第八章_微波控制电路

1、 开关开关 构成开关的器件有铁氧体、构成开关的器件有铁氧体、PINPIN管、管、 FETFET或或BJTBJT。铁氧体和。铁氧体和PINPIN是经典的开关器件是经典的开关器件, ,铁铁氧体的特点是功率大、插损小氧体的特点是功率大、插损小,PIN,PIN的特点是的特点是快速快速, ,成本低。成本低。FETFET或或BJTBJT有增益有增益, ,已经成为中、已经成为中、小功率开关的主要器件。小功率开关的主要器件。开关与移相器开关与移相器表表1 1 开关器件的性能比较开关器件的性能比较1. 1. 开关的基本原理开关的基本原理 1) 1) 开关器件原理开关器件原理 铁氧体开关的原理是改变偏置磁场方向铁

2、氧体开关的原理是改变偏置磁场方向, ,实现导磁率的改变实现导磁率的改变, ,以改变信号的传输常数以改变信号的传输常数, , 达到开关目的。达到开关目的。PINPIN管在正反向低频信号作用管在正反向低频信号作用下下, ,对微波信号有开关作用。正向偏置时对微对微波信号有开关作用。正向偏置时对微波信号的衰减很小（波信号的衰减很小（0.5dB0.5dB）, ,反向偏置时对微反向偏置时对微波信号的衰减很大（波信号的衰减很大（25dB25dB）。）。BJTBJT和和FETFET开关以基极（栅极）的控制信开关以基极（栅极）的控制信号决定集电极（漏极）和发射极（源极）号决定集电极（漏极）和发射极（源极）的通断

3、。放大器有增益的通断。放大器有增益, ,反向隔离大反向隔离大, ,特别特别适合于适合于MMICMMIC开关。开关。MEMSMEMS微机电器件也可以用作开关器件。微机电器件也可以用作开关器件。2) 2) 微波开关电路微波开关电路开关器件与微波传输线的结合构成微波开关组开关器件与微波传输线的结合构成微波开关组件。以件。以PINPIN和和MESFETMESFET为例。其中为例。其中MESFETMESFET工作在无源工作在无源模式。开关按照接口数量定义模式。开关按照接口数量定义, ,代号为代号为PT,PT,如单刀如单刀单掷单掷(SPST)(SPST)、单刀双掷（、单刀双掷（SPDTSPDT）、双刀双掷

4、）、双刀双掷（DPDTDPDT）、单刀六掷（）、单刀六掷（SP6TSP6T）等。）等。 封装后封装后pinpin二极管等效电路二极管等效电路G Ga aA As s MESFET MESFET 在低阻时（栅极在低阻时（栅极0 0偏）偏）G Ga aA As s MESFET MESFET 在高阻时（栅极偏压不低于夹断电压）在高阻时（栅极偏压不低于夹断电压）无源模式无源模式MESFETMESFET的器件结构和高阻态等效电路的器件结构和高阻态等效电路无源模式无源模式MESFETMESFET的高阻态等效电路和简化电路的高阻态等效电路和简化电路典型值：典型值：C Coffoff 0.2pF 0.2pF

5、R Roffoff 2k 2k开关设计：开关设计：串联结构和等效电路串联结构和等效电路22000111()()44RRXILZZZ 插入损耗和隔离度插入损耗和隔离度注：键合带有电感注：键合带有电感并联结构和等效电路并联结构和等效电路22000111()()44GGBILYYZ 插入损耗和隔离度插入损耗和隔离度举例：举例：0.05ILdBMA47892MA47892：工作在：工作在3.18GHz3.18GHz时，正向偏置为时，正向偏置为0.4+j60.4+j6; ; 反向偏置为反向偏置为0.5-j440.5-j44串联时：串联时：并联时：并联时：0.805IdB1.26ILdB12.75IdBM

