第十一讲功率衰减器

第四章功率衰减器主要内容功率衰减器的原理集总参数衰减器分布参数衰减器PIN二极管电调衰减器步进式衰减器功率衰减器基本原理从微波网络观点看，衰减器是一个二端口有耗微波网络。它属于通过型微波元件。可对RF/MW信号产生一定的衰减。若信号输入端的功率为P1，而输出端的功率为P2，衰减器的功率衰减量为A（dB）。若P1、P2以分贝毫瓦（dBm）表示，则两端功率间的关系为：

P2(dBm)=P1(dBm)-A(dB)即衰减量为：衰减器的主要用途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。去耦元件作为振荡器与负载之间的去耦合元件。相对标准作为比较功率电平的相对标准。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。衰减器的技术指标工作频带由于射频/微波结构与频率有关，不同频段的元器件，结构不同，也不能通用。衰减量衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位，便于整机指标计算。功率容量材料结构确定后，衰减器的功率容量就确定了。如果让衰减器承受的功率超过这个极限值，衰减器就会被烧毁。回波损耗两端的输入输出驻波比应尽可能小，以避免对两端电路有影响，即两端电路都是匹配的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。通过一定的工艺把电阻材料放置到不同波段的射频/微波电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，体积肯定要加大，关键就是散热设计衰减器的基本构成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。通常有两种实现方式：半导体小功率快调衰减器，如PIN管或FET单片集成衰减器；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。集总参数衰减器利用电阻构成的T型或П型网络实现集总参数衰减器，通常情况下，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。根据电路两端使用的阻抗不同，可分为：同阻式异阻式Z1、Z2是电路输入端、输出端的特性阻抗T型和Π型功率衰减器集总参数衰减器的设计同阻式衰减器两端的阻抗相同，即Z1＝Z2，不需要考虑阻抗变换，直接应用网络级联的办法求出衰减量与各电阻值的关系。异阻式衰减器级联后要考虑阻抗变换，可通过增加阻抗变换即可利用同阻式衰减器的设计方法进行设计。T型同阻式设计（Z1=Z2=Z0）对于T型同阻式衰减器，取Rs1=Rs2。我们可以利用三个［A］参数矩阵相乘的办法求出衰减器的［A］参数矩阵，再换算成［S］矩阵，就能求出它的衰减量。串联电阻和并联电阻的［A］网络参数如右：Rsi的传输矩阵：Rp的传输矩阵：T型同阻式设计（Z1=Z2=Z0）[A]矩阵相乘得：转化为［S］矩阵为：T型同阻式设计（Z1=Z2=Z0）

对衰减器的要求是衰减量为A=20lg|s21|(dB)端口匹配10lg|s11|=-∞。T型同阻式设计（Z1=Z2=Z0）求解联立方程组就可解得各个阻值。下面就是这种衰减器的设计公式：П型同阻式设计（Z1=Z2=Z0）对于П型同阻式衰减器，取Rp1=Rp2，可以用上述T型同阻式衰减器的分析和设计方法。利用三个［A］参数矩阵相乘的办法求出衰减器的［A］参数矩阵，再换算成［S］矩阵，就能求出它的衰减量。异阻式集总参数衰减器设计异阻式集总参数衰减器时，级联后要考虑阻抗变换。T型异阻式П型异阻式集总羽参数蹲衰减认器设防计实赛例1设计津一个5d差BT型同恰阻式石（Z1=Z2=5纪0Ω）固匙定衰柱减器嘴。解：同阻中式集直总参守数衰伟减器A抛=凤5d殖B，由荣设计所公式锦计算荡元件限参数供：集总惑参数狗衰减伪器设沿计实博例1仿真偷结果礼分析奏：由上萍述计遗算结召果画弟出电悼路图烛，在An肥so游ft据D案es园ig舟ne圈r或Mi罢cr姜ow揪av苹e随Of矮fi熄ce上可展得仿概真结辅果.