实验二衰减器的仿真设计

试验二

衰减器仿真设计实验二衰减器的仿真设计第1页了解矢量网络分析仪工作原理掌握用矢量网络分析仪测量待测元件回波损耗和插入损耗原理方法。了解功率衰减器原理及其应用了解无源功率衰减器基本设计方法了解PIN电子功率衰减器原理及基本设计方法一、实验目实验二衰减器的仿真设计第2页功率衰减器是一个能量损耗性射频/微波元件，元件内部含有电阻性材料。衰减器广泛用于需要功率电平调整各种场所。数控衰减器固定衰减器集成衰减器二、功率衰减器原理实验二衰减器的仿真设计第3页1.衰减器技术指标(1).工作频带。指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能到达指标值。普通结构与频率相关。(2).衰减量。衰减量描述功率经过衰减器后功率变小程度。(3).功率容量。衰减器是一个能量消耗元件，功率消耗后变成热量。超出这个极限值，衰减器就会被烧毁。(4).回波损耗。回波损耗就是衰减器驻波比。我们希望衰减器不能对两端电路有影响。实验二衰减器的仿真设计第4页2.衰减器基本组成

组成射频/微波功率衰减器基本材料是电阻性材料。通常电阻是衰减器一个基本形式,由此形成电阻衰减网络就是集总参数衰减器(无源衰减器)。假如是大功率衰减器,体积必定要加大,关键就是散热设计。

伴随当代电子技术发展,在许多场所要用到快速调整衰减器。这种衰减器通常有两种实现方式,一是半导体小功率快调衰减器,如PIN管或FET单片集成衰减器；二是开关控制电阻衰减网络,开关能够是电子开关,也能够是射频继电器(有源衰减器或数字衰减器)。实验二衰减器的仿真设计第5页三种同轴结构吸收式衰减器

(a)填充;(b)串联;©带状线截止式衰减器实验二衰减器的仿真设计第6页波导、同轴和微带匹配负载结构微带单管电调衰减器实验二衰减器的仿真设计第7页3.PIN二极管工作原理PIN二极管是在P型和N型材料之间插入一个本征层组成基本PIN结横截面图直流偏置等效电路微波开关利用PIN管在直流正、反偏压下展现近似导通和关断阻抗特征，实现了控制微波信号通道转换作用。实验二衰减器的仿真设计第8页正偏条件下电阻记为RS，与偏置电流IF成反比，使PIN结二极管在高频下有很好隔离度。（a）为正偏时等效电路。当PIN结反偏或者零偏时，本征层I内电荷被耗尽，表现出高电阻(Rp)，如图（b）所表示。其中CT为PIN结二极管总电容，包含了结电容Cj和封装寄生电容Cp。RS为PIN管正向偏置等效电阻(<2Ω)，L为金属接触产生电感效应，大约为0.04nH，CT为PIN管反偏电容0.05pF。实验二衰减器的仿真设计第9页PIN二极管高频开关串联PIN射频SPST正偏等效电路反偏等效电路实验二衰减器的仿真设计第10页正偏等效电路反偏等效电路并联PIN射频SPST实验二衰减器的仿真设计第11页串联PIN射频SPDT实验二衰减器的仿真设计第12页PIN高频电子衰减器由R和正向偏置PIN二极管组成一个分压器。因为PIN管正向偏压时阻抗随偏置电压增大而减小，所以能够起自动衰减作用。

实验二衰减器的仿真设计第13页(1).控制功率电平:

在微波超外差接收机中对本振输出功率进行控制,取得最正确噪声系数和变频损耗,到达最正确接收效果。在微波接收机中,实现自动增益控制,改进动态范围。(2).去耦元件:

作为振荡器与负载之间去耦合元件。(3).用于雷达抗干扰中跳变衰减器:

是一个衰减量能突变可变衰减器,平时不引入衰减,碰到外界干扰时,突然加大衰减。4.衰减器主要用途实验二衰减器的仿真设计第14页(a)T型功率衰减器(b)Π型功率衰减器同阻抗式：Z1=Z2

异阻抗式：Z1≠Z2三、集总参数衰减器类型实验二衰减器的仿真设计第15页1.同阻式集总参数衰减器Rs1和Rs2传输矩阵：Rp传输矩阵：2).T型同阻式实验二衰减器的仿真设计第16页转化为［S］矩阵为：衰减量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-∞实验二衰减器的仿真设计第17页2).П型同阻式实验二衰减器的仿真设计第18页3).T型异阻式实验二衰减器的仿真设计第19页4).П型异阻式实验二衰减器的仿真设计第20页实例一：