6、A47899MA47899：工作在：工作在3.18GHz3.18GHz时，正向偏置为时，正向偏置为1+j61+j6; ; 反向偏置为反向偏置为4-j4944-j4940.1ILdB串联时：串联时：并联时：并联时：14.06IdB0.029ILdB12.84IdB器件电抗补偿器件电抗补偿以并联安装为例，以并联安装为例，在高阻态下，可以在高阻态下，可以一高阻和一小电容一高阻和一小电容并联来等效，总导并联来等效，总导纳可用一感性电纳纳可用一感性电纳来降低来降低20011()4GGILYY 插入损耗和隔离度改插入损耗和隔离度改写为：写为：注：这种补偿是容易的，因为在漏源间注：这种补偿是容易的，因为在漏

7、源间没有直流电位差没有直流电位差举例：举例：0.0563ILdBMA47892MA47892：未补偿时：未补偿时：补偿时：补偿时：1.26ILdB 栅极栅极GaAs MESFET GaAs MESFET ：工作在：工作在10GHz10GHz时，时，R Roffoff=3k=3k, C, Coffoff=0.25pF=0.25pF0.69ILdB21 1000 m0.0721ILdB未补偿时：未补偿时：补偿时：补偿时：(a) (a) 并联型并联型; (b) ; (b) 串联型串联型 单刀双掷（单刀双掷（SPDTSPDT）开关：）开关：利用利用MESFETMESFET作为并联安装作为并联安装SPD

8、TSPDT开关的一个例子，开关的一个例子，频率频率10GHz10GHz串、并联开关结构串、并联开关结构图示为图示为SP3TSP3T开关的微带结构开关的微带结构注：注：“通通”态时，态时，Z Zsese为低阻为低阻Z Zl l，Z Zshsh为高阻为高阻Z Zh h； 反之，反之，“断断”态时，态时， Z Zsese为高阻为高阻Z Zh h，Z Zshsh为低阻为低阻Z Zl l最简串并联复合开关结构及最简串并联复合开关结构及等效电路等效电路2000()()122hlhZZZZILZ Z插入损耗：插入损耗：2000()()122hllZZZZZ Z隔离度隔离度：隔离度：注：串、并联开关在隔离度上

9、有了很大改善，在插损注：串、并联开关在隔离度上有了很大改善，在插损上比串联开关好是因为它降低了反射损耗上比串联开关好是因为它降低了反射损耗宽带串并开关结构宽带串并开关结构通态时像低通滤波器，断态时像高通滤波器通态时像低通滤波器，断态时像高通滤波器如上图示，对于通态如上图示，对于通态对于断态对于断态仿真练习：设计一开关仿真练习：设计一开关开关结构：开关结构： SPDT 驻波比：驻波比： 1.25频率：频率： 5-6GHz 插入损耗：插入损耗： 2dB隔离度：隔离度： 40dB开关速度：开关速度：测量开关速度的实验设备测量开关速度的实验设备开通延时、开通开关、关断延时、关断开关开通延时、开通开关、

10、关断延时、关断开关各项有关开关速度的术语各项有关开关速度的术语影响开关速度的因素影响开关速度的因素1 1、开关器件、开关器件 本征层宽度、载流子迁移率、耐功率能力本征层宽度、载流子迁移率、耐功率能力 2 2、偏置网络、偏置网络 移相器移相器 在通信系统中在通信系统中, ,调相是对微波信号相位的控制调相是对微波信号相位的控制, ,在雷达系统中在雷达系统中, ,相控阵天线是要控制送入天线阵每相控阵天线是要控制送入天线阵每个单元信号的相位个单元信号的相位, ,实现天线波束的调整。这些相实现天线波束的调整。这些相位控制电路就是移相器。铁氧体、位控制电路就是移相器。铁氧体、PINPIN、BJTBJT、F