集总熊参数片衰减陶器设作计实逢例2设计10遮dB猫П型同步阻式此（Z1=Z2=5嫌0Ω）固严定衰目减器妻。解：同阻城式集辉总参胶数衰循减器A=捉10握dB，由录设计取公式尝计算偏元件袜参数捡：集总傅参数打衰减埋器设恋计实夺例2仿真锐结果宴分析毫：由上趋述计领算结卫果画丙出电君路图拢，在An俯so膏ft腔D冒es平ig旅ne烛r或Mi烂cr未ow慰av龟e健Of两fi绳ce上可络得仿液真结霸果.集总壁参数蹦衰减悦器设彻计实调例3设计10皮dB掏П型异杏阻式共（Z1=5竭0Ω，Z2=7样5Ω）固江定衰强减器壁。解：异阻材式集慨总参某数衰的减器A=晨10俱d眨B，由猛设计席公式拉计算慨元件抚参数电：集总寒参数扮衰减毫器设仇计实结例3仿真催结果趁分析拿：由上贴述计举算结筑果画杆出电克路图彻，在An桐so击ft丢D雅es遵ig暖ne哪r或Mi掉cr暗ow还av械e蚀Of辉fi别ce上可测得仿姻真结艺果.分布治参数骂衰减村器同轴遣型衰悔减器在同赚轴系悼统中孟，吸友收式宫衰减泳器的敌结构六有三势种形明式：内外若导体朱间电余阻性湿介质传填充内导蚊体串缺联电沸阻带状翻线衰约减器效转换候为同栽轴形护式（a）准填充;（b）彻串联;（c）指带状窑线分布眯参数卸衰减带器截止它式衰世减器毁截止词式衰竹减器肯又称屯“过狼极限两衰减晒器”惕，是笼用截最止波若导制滔成的线。它是舌根据舅当工源作波轨长远愧大于食截止拣波长λc时，岁电磁塑波的听幅度守在波叨导中士按指机数规规律衰击减的爹特性堂来实疲现衰拨减的关。波导酬型衰僵减器吸收园式衰趣减器半最简浊单的隙波导量吸收小式衰隶减器座是在局波导乓中平买行于迷电场善方向帅放置纺具有麦一定男衰减蔽量的勿吸收副片组脑成的咬。根猴据能古够改捡变吸培收片忠的位齿置和贼面积半，可彻分为恢固定痰式和踪蝶可变聚式。因为见有损众耗性筹薄膜恳或介债质表抵面有—定电丽阻，丑所以当沿其莫表面记的电处磁波眠电场客切向登分量秤，将棍在其表上引蹦起传补导电股流，项形成屯焦耳渗热损躲耗并秧以热泥能的振形式貌散发忧掉。只要填控制虾衰减娃器衰礼减量竟，信碌号经示过衰帅减器纪后就姿被减塌弱到岸所需绒电平璃。吸收精式衰听减器刀形饭旋转待吸收卫片衰厕减器沈比横帖向移托动吸和收片阴衰减客器显拆得优为越，慨在结淹构、摇安装驰等方甩面也蒜比较辰简便春。这盟种形叠式的彼衰减炊器结师构简馋单加漠工容在易，被适于守成批兄生产范。横向蝇移动耀式和株刀片爷式衰陷减器浴都是广粗调浴式，精度蛋都不张高，需要字校准销曲线波才有花定量转衰减某。极化崖吸收强式衰绪减器极化城吸收块式衰助减器闲是一倒种精老密衰尚减器互，其陡结构广由三忙段波千导组纹成。两端拦是固惯定的伍矩形毯波导搅到圆固柱波筛导的坏过渡且段中间宫是一珍段可熄以绕营纵轴斥转动黎的圆斩柱波蚂导。在每蒙段波行导中裕部沿否轴向吴放置抢厚度辈极薄蹦的能姑完全岛吸收握与其贞平行痒的切口向电谋场的潜吸收围片，隶各段坐中吸虏收片啄的相腐对位仁置如肾图中牙所示形。圆柱涌波导更旋转寻的角吨度θ可以边用精脊密传柳动系与统测常量并落显示旗出来约，角希度的泳变化阻也就冤是极亡化面冈的变应化。A=怖20纲l念g某(c亚os眨θ)微带英型衰橡减器在微禾带线拢的表萝面镀密膜一辟层电燥阻材置料即划可实哗现衰伟减，轧也可丑用涂匹覆方熊法实定现衰宅减。近代器常用缓吸波喇橡胶切材料糕，将寸其裁陷剪至社合适天尺寸隐，用失胶粘猜到电完路上台。在口微波靠有源怜电路欧的调税整中成，会忌用到煎吸波故材料戒消除隙高次耀模、扯谐杂宋波影讲响，余控制五组件外泄露刊等。匹配习负载匹配址负载尽是个找单口败网络渣，实潮现匹幻玉配的挑原理忌与衰暑减的刘原理砍相同派。通输常，阔衰减垄器是太部分鉴吸收榆能量枣，匹新配负伪载是碧全吸恋收负闹载，拒而且里频带粪足够隆宽。同轴亡和微甩带中昂，匹在配负笛载的膀电阻驻通常两是50红Ω，可歇以用厨电阻夜表测必量。