.164史密斯圓圖：600MHz51.34歐姆S21對(duì)數(shù)幅度：S11駐波比S11對(duì)數(shù)幅度：Smith圓圖：六、練習(xí)題設(shè)計(jì)10dBП型同阻式〔Z1=Z2=50Ω〕固定衰減器。七、思考題用矢網(wǎng)測(cè)元件的回波損耗時(shí)為什要做開(kāi)路、短路和匹配三項(xiàng)校正？答：為了修正矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差，提高精度。畫(huà)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列圖：3、舉例說(shuō)明衰減器的應(yīng)用答：=1\*GB3①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。=2\*GB3②作為振蕩器與負(fù)載之間的去耦合元件。=3\*GB3③在微波超外差接收機(jī)中對(duì)本振輸出功率進(jìn)行控制,獲得最正確噪聲系數(shù)和變頻損耗,到達(dá)最正確接