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一种PIN管电调衰减器的设计PIN管电调衰减器是射频微波领域中常用的被动器件，用于在射频信号链路中对信号功率进行精确的调节。
它由一对PIN型二极管组成，通过改变二极管的电压来控制信号的衰减。
本文将介绍一种基于PIN管的电调衰减器的设计方案，并详细阐述其工作原理和实现步骤。
一、PIN管的基本原理PIN管是一种带有P型、I型和N型三层结构的半导体器件，其工作原理类似于普通的二极管，但由于I型区的存在，PIN管具有更高的掺杂浓度和更快的响应速度。
在PIN管中，当I型区的导通电流增大时，阻抗就变低，导致信号的衰减量增加。
通过改变PIN管的工作点，可以精确地控制信号的衰减量。
二、PIN管电调衰减器的设计方案1.输入输出匹配电路：在PIN管电调衰减器的输入和输出端口分别设计匹配电路，以确保信号的传输效率。
常用匹配电路包括衬底反射器和匹配电路等。
2.控制电路：设计一个稳定可靠的电压控制电路，用于控制PIN管的工作点。
控制电路通常由一个比较器、一个运算放大器和一个可调电阻构成。
3.衰减器电路：在输入端与PIN管并联一个固定电阻，以确保在工作电压为零时也有一个基本的固定衰减量。
通过控制PIN管的工作电压，可以实现信号衰减的精确控制。
4.输出匹配网络：设计一个输出匹配网络，使信号在PIN管输出端口的阻抗与负载阻抗匹配，以最大程度地减小信号的反射损耗。
三、PIN管电调衰减器的工作原理1.当PIN管的工作电压为零时，PIN管处于最大衰减状态，信号在PIN管中几乎完全被吸收。
2.当PIN管的工作电压增大时，PIN管的导通电流增大，阻抗减小，导致信号的衰减量减小。
3.通过改变PIN管的工作电压，可以实现对信号衰减量的精确控制，从而满足不同场合对信号功率的需求。
四、实现步骤1.按照设计方案制作PIN管电调衰减器的PCB板，布置输入输出匹配电路、控制电路、衰减器电路和输出匹配网络。
2.完成电路的焊接和组装，接入电源供电，调节可调电阻的电阻值，使PIN管处于理想的工作状态。
电调衰减器设计指导可以用三个二极管来代替电路中的固定电阻，构造一个可变衰减器，不过，这样会导致网络中的不对称，从而导致产生一个相当复杂的偏压网络。
用两个PIN二极管来代替其中的串联电阻可以获得几个性能方面的好处。
首先，由于串联二极管具有容性电抗而使网络与其它部分相隔离，用两个二极管代替一个电阻可以提高最大衰减值或在一定衰减值的条件下使频率上限翻倍。
其二，代替串联电阻的两个二极管是180度反接的，这样就抑制了偶数次信号畸变的产生。
其三，由此而得到的衰减器网络是对称的，从而可以大大简化偏压网络。
电源电压V+是一固定电压，Vc是控制网络衰减的可变电压，用两个二极管代替电阻的唯一缺点是可能会增加介入损耗。
四元二极管pi型衰减器需要一个恒定的电压V+和一个可变的控制电压Vc。
对于1.25V的V+，可变控制电压的范围为0V到大约5V。
电压V+的值代表了回程损耗与控制电压范围之间的一个折衷，更低的V+可以降低回程电压，但同时也会使控制电压的工作范围缩小。
本文中介绍的衰减器是在8mm厚的RF4型印刷电路()上实现的。
RF4具有良好的机械稳定性和耐久性，成本低，但其损耗大，难于控制，而且介质系数与工作频率密切相关。
另一方面，玻璃纤维增强型聚四氟乙烯(PTEE)PCB 材料具有良好的高频特性，但是相对昂贵一些，机械稳定性也比较差，不适合于某些表面贴装工艺。
选用针对高频工作要求进行了优化的PCB基底材料可以改善高频性能，各种测量参数对频率的依赖程度受到与HSMP-3816二极管四元组、PCB、其它元件及连接器相关的寄生效应的影响。
将PIN二极管用做衰减元件时，PIN二极管具有比等效的GaAs MESFETs更高的线性度，通过使用具有厚I层及低介质张弛频率(fdr)的多个PIN二极管就可以将信号畸变减小到最低程度。
在Avago公司PIN二极管产品线中HSMP-381x系列产品的I层最厚。