11、ETFET或或MEMSMEMS器件都可以构成相移器。器件都可以构成相移器。移相器的主要技术指标移相器的主要技术指标1. 工作频带工作频带 移相器工作频带是指移相器的技术指标下降到允许界限值移相器工作频带是指移相器的技术指标下降到允许界限值时的频率范围。时的频率范围。 2. 相移量相移量 移相器是两端口网络，相移量是指不同控制状态时的输出移相器是两端口网络，相移量是指不同控制状态时的输出信号相对于参考状态时输出信号的相对相位差。信号相对于参考状态时输出信号的相对相位差。 3. 相位误差相位误差 相位误差指标有时采用最大相移偏差来表示，也就是各频点相位误差指标有时采用最大相移偏差来表示，也就是各频

12、点的实际相移和理论相移之间的最大偏差值；有时给出的是均方的实际相移和理论相移之间的最大偏差值；有时给出的是均方根（根（RMS）相位误差，是指各位相位误差的均方根值。）相位误差，是指各位相位误差的均方根值。 传输线上相邻的波腹点和波谷点的电压振幅之比为电压驻传输线上相邻的波腹点和波谷点的电压振幅之比为电压驻波比波比，用，用VSWR表示。表示。 5. 电压驻波比电压驻波比4. 插入损耗插入损耗 插入损耗定义为传输网络未插入前负载吸收功率与传输网插入损耗定义为传输网络未插入前负载吸收功率与传输网络插入后负载吸收功率之比的分贝数。络插入后负载吸收功率之比的分贝数。 6. 开关时间和功率容量开关时间和功

13、率容量 开关元件的通断转换，有一个变化的过程，需要一定的时间，开关元件的通断转换，有一个变化的过程，需要一定的时间，这就是开关时间。移相器的开关时间主要取决于驱动器和所采这就是开关时间。移相器的开关时间主要取决于驱动器和所采用的开关元件的开关时间。移相器的功率容量主要是指开关元用的开关元件的开关时间。移相器的功率容量主要是指开关元件所能承受的最大微波功率。开关的安全工作取决于开关导通件所能承受的最大微波功率。开关的安全工作取决于开关导通状态时允许通过的最大导通电流和截止状态时两端能够承受的状态时允许通过的最大导通电流和截止状态时两端能够承受的最大电压。最大电压。各种微波移相器类型各种微波移相器

14、类型 开关线型移相器开关线型移相器 等效电路等效电路 )(221llg加载线型移相器加载线型移相器 引入电纳引入电纳B B，透射波与入射波相比，相位延迟，缺点，透射波与入射波相比，相位延迟，缺点是有反射，是有反射，b b为归一化电纳为归一化电纳 1-(1+jb)-jb=1+(1+jb)2+jb4522.5说明加载型移相器基本机理的电路说明加载型移相器基本机理的电路加载线型移相器常用于对 和 移相设计。由b引起的反射为：电压传输系数T 则可以写成：TIRII212VVVTVVjb 112III2241() exptan224TVTVVVjbjbb所引入的相位差为： 11tan2b改进：改进： 3

15、126ettBZBZ等效传输线电长度：等效传输线电长度：加载线型移相器结构加载线型移相器结构 主线安装类型加载线移相器主线安装类型加载线移相器短截线安装类型加载线移相器短截线安装类型加载线移相器接 地 孔Y0输 入Y01Y02Y02Y0输 出偏 置(a)(b)22.54590180反射型移相器反射型移相器 通过环流器或混通过环流器或混合接头将单端口合接头将单端口转换成二端口转换成二端口混合接头优于环形器：混合接头优于环形器：1.1.在在MICMIC和和MMICMMIC中更容易集中更容易集成成 2.2.用了两个开关器件，耐功率能力提高用了两个开关器件，耐功率能力提高2 2倍倍2t3 dB 耦 合

16、 器outoutinin2tSPST 开 关短 路 端(a)(b)开关网开关网络型移络型移相器相器用于开关网络移相器用于开关网络移相器的低通和高通滤波器的低通和高通滤波器开关线型移相器是开关线型移相器是开关网络移相器的开关网络移相器的特殊情况，但开关特殊情况，但开关网络移相器能实现网络移相器能实现更宽的频带或获得更宽的频带或获得希望的频率响应。希望的频率响应。移相移相若用若用型结构代替型结构代替前面前面T T型结构，则型结构，则假定匹配和无损耗，假定匹配和无损耗，可得可得21nnnnnn22tan2(1)BXB XB Xn1=tan4Xn1sin2Bn1=sin2Xn1tan4B采用六只采用六

