實驗二衰減器的仿真設(shè)計

實驗二衰減器的仿真設(shè)計第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日了解矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理掌握用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量待測元件的回波損耗和插入損耗的原理方法。了解功率衰減器的原理及其應(yīng)用了解無源功率衰減器的基本設(shè)計方法了解PIN電子功率衰減器的原理及基本設(shè)計方法一、實驗?zāi)康牡诙摚菜氖隧摚?022年，8月28日功率衰減器是一種能量損耗性射頻/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)整的各種場合。數(shù)控衰減器固定衰減器集成衰減器二、功率衰減器的原理第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.衰減器的技術(shù)指標(biāo)(1).工作頻帶。指在給定頻率范圍內(nèi)使用衰減器,衰減量才能達(dá)到指標(biāo)值。一般結(jié)構(gòu)與頻率有關(guān)。(2).衰減量。衰減量描述功率通過衰減器后功率的變小程度。(3).功率容量。衰減器是一種能量消耗元件，功率消耗后變成熱量。超過這個極限值，衰減器就會被燒毀。(4).回波損耗?；夭〒p耗就是衰減器的駐波比。我們希望的衰減器不能對兩端電路有影響。第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.衰減器的基本構(gòu)成

構(gòu)成射頻/微波功率衰減器的基本材料是電阻性材料。通常的電阻是衰減器的一種基本形式,由此形成的電阻衰減網(wǎng)絡(luò)就是集總參數(shù)衰減器(無源衰減器)。如果是大功率衰減器,體積肯定要加大,關(guān)鍵就是散熱設(shè)計。

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,在許多場合要用到快速調(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)控制的電阻衰減網(wǎng)絡(luò),開關(guān)可以是電子開關(guān),也可以是射頻繼電器(有源衰減器或數(shù)字衰減器)。第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日三種同軸結(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第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日波導(dǎo)、同軸和微帶匹配負(fù)載結(jié)構(gòu)微帶單管電調(diào)衰減器第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.PIN二極管的工作原理PIN二極管是在P型和N型材料之間插入一個本征層構(gòu)成的基本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、反偏壓下呈現(xiàn)近似導(dǎo)通和關(guān)斷的阻抗特性，實現(xiàn)了控制微波信號通道轉(zhuǎn)換的作用。第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日正偏條件下的電阻記為RS，與偏置電流IF成反比，使PIN結(jié)二極管在高頻下有很好的隔離度。（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)的電荷被耗盡，表現(xiàn)出高電阻(Rp)，如圖（b）所示。其中CT為PIN結(jié)二極管的總電容，包括了結(jié)電容Cj和封裝寄生電容Cp。RS為PIN管正向偏置的等效電阻(<2Ω)，L為金屬接觸產(chǎn)生的電感效應(yīng)，大約為0.04nH，CT為PIN管的反偏電容0.05pF。第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日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第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日正偏等效電路反偏等效電路并聯(lián)PIN射頻SPST第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日串聯(lián)PIN射頻SPDT第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日PIN高頻電子衰減器由R和正向偏置的PIN二極管構(gòu)成一個分壓器。因為PIN管正向偏壓時的阻抗隨偏置電壓的增大而減小，所以可以起自動衰減的作用。

第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日(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,獲得最佳噪聲系數(shù)和變頻損耗,達(dá)到最佳接收效果。在微波接收機(jī)中,實現(xiàn)自動增益控制,改善動態(tài)范圍。(2).去耦元件:

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

是一種衰減量能突變的可變衰減器,平時不引入衰減,遇到外界干擾時,突然加大衰減。4.衰減器的主要用途第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日(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)衰減器類型第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.同阻式集總參數(shù)衰減器Rs1和Rs2的傳輸矩陣：Rp的傳輸矩陣：2).T型同阻式第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為：衰減量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-∞第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日2).П型同阻式第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日3).T型異阻式第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日4).П型異阻式第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日實例一：

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):第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日Ctrl+R旋轉(zhuǎn)器件ADS仿真：5dBT型同阻式固定衰減器F5移動文字第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日練習(xí)：設(shè)計10dBП型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰減器。第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日ADS仿真：10dBП型同阻式固定衰減器第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日實例二、設(shè)計一有源“T”型衰減器，具體指標(biāo)：工作頻帶：1—2GHz低衰減時頻帶內(nèi)的衰減小于1.1dB，1.4GHz處的衰減小于0.8dB高衰減時頻帶內(nèi)的衰減大于10dB，1.4GHz處的衰減大于12dB第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日ADS仿真步驟第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日在工具欄雙擊控件，在圖中插入“VAR”控件，設(shè)置變量Rj

第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日執(zhí)行菜單命令【View】【Creat/EditSchematicSymbol】,彈出對話框，單擊“OK”，出現(xiàn)默認(rèn)符號執(zhí)行菜單命令【View】【Creat/EditSchematic】,返回原理圖執(zhí)行菜單命令【File】【DesignParameters】，修改后，單擊“Paramrters”標(biāo)簽DD第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日I100”Add”

“SaveAELfile”O(jiān)k”，另存原理圖并命為”D”，完成模型創(chuàng)建第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日單擊工具欄圖標(biāo)“”，向圖中拖入二極管，完成原理圖第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日D1和D2的偏置I對調(diào)高衰減結(jié)果低衰減結(jié)果第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀介紹2.技術(shù)特性如下：頻率綜合跳頻，每點頻率精度：≤10-4頻段范圍：30～3200MHz動態(tài)范圍：插損70dB、回?fù)p50dB、增益30dB分辨率精度：小插損為0.01dB，

精度4%。小反射為0.002，精度2%；相位分辨率為0.1°，精度4%。第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.儀器的面板與按鍵

〖↓〗鍵功能：在菜單中,以單方向循環(huán)方式將光標(biāo)移到所需項上。在測試運行中,按此鍵可依次改變畫面與量程?！肌脚c〖←〗功能：在菜單中,改變數(shù)值或項目；在測試中改變光標(biāo)位置,以顯示閃點的參數(shù)?！疾藛巍芥I(暫停鍵)：出現(xiàn)掃頻方案(7種，1～6為等頻距掃頻方案，7為列表掃頻)〖執(zhí)行〗鍵：按此鍵即執(zhí)行所選功能，而在掃頻方案菜單中，按此鍵即確認(rèn)光標(biāo)所在處的方案，回到主菜單。第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日

注釋頻域×× 當(dāng)前為頻域××表示當(dāng)前最小頻距ＢＦ：

起始頻率(BeginningFrequency)⊿Ｆ：

頻距(頻率增量或步長)ＥＦ：

終止頻率(EndingFrequency)Ｎ：

測試點數(shù)（不直接受控）Ｍ：

選常規(guī)或精測(精測精度高、但速度慢)測：A B 選定各輸入口的測試項目 ×× ××++++++++++++++++線上為設(shè)置項目,線下為執(zhí)行項目校：×× 作各項相應(yīng)校正4、開機(jī)主菜單(畫面)左面為一圓圖,右面即菜單。菜單如下:剛開機(jī)后,光標(biāo)在校:××處閃動,便于在不改變頻率設(shè)置時立即進(jìn)行校正。第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.在《頻域》設(shè)置：《0.1MHz》BF=800.0MHz、⊿F=10.0MHz、EF=1000.0MHz。屏幕自動出現(xiàn)《N=21》。3.設(shè)置《M：常規(guī)》、A下《回?fù)p》

（一）.測失配負(fù)載在800～1000MHz的駐波比，步長=10MHz5、實驗步驟1.按圖接線4.光標(biāo)停在《校:開路》下，再按〖執(zhí)行〗鍵,此時顯示器右下角頻率在變動,直到出現(xiàn)《校:短路》字樣。5.在電橋測試端口接上短路器，然后按〖執(zhí)行〗鍵;畫面轉(zhuǎn)成阻抗圓圖,光標(biāo)在R=0點閃動,拔掉短路器光標(biāo)在R=∞點閃動。6.接上待測失配負(fù)載,即可用圓圖看變化趨勢（圓圖有四檔可選,可按〖↓〗鍵來選擇）。要想看駐波比(回波損耗)頻響，可按〖菜單〗鍵，再選駐波(回波損耗)即得直角坐標(biāo)下的頻響曲線（記錄）。第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日（1）按《菜單》按鈕，選擇掃頻方案1。（2）設(shè)置BF=30MHz、⊿F=39.6MHz、EF=3198MHz。（3）設(shè)置使A下為《插損》,B下空白。（4）接法如下圖，輸出口與輸入口A接上電纜，另一端各串一只10dB衰減器，再通過雙陰對接起來。（5）使光標(biāo)停在《校:直通》下,按〖執(zhí)行〗鍵，此時為直通狀態(tài),即校最大值,儀器會直接轉(zhuǎn)入測試,此時畫面應(yīng)為方格坐標(biāo),測試值為0dB。（6）將待測衰減器（20dB）串入兩電纜之間,即可進(jìn)行測試。（7）按〖→〗或〖←〗查看各個頻率下的測量數(shù)值，記錄測試結(jié)果（見附表）。(二).測衰減器在30MHz-3198MHz的(傳輸系數(shù))插損(8)插損量程有四檔,可按〖↓〗鍵來選擇,最小一檔為0-2.5dB,最大可測80dB。(9)可測相移和群時延第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日(三).衰減器的駐波和回?fù)p測量：（1）如圖按測回?fù)p連接。輸入A輸入B輸出電橋（3）在電橋測試端口進(jìn)行開路、短路校正。（4）待測衰減器陰頭接上陽匹配負(fù)載,將待測衰減器陽頭接到電橋測試端口上，屏幕上顯示的即待測衰減器陽頭的輸入阻抗軌跡。（6）有四檔可選,可按〖↓〗鍵來選擇記下測試結(jié)果（見附表）。（5）按〖菜單〗鍵，再將光標(biāo)移到《對數(shù)》下，再按〖執(zhí)行〗鍵；記錄測試結(jié)果（見附表）。（2）設(shè)置使A下為《回?fù)p》,B下空白第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日

AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有強(qiáng)大的測量功能，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的性能完成矢量網(wǎng)絡(luò)分析。可快速、精確地測量被測件S參數(shù)的幅度、相位和群延遲特性。第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日頻率范圍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)范第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日5、實驗步驟（一）.測失配負(fù)載在600～2600MHz的駐波比（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第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日進(jìn)行測量格式駐波比光標(biāo)用調(diào)節(jié)旋鈕記錄數(shù)據(jù)（11組），照相記錄波形測量S11雙陰連接器失配負(fù)載第四十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日

（二）.測衰減器在600MHz-2600MHz的插損和回波損耗進(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)載第四十四頁，共四十八頁