微波电路课件_雷震亚_第4章_功率衰减器.ppt

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1、第4章功率衰减器4.1功率衰减器的原理4.2集总参数衰减器4.3分布参数衰减器4.4PIN二极管电调衰减器4.5步进式衰减器4.1功率衰减器的原理4.1.1衰减器的技术指标衰减器的技术指标包括衰减器的工作频带、衰减量、功率容量、回波损耗等。(1)工作频带。衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标值。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。现代同轴结构的衰减器使用的工作频带相当宽,设计或使用中要加以注意。(2)衰减量。无论形成功率衰减的机理和具体结构如何,总是可以用图4-1所示的两端口网络来描述衰减器。图4-1功率衰减

2、器图4-1中,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（4-1）可以看出,衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。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。(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。可以想象,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。设计和使用时,必须明确功率容量。(4)回波损耗。回波损耗就是衰减器的

3、驻波比,要求衰减器两端的输入输出驻波比应尽可能小。我们希望的衰减器是一个功率消耗元件,不能对两端电路有影响,也就是说,与两端电路都是匹配的。设计衰减器时要考虑这一因素。4.1.2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。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。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

4、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。下面介绍各种衰减器的原理和设计方法。4.1.3衰减器的主要用途衰减器有以下基本用途：(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)相对标准:作为比较功率电平的相对标准。(4)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。从微波网络观点看,衰减器是一个

5、二端口有耗微波网络。它属于通过型微波元件。4.2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。两种电路拓扑如图4-2所示。图中Z1、Z2是电路输入端、输出端的特性阻抗。根据电路两端使用的阻抗不同,可分为同阻式和异阻式两种情况。图4-2功率衰减器(a)T型功率衰减器；(b)Π型功率衰减器4.2.1同阻式集总参数衰减器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。1.T型同阻式（Z1=Z2=Z0）对于图4

6、-2（a）所示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］网络参数如下:Rs1的传输矩阵Rp的传输矩阵相乘得（4-2）（4-3）（4-4）转化为［S］矩阵为对衰减器的要求是衰减量为20lg

7、s21

8、(dB),端口匹配10lg

9、s11

10、=-∞。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。2.П型同阻式（Z1=Z2=Z0）对于图4-2（b）所示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,过程完全

11、相同,即利用三个［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,所得结果由式（4-7）给出。（4-7）4.2.2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。下面分别给出两种衰减器的计算公式。1.T型异阻式（4-8）2.П型异阻式（4-9）4.2.3集总参数衰减器设计实例设计实例一：设计一个5dBT型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。步骤一:同阻式集总参数衰减器A=-5dB,由公式(4-6)计算元件参数:步骤二: