实验二衰减器的仿真设计

实验二衰减器的仿真设计第一页，共四十八页，2022年，8月28日了解矢量网络分析仪的工作原理掌握用矢量网络分析仪测量待测元件的回波损耗和插入损耗的原理方法。了解功率衰减器的原理及其应用了解无源功率衰减器的基本设计方法了解PIN电子功率衰减器的原理及基本设计方法一、实验目的第二页，共四十八页，2022年，8月28日功率衰减器是一种能量损耗性射频/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的各种场合。数控衰减器固定衰减器集成衰减器二、功率衰减器的原理第三页，共四十八页，2022年，8月28日1.衰减器的技术指标(1).工作频带。指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标值。一般结构与频率有关。(2).衰减量。衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。(3).功率容量。衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后变成热量。超过这个极限值，衰减器就会被烧毁。(4).回波损耗。回波损耗就是衰减器的驻波比。我们希望的衰减器不能对两端电路有影响。第四页，共四十八页，2022年，8月28日2.衰减器的基本构成

构成射频/微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料。通常的电阻是衰减器的一种基本形式,由此形成的电阻衰减网络就是集总参数衰减器(无源衰减器)。如果是大功率衰减器,体积肯定要加大,关键就是散热设计。

随着现代电子技术的发展,在许多场合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(有源衰减器或数字衰减器)。第五页，共四十八页，2022年，8月28日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第六页，共四十八页，2022年，8月28日波导、同轴和微带匹配负载结构微带单管电调衰减器第七页，共四十八页，2022年，8月28日3.PIN二极管的工作原理PIN二极管是在P型和N型材料之间插入一个本征层构成的基本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、反偏压下呈现近似导通和关断的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换的作用。第八页，共四十八页，2022年，8月28日正偏条件下的电阻记为RS，与偏置电流IF成反比，使PIN结二极管在高频下有很好的隔离度。（a）为正偏时等效电路。当PIN结反偏或者零偏时，本征层I内的电荷被耗尽，表现出高电阻(Rp)，如图（b）所示。其中CT为PIN结二极管的总电容，包括了结电容Cj和封装寄生电容Cp。RS为PIN管正向偏置的等效电阻(<2Ω)，L为金属接触产生的电感效应，大约为0.04nH，CT为PIN管的反偏电容0.05pF。第九页，共四十八页，2022年，8月28日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第十页，共四十八页，2022年，8月28日正偏等效电路反偏等效电路并联PIN射频SPST第十一页，共四十八页，2022年，8月28日串联PIN射频SPDT第十二页，共四十八页，2022年，8月28日PIN高频电子衰减器由R和正向偏置的PIN二极管构成一个分压器。因为PIN管正向偏压时的阻抗随偏置电压的增大而减小，所以可以起自动衰减的作用。

第十三页，共四十八页，2022年，8月28日(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,获得最佳噪声系数和变频损耗,达到最佳接收效果。在微波接收机中,实现自动增益控制,改善动态范围。(2).去耦元件:

作为振荡器与负载之间的去耦合元件。(3).用于雷达抗干扰中的跳变衰减器:

是一种衰减量能突变的可变衰减器,平时不引入衰减,遇到外界干扰时,突然加大衰减。4.衰减器的主要用途第十四页，共四十八页，2022年，8月28日(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第十五页，共四十八页，2022年，8月28日1.同阻式集总参数衰减器Rs1和Rs2的传输矩阵：Rp的传输矩阵：2).T型同阻式第十六页，共四十八页，2022年，8月28日转化为［S］矩阵为：衰减量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-∞第十七页，共四十八页，2022年，8月28日2).П型同阻式第十八页，共四十八页，2022年，8月28日3).T型异阻式第十九页，共四十八页，2022年，8月28日4).П型异阻式第二十页，共四十八页，2022年，8月28日实例一：

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:第二十一页，共四十八页，2022年，8月28日Ctrl+R旋转器件ADS仿真：5dBT型同阻式固定衰减器F5移动文字第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日第二十三页，共四十八页，2022年，8月28日练习：设计10dBП型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。第二十四页，共四十八页，2022年，8月28日ADS仿真：10dBП型同阻式固定衰减器第二十五页，共四十八页，2022年，8月28日第二十六页，共四十八页，2022年，8月28日实例二、设计一有源“T”型衰减器，具体指标：工作频带：1—2GHz低衰减时频带内的衰减小于1.1dB，1.4GHz处的衰减小于0.8dB高衰减时频带内的衰减大于10dB，1.4GHz处的衰减大于12dB第二十七页，共四十八页，2022年，8月28日ADS仿真步骤第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日在工具栏双击控件，在图中插入“VAR”控件，设置变量Rj

第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日执行菜单命令【View】【Creat/EditSchematicSymbol】,弹出对话框，单击“OK”，出现默认符号执行菜单命令【View】【Creat/EditSchematic】,返回原理图执行菜单命令【File】【DesignParameters】，修改后，单击“Paramrters”标签DD第三十页，共四十八页，2022年，8月28日I100”Add”