17、只MESFETMESFET的开关的开关网络移相器网络移相器放大器型移相器1. 调谐双栅MESFET移相器 1GgisC 在这种设计中，双栅MESFET的第二栅（靠近漏极）用作信号输入栅极，而第一栅（靠源级较近）用作控制栅。像MESFET放大器设计情况一样，在输入和输出二极管上两端都需要匹配电路。调谐电抗接在第一栅 和地之间。控制输出信号和输入信号之间相移的控制电压加在栅极1上，由于改变器件参数（如栅极1至源极电容 ）和外接调谐阻抗（它可能是串联电感）之间相互作用就获得相位控制。 2. 采用可切换SPDT放大器有源移相器 这类移相器结构如下所示，输入信号在两个相同放大器之间切换。在其中一个放大器

18、输出端附加一线段长度产生所需的相位 。这两路信号在功率合成电路中相加。Wilkinson功率合成器引入3dB损耗，但从放大器有用增益看，这3dB损耗认为是不严重的，这种设计的优点是电路移相部分与其它设计无关。 利用利用SPDT放大器的移相器方框图放大器的移相器方框图 功率衰减器 1 1 功率衰减器的原理功率衰减器的原理2 2 集总参数衰减器集总参数衰减器3 3 分布参数衰减器分布参数衰减器4 PIN4 PIN二极管电调衰减器二极管电调衰减器5 5 步进式衰减器步进式衰减器功率衰减器的原理 衰减器的技术指标衰减器的技术指标工作频带、工作频带、 衰减量、衰减量、 功率容量、功率容量、 回波损耗等回

19、波损耗等(1)(1) 工作频带。工作频带。现代同轴结构的衰减器使用的现代同轴结构的衰减器使用的工作频带相当宽。工作频带相当宽。 (2)(2) 衰减量。衰减量。图衰减器的功率衰减量设为图衰减器的功率衰减量设为A（dB）。若）。若P1、P2以分贝毫瓦（以分贝毫瓦（dBm）表示，则）表示，则)()(lg10)(12mWPmWPdBA (3)(3) 功率容量。功率容量。 衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后变成热量。为免烧坏，设计和使用时，必须变成热量。为免烧坏，设计和使用时，必须明确功率容量。明确功率容量。 (4)(4) 回波损耗。回波损耗。 反映衰减器的驻波比。

20、衰减器应与两端电反映衰减器的驻波比。衰减器应与两端电路都是匹配的。路都是匹配的。1120lg20lgSRLS 衰减量动态范围衰减量动态范围 在控制参量的变化范围内，衰减量的在控制参量的变化范围内，衰减量的 变化范围，针对可变衰减器变化范围，针对可变衰减器 衰减量频带特性衰减量频带特性 要求在宽的频率范围内，在控制参量一定要求在宽的频率范围内，在控制参量一定时，衰减量变动很小时，衰减量变动很小其他指标：其他指标： 衰减器的基本构成衰减器的基本构成 基本材料是电阻性材料。电阻衰减网络是衰减基本材料是电阻性材料。电阻衰减网络是衰减器的一种基本形式，也是集总参数衰减器。通过一器的一种基本形式，也是集总

21、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定的工艺把电阻材料放置到不同波段的射频/微波电微波电路结构中就形成了相应频率的衰减器。如果是大功路结构中就形成了相应频率的衰减器。如果是大功率衰减器，体积要加大，关键是散热设计。率衰减器，体积要加大，关键是散热设计。 可快速调整的衰减器：可快速调整的衰减器： 1、半导体小功率快调衰减器，如、半导体小功率快调衰减器，如PIN管或管或FET单片集成衰减器；单片集成衰减器； 2、开关控制的电阻衰减网络，开关可以是电、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。子开关，也可以是射频继电器。 衰减器的主要用途衰减器的主要用途(1

