實驗二衰減器的仿真設(shè)計

試驗二

衰減器仿真設(shè)計實驗二衰減器的仿真設(shè)計第1頁了解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀工作原理掌握用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量待測元件回波損耗和插入損耗原理方法。了解功率衰減器原理及其應(yīng)用了解無源功率衰減器基本設(shè)計方法了解PIN電子功率衰減器原理及基本設(shè)計方法一、實驗?zāi)繉嶒灦p器的仿真設(shè)計第2頁功率衰減器是一個能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。衰減器廣泛用于需要功率電平調(diào)整各種場所。數(shù)控衰減器固定衰減器集成衰減器二、功率衰減器原理實驗二衰減器的仿真設(shè)計第3頁1.衰減器技術(shù)指標(biāo)(1).工作頻帶。指在給定頻率范圍內(nèi)使用衰減器,衰減量才能到達(dá)指標(biāo)值。普通結(jié)構(gòu)與頻率相關(guān)。(2).衰減量。衰減量描述功率經(jīng)過衰減器后功率變小程度。(3).功率容量。衰減器是一個能量消耗元件，功率消耗后變成熱量。超出這個極限值，衰減器就會被燒毀。(4).回波損耗?；夭〒p耗就是衰減器駐波比。我們希望衰減器不能對兩端電路有影響。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第4頁2.衰減器基本組成

組成射頻/微波功率衰減器基本材料是電阻性材料。通常電阻是衰減器一個基本形式,由此形成電阻衰減網(wǎng)絡(luò)就是集總參數(shù)衰減器(無源衰減器)。假如是大功率衰減器,體積必定要加大,關(guān)鍵就是散熱設(shè)計。

伴隨當(dāng)代電子技術(shù)發(fā)展,在許多場所要用到快速調(diào)整衰減器。這種衰減器通常有兩種實現(xiàn)方式,一是半導(dǎo)體小功率快調(diào)衰減器,如PIN管或FET單片集成衰減器；二是開關(guān)控制電阻衰減網(wǎng)絡(luò),開關(guān)能夠是電子開關(guān),也能夠是射頻繼電器(有源衰減器或數(shù)字衰減器)。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第5頁三種同軸結(jié)構(gòu)吸收式衰減器

(a)填充;(b)串聯(lián);?帶狀線截止式衰減器實驗二衰減器的仿真設(shè)計第6頁波導(dǎo)、同軸和微帶匹配負(fù)載結(jié)構(gòu)微帶單管電調(diào)衰減器實驗二衰減器的仿真設(shè)計第7頁3.PIN二極管工作原理PIN二極管是在P型和N型材料之間插入一個本征層組成基本PIN結(jié)橫截面圖直流偏置等效電路微波開關(guān)利用PIN管在直流正、反偏壓下展現(xiàn)近似導(dǎo)通和關(guān)斷阻抗特征，實現(xiàn)了控制微波信號通道轉(zhuǎn)換作用。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第8頁正偏條件下電阻記為RS，與偏置電流IF成反比，使PIN結(jié)二極管在高頻下有很好隔離度。（a）為正偏時等效電路。當(dāng)PIN結(jié)反偏或者零偏時，本征層I內(nèi)電荷被耗盡，表現(xiàn)出高電阻(Rp)，如圖（b）所表示。其中CT為PIN結(jié)二極管總電容，包含了結(jié)電容Cj和封裝寄生電容Cp。RS為PIN管正向偏置等效電阻(<2Ω)，L為金屬接觸產(chǎn)生電感效應(yīng)，大約為0.04nH，CT為PIN管反偏電容0.05pF。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第9頁PIN二極管高頻開關(guān)串聯(lián)PIN射頻SPST正偏等效電路反偏等效電路實驗二衰減器的仿真設(shè)計第10頁正偏等效電路反偏等效電路并聯(lián)PIN射頻SPST實驗二衰減器的仿真設(shè)計第11頁串聯(lián)PIN射頻SPDT實驗二衰減器的仿真設(shè)計第12頁PIN高頻電子衰減器由R和正向偏置PIN二極管組成一個分壓器。因為PIN管正向偏壓時阻抗隨偏置電壓增大而減小，所以能夠起自動衰減作用。

實驗二衰減器的仿真設(shè)計第13頁(1).控制功率電平:

在微波超外差接收機(jī)中對本振輸出功率進(jìn)行控制,取得最正確噪聲系數(shù)和變頻損耗,到達(dá)最正確接收效果。在微波接收機(jī)中,實現(xiàn)自動增益控制,改進(jìn)動態(tài)范圍。(2).去耦元件:

作為振蕩器與負(fù)載之間去耦合元件。(3).用于雷達(dá)抗干擾中跳變衰減器:

是一個衰減量能突變可變衰減器,平時不引入衰減,碰到外界干擾時,突然加大衰減。4.衰減器主要用途實驗二衰減器的仿真設(shè)計第14頁(a)T型功率衰減器(b)Π型功率衰減器同阻抗式：Z1=Z2

異阻抗式：Z1≠Z2三、集總參數(shù)衰減器類型實驗二衰減器的仿真設(shè)計第15頁1.同阻式集總參數(shù)衰減器Rs1和Rs2傳輸矩陣：Rp傳輸矩陣：2).T型同阻式實驗二衰減器的仿真設(shè)計第16頁轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為：衰減量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-∞實驗二衰減器的仿真設(shè)計第17頁2).П型同阻式實驗二衰減器的仿真設(shè)計第18頁3).T型異阻式實驗二衰減器的仿真設(shè)計第19頁4).П型異阻式實驗二衰減器的仿真設(shè)計第20頁實例一：