在低衰减状态，大部分RF能量仅仅是从输入端传输到输出端而已。
PIN 管电调衰减器设计一． 概述本文描述了PIN 管电调衰减器的技术指标、工作原理和功能，内容涉及电路设计方法分析，关键器件选型，计算机仿真设计，并结合成本与设计难度等因素，给出了初步的设计方案。
1．引言偏流控制的可变衰减器是重要的微波控制器件，主要用于电路系统的自动增益控制、功率电路的电平控制、放大器增益变化的温度补偿以及收、发电路的隔离保护等。
而电调衰减器的关键器件是PIN 二极管，它开路和短路特性好、控制速度快、微波损耗小、可控功率容量大，因此在射频高功率电路中经常采用PIN 管。
2．技术指标工作频带1930~1990MHz 衰减动态范围 0~20dB 插入损耗 1.5dB 回波损耗<-14dB 衰减平坦度1dB二． PIN 管基本特性电调衰减器的关键器件是PIN 二极管，它主要是利用PIN 管的特性来工作的。
PIN 管在射频信号与直流偏置同时作用时，其所呈现的阻抗大小主要决定于直流偏置的极性及其量值，而几乎与射频信号的幅度无关。
因此PIN 管可以用很小的控制功率来控制很大的射频信号功率。
.PIN 管在正向偏置时的等效电路如图1所示：s R 的值很小，约在1欧姆左右；j C 为节电容；而j R 的数值与偏置电流有关，当偏置电流为零时，j R 阻值呈现高阻抗，随着正偏电流的增大，j R 很快下降，当正偏电流继续增大时，j R 继续减小并趋近于零。
利用PIN 管正向电阻随偏置电流变化的特性，便可做成各种类型的电调衰减器。
电调衰减器按产生衰减的物理原因可分成两类：反射型和吸收型。
在反射型衰减器中，衰减主要由PIN 管的反射形成；在吸收型衰减器中，衰减则主要由PIN 管的损耗形成。
j Rj Cs R三． 电路设计方案分析构成电调衰减器的电路类型很多，如两管匹配型衰减器，支路混合衰减器，3分贝定向耦合器型电调衰减器，平衡式电调衰减器，和吸收阵列式可调衰减器。
利用下图所示的方法可以设计出非常简单的单一PIN 二极管衰减器。
信号衰减器原理及设计衰减器是在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。
衰减器广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是：（1）调整电路中信号的大小；（2）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。
通常，衰减器接于信号源和负载之间，衰减器是由电阻元件组成的二端口网络，它的特性阻抗、衰减量都是与频率无关的常数，相移等于零。
实际应用中，有固定衰减器和可变衰减两大类。
1、固定衰减器的设计常用的固定衰减器有对称型的T型、∏型、桥T型和倒L型（不对称型）等几种结构，其电路形式和计算公式如下。
图1. T型衰减器图2. ∏型衰减器1211221-=+-=NNRRNNRRCC1121221-+=-=NNRRNNRRCC1)1(21-=-=NRRNRR CC图3. 桥T 型衰减器图4. 倒L 型衰减器式中，Rc 为二端口网络的特性阻抗（对称时），即输入输出阻抗，Rc1和Rc2两侧特性阻抗，分别为非对称衰减器的输入输出阻抗；2010A N =，为输入电压与输出电压之比，A 为衰减的分贝数。
电压比分贝：dB=20lg （Uo/Ui ）以上衰减器中，T 型、∏型、桥T 型属于对称衰减器，主要用于衰减。
而倒L 型属于不对称衰减器，主要用于阻抗匹配。
倒L 型不对称衰减器构成阻抗匹配器，与对称衰减器所不同的是，不能指定衰减量，其输入输出阻抗确定后，其衰减量也就确定了。
其衰减值见下表。
表1 倒L 型衰减器衰减值与输入输出阻抗比的关系值得注意的是，桥T 型衰减器中，有两个电阻的值即为特性阻抗（输入输出电阻），且计算公式简洁，用于组成可调衰减器非常方便。
例1：设计一衰减器，匹配于信号源内阻R S =800欧与负载电阻R L =150欧之间，其衰减量为30dB 。