22、) (1) 控制功率电平控制功率电平(2)(2) 去耦元件去耦元件 (3)(3) 相对标准相对标准 (4)(4) 用于雷达抗干扰中的跳变衰减器用于雷达抗干扰中的跳变衰减器集总参数衰减器利用电阻构成的利用电阻构成的T型或型或型网络实现集总参数型网络实现集总参数衰减器，通常衰减量是固定的，由三个电阻值决衰减器，通常衰减量是固定的，由三个电阻值决定。电阻网络兼有阻抗匹配或变换作用，可分为定。电阻网络兼有阻抗匹配或变换作用，可分为同阻式和异阻式。同阻式和异阻式。(a) T型功率衰减器； (b) 型功率衰减器 Z1、Z2为特性阻抗Rs1Rs2RpZ1Z2RsRp1Z1Z2Rp2(a)(b)1 1 同阻式

23、集总参数衰减器同阻式集总参数衰减器同阻式衰减器两端的阻抗相同，即同阻式衰减器两端的阻抗相同，即Z1Z2，不，不需要考虑阻抗变换，直接应用网络级联的办法求需要考虑阻抗变换，直接应用网络级联的办法求出衰减量与各电阻值的关系。出衰减量与各电阻值的关系。1.1. T型同阻式（型同阻式（Z1=Z2=Z0）如上图（如上图（a）所示，）所示， 取取Rs1=Rs2，利用三个，利用三个A参数矩阵相乘的办法求出衰减器的参数矩阵相乘的办法求出衰减器的A参数参数矩阵，再换算成矩阵，再换算成S矩阵，就能求出它的衰减量矩阵，就能求出它的衰减量。串联电阻和并联电阻的。串联电阻和并联电阻的A网络参数如下网络参数如下:Rs1的

24、转移矩阵的转移矩阵 Rp的转移矩阵的转移矩阵相乘得相乘得 1011sRa 1/101pRa 11211111112212210111/101011/2/1/1/sspspssppspRRaRRRRRRRRRaaaa转化为转化为S矩阵为矩阵为111221221111122122111221222211122122211112212211221221121112212222()aaaasaaaaaaaasaaaasaaaaa aa asaaaa 对衰减器的要求是衰减量为对衰减器的要求是衰减量为A=20lg|s21|(dB)，端口匹配端口匹配10lg|s11|=-。求解联立方程组就可解得各个阻值。求

25、解联立方程组就可解得各个阻值。111210021010ZRRZRsspA2.2. 型同阻式（型同阻式（Z1=Z2=Z0）如上图（如上图（b），取），取Rp1=Rp2， 利用三个利用三个A参参数矩阵相乘的办法求出衰减器的数矩阵相乘的办法求出衰减器的A参数矩阵，参数矩阵，再换算成再换算成S矩阵，就能求出它的衰减量。矩阵，就能求出它的衰减量。 112110021010ZRRZRppsA2 2 异阻式集总参数衰减器异阻式集总参数衰减器设计异阻式集总参数衰减器时，级联后要设计异阻式集总参数衰减器时，级联后要考虑阻抗变换。考虑阻抗变换。 1.1. T型异阻式型异阻式1012112210211111Apsp

26、spZ ZRRZRRZR2.2. 型异阻式型异阻式1012111122101211111111AspspsZ ZRRZRRZR 3 3 集总参数衰减器设计实例集总参数衰减器设计实例 设计实例一：设计实例一： 设计一个设计一个5dBT型同阻式（型同阻式（Z1=Z2=50）固）固定衰减器。定衰减器。步骤一步骤一: 同阻式集总参数衰减器同阻式集总参数衰减器A=-5dB，由，由公式计算元件参数公式计算元件参数:100120103.162282.241114.011ApssRZaRRZ步骤二步骤二: 利用利用ADS仿真衰减器特性。仿真衰减器特性。设计实例二：设计实例二：设计设计10dB型同阻式（型同阻式