設(shè)計一個5dBT型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰減器。同阻式集總參數(shù)衰減器A=-5dB，由公式計算元件參數(shù):實驗二衰減器的仿真設(shè)計第21頁Ctrl+R旋轉(zhuǎn)器件ADS仿真：5dBT型同阻式固定衰減器新建工程、設(shè)計，命名為R_T_Attenuator；選Lumped-Components元件庫，完成原理圖；進(jìn)行仿真F5移動文字實驗二衰減器的仿真設(shè)計第22頁仿真結(jié)果實驗二衰減器的仿真設(shè)計第23頁練習(xí)：設(shè)計10dBП型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰減器。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第24頁ADS仿真：10dBП型同阻式固定衰減器實驗二衰減器的仿真設(shè)計第25頁仿真結(jié)果實驗二衰減器的仿真設(shè)計第26頁實例二、設(shè)計一有源“T”型衰減器，詳細(xì)指標(biāo)：工作頻帶：1—2GHz低衰減時頻帶內(nèi)衰減小于1.1dB，1.4GHz處衰減小于0.8dB高衰減時頻帶內(nèi)衰減大于10dB，1.4GHz處衰減大于12dB實驗二衰減器的仿真設(shè)計第27頁ADS仿真步驟建立新原理圖，命名為PIN_Attenuator，完成以下二極管模型原理圖實驗二衰減器的仿真設(shè)計第28頁工具欄雙擊，在圖中插入“VAR”控件，設(shè)置變量Rj

實驗二衰減器的仿真設(shè)計第29頁在“Attenuator”上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“NewSymbol”彈出對話框直接點【OK】實驗二衰減器的仿真設(shè)計第30頁選擇“PIN”【OK】，生成二極管圖形符號。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第31頁【File】【DesignParameters】“GeneralCellDefinition”實驗二衰減器的仿真設(shè)計第32頁I100”Add”

“SaveAELfile”O(jiān)k”保留設(shè)計原理圖實驗二衰減器的仿真設(shè)計第33頁新建原理圖，命名為PIN_My，完成衰減器設(shè)計單擊工具欄圖標(biāo)“”，向圖中拖入二極管，完成原理圖實驗二衰減器的仿真設(shè)計第34頁2.單擊“”圖標(biāo)，進(jìn)行仿真，分析結(jié)果D1和D2偏置I對調(diào)高衰減結(jié)果低衰減結(jié)果實驗二衰減器的仿真設(shè)計第35頁四、衰減器測量--AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀含有強大測量功效，可用于對濾波器，放大器，天線，電纜，有線電視分接頭等射頻元件性能完成矢量網(wǎng)絡(luò)分析?？煽焖佟?zhǔn)確地測量被測件S參數(shù)幅度、相位和群延遲特征。實驗二衰減器的仿真設(shè)計第36頁頻率范圍300kHz～3GHz頻率分辨率1Hz頻率準(zhǔn)確度5×10-6端口輸出功率-25～+10dBm，選件：-85～+10dBm中頻帶寬1Hz～100kHz系統(tǒng)動態(tài)范圍中頻帶寬10Hz85dB(0.3MHz～10MHz)118dB(10MHz～3GHz)中頻帶寬3kHz60dB(0.3MHz～10MHz)90dB(10MHz～3GHz)測試

端口

指標(biāo)頻率范圍300k～10MHz10M～3GHz有效方向性(dB)4946有效源匹配(dB)4440有效負(fù)載匹配(dB)4946反射跟蹤±0.020dB傳輸跟蹤±0.020dB掃描速度90ms(掃描點數(shù)201點，中頻帶寬30kHz，顯示器更新狀態(tài)：開)技術(shù)規(guī)范實驗二衰減器的仿真設(shè)計第37頁試驗步驟（一）測失配負(fù)載在600～2600MHz駐波比（S11、回?fù)p）起始600MHz終止2.6GHz掃描設(shè)置101←I設(shè)置激勵參數(shù)觸發(fā)連續(xù)掃描進(jìn)行測量校準(zhǔn)校準(zhǔn)機(jī)械校準(zhǔn)單端口(反射)分別進(jìn)行前向開路、短路、匹配負(fù)載校準(zhǔn)完成單端口雙陰連接器N型陽開路器按圖連接N型陽短路器50ΩN型陽負(fù)載掃描點掃描類型線性頻率實驗二衰減器的仿真設(shè)計第38頁進(jìn)行測量格式駐波比光標(biāo)用調(diào)整旋鈕統(tǒng)計數(shù)據(jù)（11組），攝影統(tǒng)計波形測量S11雙陰連接器失配負(fù)載實驗二衰減器的仿真設(shè)計第39頁

（二）測衰減器在600MHz-2600MHz插損和回波損耗進(jìn)行測量校準(zhǔn)校準(zhǔn)全雙端口(SOLT)分別進(jìn)行前向和反向開路、短路、匹配負(fù)載校準(zhǔn)按圖連接N型陽開路器N型陽短路器50ΩN型陽負(fù)載反射前向反向完成反射測試傳輸直通按圖連接，進(jìn)行直通校準(zhǔn)雙陰連接器完成傳輸測試完成全雙端口機(jī)械校準(zhǔn)雙陰連接器N型陰開路器N型陰短路器50ΩN型陰負(fù)載實驗二衰減器的仿真設(shè)計第40頁進(jìn)行測量格式對數(shù)幅度光標(biāo)用調(diào)整旋鈕分別統(tǒng)計回?fù)p、插損和駐波數(shù)據(jù)（11組），并攝影統(tǒng)計波形