解：因为RS 、RL 不相等，所以选用一节倒L 型和一节对称T 型构成衰减器，如图5所示。
电阻衰减器设计-设计应用这个额外的电阻元件使电路能够通过所需的衰减来降低信号电平，而不会改变电路的特性阻抗，因为信号似乎“桥接”了T-pad 网络。
此外，原始T-pad 的两个串联电阻始终等于输入源和输出负载阻抗。
“桥接T 型衰减器”( T )的电路如下所示。
桥接-T 衰减器电路桥接-T衰减器电路电阻器R3形成跨越标准T-pad 衰减器的桥接网络。
两个串联电阻器R1被选择为等于源/负载线阻抗。
桥接T 衰减器相对于其T 焊盘表亲的一个主要优势是桥接T 焊盘倾向于将自身与传输线特性阻抗相匹配。
然而，桥接T 衰减器电路的一个缺点是衰减器要求其输入或源阻抗( Z S ) 等于其输出或负载阻抗( Z L )，因此不能用于阻抗匹配。
桥接T 型衰减器的设计与标准T-pad 衰减器一样简单。
两个串联电阻的值等于线路特性阻抗，因此无需计算。
然后，用于计算并联分流电阻器和用于在任何所需衰减下进行阻抗匹配的桥接T 衰减器电路的附加桥接电阻器的方程式如下：桥接T 衰减器方程桥接T 衰减器电阻值其中：K是阻抗因数，Z是源阻抗或负载阻抗。
桥接-T 衰减器示例No1需要一个桥接T 衰减器来将8Ω 音频信号线的电平降低4dB。
计算所需电阻器的值。
衰减器值然后电阻器R1等于8Ω 线路阻抗，电阻器R2等于13.7Ω，桥接电阻器R3等于4.7Ω，或接近的优选值。
与标准T-pad衰减器一样，随着电路所需衰减量的增加，电阻R3的串联桥阻抗值也增加，而电阻R2的并联分流阻抗值减小。
这是在相等阻抗之间使用的对称桥接T 衰减器电路的特性。
可变桥接T 衰减器我们已经看到，可以设计一个对称的桥接T 型衰减器来将信号衰减固定量，同时匹配信号线的特性阻抗。
希望现在我们知道桥接T 衰减器电路由四个电阻元件组成，两个与信号线的特性阻抗匹配，另外两个我们计算给定的衰减量。
但是，通过用电位器或电阻开关替换两个衰减器电阻元件，我们可以将固定衰减器垫转换为预定衰减范围内的可变衰减器，如图所示。
自主设计型实验移相器和衰减器的设计及验证1.实验目的1.了解移相器和衰减器的工作原理，特性及作用。
2.学会移相器的设计方法。
3.学会根据要求设计衰减器的方法。
4.将移相器和衰减器的各原件件理论值和实验值进行比较并分析原因。
2.总体设计方案或技术路线1.移相器的设计设计一个0至180度的移相电路，要求：输出信号的幅度不变，相位可在0到180度之间自由变化。
2.衰减器的设计设计一个0-30dB的衰减器，要求：1.输出信号和输入信号的相位不变。
2.衰减器按10dB分挡。
3.验证设计方案1.验证移相器，每隔一段间距取一个相位，计算出理论值；将电阻R设为理论值，观察示波器中信号的相位变化，与理论相位作比较，记录示波器图像及数据，分析结果。
2.验证衰减器，将电阻调成理论计算阻值，计算信号衰减量，与理论值作比较，看是否符合理论衰减量。
3.实验电路图3.1移相器电路c dCd +-++--图1 X形RC移相电路图2实验电路其中接信号发生器端, 接示波器端，为了方便变化R采用变阻箱 3.2衰减器电路图3可调衰减器的理论电路图4实际电路图采用变阻箱代替多个电阻，简化实验电路图。
4. 仪器设备名称、型号1.RIGOL示波器2.TFG2000信号发生器3.电感箱、电阻箱、电容箱4.VC97万用表5.交直流实验箱5.理论分析或仿真分析结果5.1移相器线性时不变网络在正弦信号激励下，起响应电压、电流是与激励信号同频率的正弦量，影响与频率的关系，即为频率特性。
它可用相量形式的网络函数来表示。
在电气工程与电子工程中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出）信号。
这可通过调节电路原件参数来实现，通常是采用RC移相网络来实现的。