27、（Z1=Z2=50）固定衰减）固定衰减器。器。步骤一：同阻式集总参数衰减器步骤一：同阻式集总参数衰减器A=-10dB，由，由公式计算元件参数：公式计算元件参数：100120100.1171.152196.251AsppRZRRZa 步骤二步骤二: 利用利用ADS仿真衰减器特性。仿真衰减器特性。设计实例三：设计实例三：设计设计10dB型异阻式（型异阻式（Z1=50 ，Z2=75）固定）固定衰减器。衰减器。步骤一步骤一: 异阻式集总参数衰减器异阻式集总参数衰减器A=-10 dB： 1012111122100.1187.14211177.111111207.451AspspsZ ZRRZRRZR 步

28、骤二步骤二: 利用利用ADS仿真。仿真。3 分布参数衰减器1 1 同轴型衰减器同轴型衰减器1.1. 吸收式衰减器吸收式衰减器在同轴系统中，吸收式衰减器的结构有三种在同轴系统中，吸收式衰减器的结构有三种形式：内外导体间电阻性介质填充、内导体串联形式：内外导体间电阻性介质填充、内导体串联电阻和带状线衰减器转换为同轴形式。衰减量的电阻和带状线衰减器转换为同轴形式。衰减量的大小与电阻材料的性质和体积有关。大小与电阻材料的性质和体积有关。 优缺点：优点是频带宽，功率容量大，起始衰优缺点：优点是频带宽，功率容量大，起始衰减量小，稳定性好，缺点是精度较差。减量小，稳定性好，缺点是精度较差。三种同轴结构吸收式

29、衰减器 （a） 填充; （b） 串联; （c） 带状线(a)(b)(c)2.2. 截止式衰减器截止式衰减器 又称又称“过极限衰减器过极限衰减器”，用截止波导制成，用截止波导制成，根据当工作波长远大于截止波长根据当工作波长远大于截止波长c时，电磁波的幅时，电磁波的幅度在波导中按指数规律衰减的特性来实现。度在波导中按指数规律衰减的特性来实现。 工作波长范围 衰减量 优缺点：优点是频带宽，精度高，可用作标准衰减器。缺点是起始衰减量太大。c686. 82lLdB截止式衰减器圆形截止波导l输入同轴线输出同轴线圆形截止波导波导型衰减器波导型衰减器1.1. 吸收式衰减器吸收式衰减器吸收式衰减器结构示意图 (

30、a) 固定式； (b) 可变式单片吸收薄片移动吸收薄片(刀形)轴转动双片(a)(b)2.2. 极化吸收式衰减器极化吸收式衰减器圆柱波导旋转的角度圆柱波导旋转的角度可以用精密传动系统测量可以用精密传动系统测量并显示出来，角度的变化也就是极化面的变化。并显示出来，角度的变化也就是极化面的变化。极化衰减器的衰减量为极化衰减器的衰减量为A=20 lg (cos) 优缺点：优点是频带宽，精度高，起始衰减量小优缺点：优点是频带宽，精度高，起始衰减量小，缺点是结构复杂，较昂贵。，缺点是结构复杂，较昂贵。极化吸收式衰减器原理图12输 入 段旋 转 段输 出 段E入E入E出吸 收 片 1E|cos吸 收 片 2

31、旋 转 段输 出 段吸 收 片 3E|cos微带型衰减器微带型衰减器匹配负载匹配负载(a)(b)(c)同轴和微带中，匹配负载的电阻通常是同轴和微带中，匹配负载的电阻通常是50 ，可以用电阻表测量。集总元件电阻可以用来实现窄可以用电阻表测量。集总元件电阻可以用来实现窄带匹配负载。微波工程中，用带匹配负载。微波工程中，用51贴片电阻实现微贴片电阻实现微带匹配负载。带匹配负载。PIN二极管电调衰减器 PIN二极管二极管 PIN二极管是在重掺杂二极管是在重掺杂P+、 N+之间夹之间夹一段较长的本征半导体所形成的半导体器一段较长的本征半导体所形成的半导体器件，中间件，中间I层长度为几到几十微米。层长度为

32、几到几十微米。PIN二极管结构示意PIN1.1. 直流特性直流特性在零偏与反偏下，在零偏与反偏下，PIN管均不能导通，呈现大电阻；管均不能导通，呈现大电阻； 正偏时，正偏时，P+、N+分别从两端向分别从两端向I区注入载流子，它们到区注入载流子，它们到达中间区域复合。达中间区域复合。PIN管一直呈现导通状态，偏压（管一直呈现导通状态，偏压（流）越大，载流子数目越多，正向电阻越小。流）越大，载流子数目越多，正向电阻越小。2.2. 交流信号作用下的阻抗特性交流信号作用下的阻抗特性频率较低时，正向导电，反向截止，频率较低时，正向导电，反向截止， 具有整流特具有整流特性。性。频率较高时，正半周来不及复合

33、，负半周不能完频率较高时，正半周来不及复合，负半周不能完全抽空，全抽空，I区总有一定的载流子维持导通。区总有一定的载流子维持导通。3.3. 微波信号激励时的特性微波信号激励时的特性(1)(1) 直流反偏时，对微波信号呈现很高的阻抗，直流反偏时，对微波信号呈现很高的阻抗，正偏时呈现很低的阻抗。可用小的直流（低频）功正偏时呈现很低的阻抗。可用小的直流（低频）功率控制微波信号的通断，用作开关、率控制微波信号的通断，用作开关、 数字移相等。数字移相等。(2)(2) 直流从零到正偏连续增加时，对微波信号呈直流从零到正偏连续增加时，对微波信号呈现一个线性电阻，变化范围从几兆欧到几欧姆，用现一个线性电阻，变

34、化范围从几兆欧到几欧姆，用作可调衰减器。作可调衰减器。电调衰减器电调衰减器利用利用PIN管正偏电阻随电流变化这一特点管正偏电阻随电流变化这一特点，调节偏流改变电阻，实现电调衰减器。，调节偏流改变电阻，实现电调衰减器。1.1. 单管电调衰减器单管电调衰减器 在微带线中打孔接一个在微带线中打孔接一个PIN管，改变控制管，改变控制信号就可改变输出功率的大小。这种结构的衰信号就可改变输出功率的大小。这种结构的衰减器输入电压驻波比较大。减器输入电压驻波比较大。 微带单管电调衰减器输出控制信号输入PIN 管2.2. 型衰减器型衰减器可变衰减器的一个重要特性是可变衰减器的一个重要特性是 它的输入阻抗它的输入

35、阻抗可保持不变，使得衰减器在整个工作频率范围内可保持不变，使得衰减器在整个工作频率范围内保持匹配。保持匹配。可由可由pin管的特性产生需要的电阻值管的特性产生需要的电阻值 可变衰减器的一个重要特性是它的输入阻抗保持不变，使得衰减器在整个工作范围内保持匹配。实现的方法之一是图中所示的 型网络。 AA2R0Z为了匹配，网络阻抗对 右侧并联 后应该等于 ，那就是： 02A111ZRZ12V V衰减比 可写为：1A22020()VZVR ZRZ消去 得：AZ201220RZVKVRZ从而可得：1011()2RZKK02(1)1ZKRK2.2. 3dB定向耦合器型衰减器定向耦合器型衰减器3dB定向耦合器