设计一个5dBT型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。同阻式集总参数衰减器A=-5dB，由公式计算元件参数:实验二衰减器的仿真设计第21页Ctrl+R旋转器件ADS仿真：5dBT型同阻式固定衰减器新建工程、设计，命名为R_T_Attenuator；选Lumped-Components元件库，完成原理图；进行仿真F5移动文字实验二衰减器的仿真设计第22页仿真结果实验二衰减器的仿真设计第23页练习：设计10dBП型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。实验二衰减器的仿真设计第24页ADS仿真：10dBП型同阻式固定衰减器实验二衰减器的仿真设计第25页仿真结果实验二衰减器的仿真设计第26页实例二、设计一有源“T”型衰减器，详细指标：工作频带：1—2GHz低衰减时频带内衰减小于1.1dB，1.4GHz处衰减小于0.8dB高衰减时频带内衰减大于10dB，1.4GHz处衰减大于12dB实验二衰减器的仿真设计第27页ADS仿真步骤建立新原理图，命名为PIN_Attenuator，完成以下二极管模型原理图实验二衰减器的仿真设计第28页工具栏双击，在图中插入“VAR”控件，设置变量Rj

实验二衰减器的仿真设计第29页在“Attenuator”上单击鼠标右键，选择“NewSymbol”弹出对话框直接点【OK】实验二衰减器的仿真设计第30页选择“PIN”【OK】，生成二极管图形符号。实验二衰减器的仿真设计第31页【File】【DesignParameters】“GeneralCellDefinition”实验二衰减器的仿真设计第32页I100”Add”

“SaveAELfile”Ok”保留设计原理图实验二衰减器的仿真设计第33页新建原理图，命名为PIN_My，完成衰减器设计单击工具栏图标“”，向图中拖入二极管，完成原理图实验二衰减器的仿真设计第34页2.单击“”图标，进行仿真，分析结果D1和D2偏置I对调高衰减结果低衰减结果实验二衰减器的仿真设计第35页四、衰减器测量--AV36580A矢量网络分析仪

AV36580A矢量网络分析仪含有强大测量功效，可用于对滤波器，放大器，天线，电缆，有线电视分接头等射频元件性能完成矢量网络分析。可快速、准确地测量被测件S参数幅度、相位和群延迟特征。实验二衰减器的仿真设计第36页频率范围300kHz～3GHz频率分辨率1Hz频率准确度5×10-6端口输出功率-25～+10dBm，选件：-85～+10dBm中频带宽1Hz～100kHz系统动态范围中频带宽10Hz85dB(0.3MHz～10MHz)118dB(10MHz～3GHz)中频带宽3kHz60dB(0.3MHz～10MHz)90dB(10MHz～3GHz)测试

端口

指标频率范围300k～10MHz10M～3GHz有效方向性(dB)4946有效源匹配(dB)4440有效负载匹配(dB)4946反射跟踪±0.020dB传输跟踪±0.020dB扫描速度90ms(扫描点数201点，中频带宽30kHz，显示器更新状态：开)技术规范实验二衰减器的仿真设计第37页试验步骤（一）测失配负载在600～2600MHz驻波比（S11、回损）起始600MHz终止2.6GHz扫描设置101←I设置激励参数触发连续扫描进行测量校准校准机械校准单端口(反射)分别进行前向开路、短路、匹配负载校准完成单端口双阴连接器N型阳开路器按图连接N型阳短路器50ΩN型阳负载扫描点扫描类型线性频率实验二衰减器的仿真设计第38页进行测量格式驻波比光标用调整旋钮统计数据（11组），摄影统计波形测量S11双阴连接器失配负载实验二衰减器的仿真设计第39页

（二）测衰减器在600MHz-2600MHz插损和回波损耗进行测量校准校准全双端口(SOLT)分别进行前向和反向开路、短路、匹配负载校准按图连接N型阳开路器N型阳短路器50ΩN型阳负载反射前向反向完成反射测试传输直通按图连接，进行直通校准双阴连接器完成传输测试完成全双端口机械校准双阴连接器N型阴开路器N型阴短路器50ΩN型阴负载实验二衰减器的仿真设计第40页进行测量格式对数幅度光标用调整旋钮分别统计回损、插损和驻波数据（11组），并摄影统计波形