裤因此悼，集病总元爸件电后阻可梁以用提来实慨现窄爱带匹决配负韵载。劲微波洋工程棵中，葬用50西Ω贴片涉电阻缓实现捞微带每匹配淘负载醋。波导廉、同渴轴和厕微带至匹配哲负载葛结构PI倚N二极息管电溪调衰套减器PI桥N二极睛管PI遇N二极隆管就脏是在恐重掺连杂P+、N+之间败夹了弓一段敞较长促的本雾征半热导体售所形默成的马半导饿体器奶件，闭中间I层长鉴度为洽几到唉几十娱微米塑。直流荷偏置燃在零秋偏与询反偏案下，PI翁N管均汽不能迫导通替，呈议现大蓝电阻古。正偏境时，P+、N+分别析从两扯端向I区注塘入载扁流子必，它焦们到充达中稀间区榆域复切合。PI梅N管一膏直呈燃现导樱通状窝态，村偏压扩（流烛）越割大，茫载流斯子数临目越记多，向正向阿电阻夜越小稳。PI岔N二极局管交流渠信号求作用钩下的垄阻抗浪特性喜频率款较低母时，蓄正向例导电锡，反边向截野止，钳具有泄整流介特性辽。频率逗较高判时，馆正半磨周来母不及拿复合餐，负搅半周烫不能男完全洲抽空勒，I区总阁有一胡定的顾载流垒子维刮持导女通。小信蜓号时I区的升载流蝇子少半，大况信号祖时I区的淡载流否子多停。所社以，拖高频偿大信遗号时狮电阻迹大，略小信塑号时历电阻抓小。PI蛛N二极显管的广特性直流蛾反偏东时，尸对微夫波信明号呈叫现很侦高的蛮阻抗具，正录偏时焦呈现猴很低唤的阻将抗。捞可用会小的钓直流氧（低握频）每功率泪控制庙微波岂信号狮的通话断，雷用作闲开关润、芬数字古移相派等。直流莫从零亿到正少偏连因续增欠加时冻，对绒微波百信号胁呈现爬一个挣线性荡电阻熔，变或化范鱼围从舱几兆撇欧到赶几欧蹄姆，喝用作授可调问衰减皮器。只有盲微波韵信号用时，I区的币信号改积累塔与微玻波功玩率有摩关，丈微波真功率朽越大令，管傻子阻麦抗越启大，曲用作脂微波梳限幅拥器。大功如率低娃频整烘流器现，I区的俭存在愈使得醋承受孔功率在比普篇通整乳流管她大的椒多。电调赌衰减飞器利用PI损N管正幻玉偏电闪阻随伙电流潜变化兆这一垦特点恋，调程节偏麻流改恭变电羊阻，近可以扔控制PI壶N开关胡插入芝衰减逃量，氧这就槽是电尚调衰够减器舞。单管伞电调闭衰减圆器在微驰带线怜中打秩孔并码接一锦个PI建N管，桨改变膨控制速信号萝就可莲改变壮输出雀功率谱的大敬小。傲这种悔结构届的衰专减器贡输入该电压缘瑞驻波源比大射。3叮dB定向黎耦合韵器型伐衰减融器3饿dB定向紧耦合优器型级衰减屑器是校一种喝匹配默型衰鲜减器秩。微波抢功率避从1口输度入，棚分两温路从2、3口反遇射后模从4口叠央加输讯出。若2、3口匹赏配(Rf≈0短)，则4口无勿输出柜。若2、3口全绿反射合，则4口输吓出最社大，Z2=Z3=Rf+Z0。同步微调节善两只值管子旷偏流剖，可秆以改拳变4口输训出功亮率。吸收啄阵列缎式电构调衰货减器利用臂多个PI耻N管合苍理布范置可贵制成芹频带井宽、层动态箱范围摧大、卡驻波夜比小划、功方率容全量大扣的阵庭列式姑电调内衰减紧器。PI叼N管等野距排乌列，悼但偏厉流不钉同。鼻单节浸衰减识器的京影像行反射正系数关和衰尽减分定别为韵：阵列是式电亡调衰检减器号(a遇)朵PI剃N二极丸管阵松列；(b售)反偏晕或零郊偏；(c拳)正偏吸收煌阵列攻式电够调衰祥减器|YD|小（Rf大）鼻，哗反射晕小，黎衰减南小，档驻波茫比小|YD|大（Rf小）掀，反狡射大析，衰袭减大耗，驻远波比叶大。所以很，由命左到贪右，Rf依次孝递减屋，可绘得到数较好粪的性段能。PI争N管限姻幅器由于PI屿N工作翼区载由流子皂数目娇在零爪偏时笼与微嚼波信骗号幅狗度成侄正比摸，小阶信号志时Rj很大典，不秆衰减裤；信筋号增要大时闪，Rj下降内，衰胆减增车加；夹当信改号很使强时浊，Rj很大链，对聪信号瘦的衰铅减也论很大冲，可还起自孕动限凑幅作践用。限幅缎用的PI麦N管工莲层较村薄（庆约1μ傻m），享对功姜率反锤应灵退敏。做当输车入功胖率达虎到限朵幅功蝴率时委，输筹入功译率再骂大，照输出征功率端也不麻会增交加。在微缓波接广收机脾的前修端都丽放置东有PI停N限幅谨器，坑以保比护低当噪放坚不被劣意外蠢信号船烧毁嗽。双管轿限幅蜡器及混其特忆性PI僵N管限页幅器步进遗式衰亦减器固定盆衰减吐