“SaveAELfile”Ok”，另存原理图并命为”D”，完成模型创建第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日单击工具栏图标“”，向图中拖入二极管，完成原理图第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日D1和D2的偏置I对调高衰减结果低衰减结果第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日1.PNA网络分析仪介绍2.技术特性如下：频率综合跳频，每点频率精度：≤10-4频段范围：30～3200MHz动态范围：插损70dB、回损50dB、增益30dB分辨率精度：小插损为0.01dB，

精度4%。小反射为0.002，精度2%；相位分辨率为0.1°，精度4%。第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日3.仪器的面板与按键

〖↓〗键功能：在菜单中,以单方向循环方式将光标移到所需项上。在测试运行中,按此键可依次改变画面与量程。〖→〗与〖←〗功能：在菜单中,改变数值或项目；在测试中改变光标位置,以显示闪点的参数。〖菜单〗键(暂停键)：出现扫频方案(7种，1～6为等频距扫频方案，7为列表扫频)〖执行〗键：按此键即执行所选功能，而在扫频方案菜单中，按此键即确认光标所在处的方案，回到主菜单。第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日

注释频域×× 当前为频域××表示当前最小频距ＢＦ：

起始频率(BeginningFrequency)⊿Ｆ：

频距(频率增量或步长)ＥＦ：

终止频率(EndingFrequency)Ｎ：

测试点数（不直接受控）Ｍ：

选常规或精测(精测精度高、但速度慢)测：A B 选定各输入口的测试项目 ×× ××++++++++++++++++线上为设置项目,线下为执行项目校：×× 作各项相应校正4、开机主菜单(画面)左面为一圆图,右面即菜单。菜单如下:刚开机后,光标在校:××处闪动,便于在不改变频率设置时立即进行校正。第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日2.在《频域》设置：《0.1MHz》BF=800.0MHz、⊿F=10.0MHz、EF=1000.0MHz。屏幕自动出现《N=21》。3.设置《M：常规》、A下《回损》

（一）.测失配负载在800～1000MHz的驻波比，步长=10MHz5、实验步骤1.按图接线4.光标停在《校:开路》下，再按〖执行〗键,此时显示器右下角频率在变动,直到出现《校:短路》字样。5.在电桥测试端口接上短路器，然后按〖执行〗键;画面转成阻抗圆图,光标在R=0点闪动,拔掉短路器光标在R=∞点闪动。6.接上待测失配负载,即可用圆图看变化趋势（圆图有四档可选,可按〖↓〗键来选择）。要想看驻波比(回波损耗)频响，可按〖菜单〗键，再选驻波(回波损耗)即得直角坐标下的频响曲线（记录）。第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日（1）按《菜单》按钮，选择扫频方案1。（2）设置BF=30MHz、⊿F=39.6MHz、EF=3198MHz。（3）设置使A下为《插损》,B下空白。（4）接法如下图，输出口与输入口A接上电缆，另一端各串一只10dB衰减器，再通过双阴对接起来。（5）使光标停在《校:直通》下,按〖执行〗键，此时为直通状态,即校最大值,仪器会直接转入测试,此时画面应为方格坐标,测试值为0dB。（6）将待测衰减器（20dB）串入两电缆之间,即可进行测试。（7）按〖→〗或〖←〗查看各个频率下的测量数值，记录测试结果（见附表）。(二).测衰减器在30MHz-3198MHz的(传输系数)插损(8)插损量程有四档,可按〖↓〗键来选择,最小一档为0-2.5dB,最大可测80dB。(9)可测相移和群时延第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日(三).衰减器的驻波和回损测量：（1）如图按测回损连接。输入A输入B输出电桥（3）在电桥测试端口进行开路、短路校正。（4）待测衰减器阴头接上阳匹配负载,将待测衰减器阳头接到电桥测试端口上，屏幕上显示的即待测衰减器阳头的输入阻抗轨迹。（6）有四档可选,可按〖↓〗键来选择记下测试结果（见附表）。（5）按〖菜单〗键，再将光标移到《对数》下，再按〖执行〗键；记录测试结果（见附表）。（2）设置使A下为《回损》,B下空白第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日

AV36580A矢量网络分析仪具有强大的测量功能，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的性能完成矢量网络分析。可快速、精确地测量被测件S参数的幅度、相位和群延迟特性。第四十页，共四十八页，2022年，8月28日频率范围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)技术规范第四十一页，共四十八页，2022年，8月28日5、实验步骤（一）.测失配负载在600～2600MHz的驻波比（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第四十二页，共四十八页，2022年，8月28日进行测量格式驻波比光标用调节旋钮记录数据（11组），照相记录波形测量S11双阴连接器失配负载第四十三页，共四十八页，2022年，8月28日

（二）.测衰减器在600MHz-2600MHz的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型阴负载第四十四页，共四十八页