一文全面了解射频衰减器

来源: PASTERNACK 作者:PASTERNACK 2021-09-30 08:56:49

  射频衰减器,是射频系统中电子元件之一,几乎在每个射频实验室都能看到。它主要是降低通过该元件的信号幅度,而不会显着降低该信号的完整性。今天我们就一起详细了解一下它—— 射频衰减器。

  6dB固定衰减器,SMA公头转SMA母头,带有黑色阳极氧化铝散热器主体,额定功率为10W,最高18GHz

  射频衰减器的技术指标

射频衰减器的作用是保证信号在输入混频器时处在合适的电平上,从而防止发生过载、增益压缩和失真。主要的技术指标有: 


工作频带 

  是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减器才能达到指标值。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。

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 

  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。

  回波损耗

  回波损耗就是衰减器的驻波比,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。

功率系数 

  当输入功率从10mW变化到额定功率时,衰减量的变化系数表示为dB/(dB*W)。衰减量的变化值的具体算法是将系数乘以总衰减量功率(W)。

  射频衰减器的相关参数

  衰减

  VSWR

  最大平均功率

  插入损耗的功率系数

  最大峰值功率

  温度系数

  冲击和振动

  插入损耗的频率响应

  工作温度上限

  标称插入损耗的偏差

  接头寿命

  互调失真

  射频衰减器的分类

  射频衰减器主要应用于射频光学应用。射频衰减器通常用于电子电路,而光学衰减器用于光纤。基本上有六种不同的射频设计:固定式、步进式、连续可变式、可编程式、直流偏置式和直流阻断式。

固定衰减器 

  有三种基本的不平衡衰减器配置:L型、T型和Pi型。T型和Pi型的平衡配置分别是H和O。平衡配置是对称的电阻网络,而不平衡配置是不对称电阻网络。

衰减器 通常由电阻网络组成,允许热量以一定的速率消散。有几个基本布局:“T”型配置、“L”型配置和“Pi”型配置。这些已建立的布局已经设置了公式和电阻值,可用于在一定频率范围内产生特征阻抗(Z0),也称为具有不对称电路的不平衡衰减器。平衡或对称电路,“T”型衰减器的版本,被称为“H”配置,而“Pi”型衰减器的平衡版本,被称为“O”配置。   

1dB固定衰减器,BNC 公头到BNC 母头,铜镍主体,额定功率 1W,最高2GHz 

  这些电阻网络将固定衰减器设置为固定且不变的衰减。它们被放置在信号路径中以减少传输的功率。它们可以是表面安装型、波导型或同轴型。根据应用,衰减器可以是定向的,也可以是双向的。信号只能在定向衰减器中从输入向输出传播,并且可以在双向衰减器中双向传播。对于基于芯片的衰减器,电阻是通过沉积在导热基板上的各种材料产生的,根据工艺(厚膜或薄膜),物理尺寸和所用材料都将产生特定的电阻值。也可以通过设置电阻棒和电阻盘的组件来实现连续可变的衰减器电阻;尽管如此,许多连续可变衰减器都是使用芯片制造的。

步进衰减器 

  根据应用,衰减器可以是芯片型、波导型或同轴型。

  0 to 45.5 dB 步进式衰减器, BNC 母头到BNC母头,0.5dB步进,额定功率为1W, 最高可达750MHz

  步进衰减器基本上是固定衰减器,因为它们仍然是无源元件,包含各种电阻网络以产生特定的衰减。衰减值可以根据手动按钮或旋转开关的旋转来选择。与可变衰减器不同,步进衰减器只能根据预先分配的步进产生衰减值。例如,按钮式步进衰减器可以从0调整到45.5dB,并且根据按钮的排列,可以以0.5dB的增量增加。

连续可变衰减器  

  5 ~ 95 dB 连续可变衰减器, SMA母头到SMA母头,额定功率为5W,最高可达4GHz

  连续可变衰减器可以手动调节,以产生指定范围和分辨率内的任何衰减值。在有源连续可变衰减器中,固定衰减器和步进衰减器中的电阻网络已被固态元件所取代,如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或PIN二极管。与无源电阻网络相比,通过控制FET两端的电压或二极管两端的电流,可以以更高的分辨率改变特定的衰减。衰减可以用电机手动或电子控制,以保持特定的衰减。

可编程衰减器 

6位继电器控制可编程衰减器,63db高达1000MHz,,+12V, SMA母头 

  可编程衰减器,也称为数字步进衰减器,是由外部电压控制的元件。这种外部控制通常由计算机驱动。它们通常由晶体管-晶体管逻辑(TTL)输入控制,步长通常为1、2、4、8、16和32。当特定衰减器上施加的电压小于1V时,TTL控制衰减器的逻辑电平为“0”,当施加的电压通常为3V或更高时,其逻辑电平为“1”。这些逻辑电平控制单刀双掷(SPDT)开关,这些开关连接信号路径中的各种衰减器,从而产生理想的衰减。在可编程衰减器领域,也有USB控制的设计,以简化从衰减器到计算机的匹配。通常,它们与已建立的软件一起打包,以便能够轻松控制设备。

直流偏置衰减器 

  6 dB直流偏置衰减器,N型公头到N型母头,钝化不锈钢主体,额定2W,500 MHz ~ 2 GHz

  直流偏置衰减器也称为直流偏置通过衰减器,通过直流的同时也衰减射频信号。它们通常在衰减器的输入和输出端有一个电容,以阻止直流通过,但允许射频信号通过 - 直流信号通过另一条路径绕过衰减器到达输出端。

直流阻断衰减器 

  直流阻断衰减器类似于直流偏置设计,因为它们会隔断直流信号;不同之处在于直流被完全阻断,并且没有出口连接到元件的输出。直流断流器可以与中心导体串联放置,也称为“内部直流断流器” - 它也可以与外部导体串联放置,也称为“外部直流断流器”。还有带有内部直流断流器和外部直流断流器的直流阻断衰减器。

波导衰减器 

  能够产生各种值的衰减器通常会使用某种形式的开关(SPDT)来改变信号路径并产生所需的衰减。连续可变衰减器利用固态元件,在衰减范围内进行非常细微的调整。

  波导衰减器通常是通过在波导的中心粘贴电阻膜来实现衰减波导系统中的射频信号。连续可变波导衰减器通常使用螺钉从波导壁的一侧到中心调节这种电阻材料;在这种情况下,将改变电阻材料的形状以产生衰减的线性变化。一些波导设计允许用户使用刻度盘手动输入值,以获得特定的衰减。这简化了过程,省去了调节连续可变波导衰减器中的螺钉的步骤,并且必须测量衰减直到达到期望值。

光学衰减器 

  光学衰减器衰减光波而不是电子波,因此这种衰减器通常用作吸收或消散光线的元件。与射频设计类似,有几种专门为某一应用设计的光学设计。固定光衰减器通常利用掺杂光纤或偏移接片来分散光线。可变光衰减器类似于射频可变衰减器和可编程步进衰减器,因为它们可以手动或电子控制以产生特定的衰减。

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