36、型衰减器的原理和微带结构3分贝定向耦合器偏置输出输入PINPINPoutPin1423Z0Z03.3. 吸收阵列式电调衰减器吸收阵列式电调衰减器 多个多个PIN管合理布置可制成频带宽、管合理布置可制成频带宽、 动态动态范围大、驻波比小、功率容量大的阵列式电调范围大、驻波比小、功率容量大的阵列式电调衰减器。衰减器。PIN管等距排列，但偏流不同。单节管等距排列，但偏流不同。单节衰减器的反射系数和衰减分别为衰减器的反射系数和衰减分别为iiDDiDDiYZYZjLYZjYZj11212lg20212200200阵列式电调衰减器(a) PIN二极管阵列； (b) 反偏或零偏； (c) 正偏VD1VD2V

37、D3VDn(a)C1C2C3Cn(b)R01R02R03R0n(c)步进式衰减器 1. 1. 固定衰减器开关固定衰减器开关 开关可用开关可用PIN二极管实现或使用二极管实现或使用FET单片集单片集成开关。特点是速度快，寿命长。缺点是承受成开关。特点是速度快，寿命长。缺点是承受功率小。功率小。 数字程控衰减器，需要把数字信号进行功数字程控衰减器，需要把数字信号进行功率放大，以推动继电器或率放大，以推动继电器或PIN管。开关的驱动管。开关的驱动电路是程控衰减器的一个重要组成部分。电路是程控衰减器的一个重要组成部分。开关式衰减器开关式衰减器 在图1示衰减器中，两个SPDT开关用于在直通线和参考线之间

38、变换信道。如果所需衰减值超过4dB，则可以使用T或型电阻网络结构，其中的电阻可以是GaAs台面电阻器或芯片制造工艺中可获得的专用镍铬合金电阻器。Gupta使用的宽带SPDT开关示意图如图2所示。其可用的上限频率由SPDT开关本身的隔离度决定。由于开关不含有任何电容性元件，因此对性能没有下限频率限制。 图1图2开关式比例型开关式比例型FET 开关式比例型开关式比例型FET技术在连接输入和输出端口的两条通路上使技术在连接输入和输出端口的两条通路上使用了不同尺寸的用了不同尺寸的FET，不使用电阻性网络来获得期望的衰减值，不使用电阻性网络来获得期望的衰减值，而是利用不同对开关式而是利用不同对开关式FE

39、T的开状态电阻值之差达到选择的衰减的开状态电阻值之差达到选择的衰减量。因此，该技术适用于达到量。因此，该技术适用于达到2 dB的较小衰减比特数。对于开关的较小衰减比特数。对于开关式比例型式比例型FET结构，需要加入额外的短传输线节，用于均衡衰减结构，需要加入额外的短传输线节，用于均衡衰减参考通路长度。参考通路长度。开关式开关式T型桥衰减器型桥衰减器 2R 开关式T型桥衰减器由一个经典的T型桥衰减器和一个并联与串联FET组成，一个开关式FET并联在桥电阻 的两端，另一个开关式FET与分流电阻 串联。两个FET的开或关实现了零状态和衰减状态之间的切换，其值由T型桥衰减器决定。T型桥衰减器自身提供了

40、良好的输入/输出匹配。 1R开关式开关式T形和形和形衰减器形衰减器 开关式T型和型衰减器拓扑结构表现为T型或型形式，单个电阻性元件能够开关进入或退出电路。故这一技术也称之为开关式电阻器法。Bedard和Maoz使用型结构验证了工作频率达到10GHz的衰减器设计。尽管它与T型桥衰减器结构相似，但是，该技术使用了非常小的FET，与开关式衰减器相比，具有更低的插入损耗。 2. 2. PIN二极管步进衰减器二极管步进衰减器 PIN二极管电调衰减器的控制电流的二极管电调衰减器的控制电流的改变，能够连续地改变衰减量，将这一控改变，能够连续地改变衰减量，将这一控制信号按照一定的规律离散化，可实现衰制信号按照一定的规律离散化，可实现衰减量的步进调整。减量的步进调整。FET电调衰减器利用栅极电压控制来改变利用栅极电压控制来改变FETFET的电阻的电阻，实现对衰减量的控制，实现对衰减量的控制PINPIN二极管在耐功率性能、低损耗等方面有二极管在耐功率性