實(shí)驗(yàn)二衰減器的仿真設(shè)計(jì)課件

實(shí)驗(yàn)二

衰減器的仿真設(shè)計(jì)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(jì)方法了解PIN電子功率衰減器的原理及基本設(shè)計(jì)方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康墓β仕p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(jì)。

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(shí)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)。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(shí)等效電路。當(dāng)PIN結(jié)反偏或者零偏時(shí)，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。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正偏等效電路反偏等效電路并聯(lián)PIN射頻SPSTPIN高頻電子衰減器由R和正向偏置的PIN二極管構(gòu)成一個(gè)分壓器。因?yàn)镻IN管正向偏壓時(shí)的阻抗隨偏置電壓的增大而減小，所以可以起自動(dòng)衰減的作用。

(1).控制功率電平:

在微波超外差接收機(jī)中對(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制,改善動(dòng)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(shí)不引入衰減,遇到外界干擾時(shí),突然加大衰減。4.衰減器的主要用途(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)衰減器類型轉(zhuǎn)化為［S］矩陣為：衰減量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-∞2).П型同阻式3).T型異阻式實(shí)例一：

設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)算元件參數(shù):Ctrl+R旋轉(zhuǎn)器件ADS仿真：5dBT型同阻式固定衰減器新建一個(gè)工程，命名為R_T_Attenuator，長度單位選mm，完成原理圖，進(jìn)行仿真。F5移動(dòng)文字ADS仿真：10dBП型同阻式固定衰減器在工具欄雙擊控件，在圖中插入“VAR”控件，設(shè)置變量Rj

執(zhí)行菜單命令【View】【Creat/EditSchematicSymbol】,彈出對(duì)話框，單擊“OK”，出現(xiàn)默認(rèn)符號(hào)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DDI100”Add”

“SaveAELfile”O(jiān)k”，另存原理圖并命為”D”，完成模型創(chuàng)建新建原理圖，命名為PIN_My，完成衰減器的設(shè)計(jì)單擊工具欄圖標(biāo)“”，向圖中拖入二極管，完成原理圖單擊“”圖標(biāo)，進(jìn)行仿真，分析結(jié)果D1和D2的偏置I對(duì)調(diào)高衰減結(jié)果低衰減結(jié)果四、衰減器的測量–用PNA網(wǎng)絡(luò)分析儀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(diǎn)頻率精度：≤10-4頻段范圍：30～3200MHz動(dòng)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%。3.儀器的面板與按鍵

輸入A輸入B指示燈亮度復(fù)位輸出菜單執(zhí)行〖↓〗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(xiàng)上。在測試運(yùn)行中,按此鍵可依次改變畫面與量程。〖→〗與〖←〗功能：在菜單中,改變數(shù)值或項(xiàng)目；在測試中改變光標(biāo)位置,以顯示閃點(diǎn)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。

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(diǎn)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(xiàng)目 ×× ××++++++++++++++++線上為設(shè)置項(xiàng)目,線下為執(zhí)行項(xiàng)目校：×× 作各項(xiàng)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(dòng),便于在不改變頻率設(shè)置時(shí)立即進(jìn)行校正。2.在《頻域》設(shè)置：《0.1MHz》BF=800.0MHz、⊿F=10.0MHz、EF=1000.0MHz。屏幕自動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)顯示器右下角頻率在變動(dòng),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(diǎn)閃動(dòng),拔掉短路器光標(biāo)在R=∞點(diǎn)閃動(dòng)。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）。（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(duì)接起來。（5）使光標(biāo)停在《校:直通》下,按〖執(zhí)行〗鍵，此時(shí)為直通狀態(tài),即校最大值,儀器會(huì)直接轉(zhuǎn)入測試,此時(shí)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(gè)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(shí)延(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(duì)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下空白六、衰減器的測量--AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

AV36580A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有強(qiáng)大的測量功能，可用于對(duì)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?？煽焖?、精確地測量被測件S參數(shù)的幅度、相位和群延遲特性。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(dòng)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(diǎn)數(shù)201點(diǎn)，中頻帶寬30kHz，顯示器更新狀態(tài)：開)技術(shù)規(guī)范5、實(shí)驗(yàn)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(lì)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(diǎn)掃描類型線性頻率進(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

（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)載進(jìn)行測量格式對(duì)數(shù)幅度光標(biāo)用調(diào)節(jié)旋鈕分別記錄回?fù)p、插損和駐波數(shù)據(jù)（11組），并照相記錄波形測量S21史密斯圓圖S11駐波對(duì)數(shù)幅度雙陰連接器10dB衰減器用矢網(wǎng)測元件的回波損耗時(shí)為什要做開路、短路和匹配三項(xiàng)校正？畫出PIN的正、反向偏置等效電路給出P33仿真結(jié)果的等效電路，并說明衰減原理舉例說明衰減器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)體會(huì)和建議。七、思考題一、三項(xiàng)校正在測負(fù)載的反射特性時(shí)為了提高精度,可進(jìn)行三項(xiàng)校正,即校開路、校短路與校零反射,一般測試只校開路與短路即可,只有在測30dB以上回?fù)p或?qū)Ψ瓷潆姌蚨ㄏ蛐圆惶珴M意時(shí)才需要校零。將一只好的負(fù)載接在