5.1.1实验原理图5 相位90度到0设输入正弦信号，其相量0110U U V =∠则输出信号电压：112111U U U j C j RCRj Cωωω=⨯=++其中输出电压有效值U 2为：2U输出电压的相位为：21arctanwRcϕ=∠ 由上两式可见，当信号源角频率一定时，输出电压的有效值与相位均随电路元件参数的变化而不同。
32Internet Technology互联网+技术一、概述由于现代通讯设备对系统的动态变化幅度的需求日益增大，仅靠 AGC 电路已经无法实现对系统的动态范围进行有效的控制。
当前衰减器的发展已经形成了许多不同的方法，利用PIN 管制作的电调衰减器就是其中一种比较典型的结构形式。
PIN 管电调衰减器的电路结构形式又分很多种，其中多管阵吸收式电调衰减器的，由于其具有低的插入损失、低的输入、大的动态衰减变化、结构简单、体积小、质量好、调节速度高等特点，是目前广泛使用的一种新型的机械。
本文重点介绍了一种多管阵吸收式电调衰减器的设计。
二、结构及工作原理（一）结构一种多管阵吸收式电调衰减器的结构中，主要是利用PIN 管的正偏电阻随直流偏置变化而变化的原理，PIN 管或串联或并联在主传输线上，通过调节直流偏置来改变PIN 管的电阻，从而实现衰减量的连续变化的电路。
从电路的实现形式上，大致可分为串联式、并联式和串并联混合式。
按性能又可分为反射式和吸收式两种。
本设计中采用的结构为所用PIN 管都是并联连接在主传输线上，并尽量保证PIN 管与PIN 管之间的传输线为近似四分之一波长；直流偏置则通过一段高阻线加载到各个PIN 管上，通过直流偏置给各个PIN 管提供电流。
想要构成等元件阵结构形式的电路，该电路中各个PIN 管就选取同封装型号的；想要构成渐变元件阵结构形式的电路，就选取从微波输入端开始各个二极管的电阻逐级变小的PIN 管。
（二）工作原理1.单节并联电调衰减器的衰减特性多管阵吸收式电调衰减器可以看成是由多个单节电调衰减器构成的。
单节电调衰减器的电路形式有串联和并联两种。
一种PIN 管电调衰减器的设计摘要：本文介绍了一种多管阵吸收式PIN 管电调衰减器，其具备具有较低的插补损失、较低的入、输出的驻波比、较宽的衰减幅度、结构和尺寸、重量轻，调制速度极快等优点。
这款PIN 管电调衰减器设计的工作频率为12~18GHz，驻波比小于2.0，插入损耗小于4dB，衰减量大于60dB。
衰减器电路
衰减器是一种在电子电路中常见的元件，用于降低信号的幅度或功率。
它可以用于调整信号的电平、匹配阻抗、保护电路元件等。
除了电阻分压式衰减器，还有其他类型的衰减器，如T 型网络衰减器、L 型网络衰减器等，它们的设计和工作原理可能会有所不同，但都用于实现信号的衰减。
在实际应用中，衰减器的选择和设计需要考虑多种因素，如输入信号的频率范围、衰减精度、阻抗匹配、功率处理能力等。
此外，还需要注意衰减器对信号的影响，如插入损耗、反射损耗等。
利用ADS设计电调衰减器马景民1 罗正祥2 羊恺3 曾成4 罗建5（电子科技大学光电信息学院，成都 610054）1、2、4、5（电子科技大学空天科学技术研究院，成都 610054）3摘要：本文利用ADS仿真软件高效快速的设计了S波段窄带电调衰减器，此衰减器主要分为3dB分支电桥和PIN二极管两部分，射频信号为2.3~2.4GHz，直流调谐电流范围为0.02~6.32mA，传输衰减范围为0.9 ~19.8dB，带内反射均优于16dB，基本达到了设计目标。
关键词：S波段；电调衰减器；3dB分支电桥；PIN二极管1 引言现代通信对整机动态范围要求越来越大，单用AGC电路来控制其动态范围已不能满足动态要求，因此衰减器得到广泛应用。
目前衰减器已发展有多种结构，除了电阻衰减网络以外，近年来又发展了PIN二极管构成的电调衰减器，GaAs MESFET T型衰减器，在此基础上发展了多位数控衰减器[1]。
有时为了固定传输系统内传输功率的功率电平，传输系统内必须接入衰减器，对微波产生一定量的衰减。
衰减量固定不变的称为固定衰减器；衰减量可在一定范围内调节的称为可变衰减器。
衰减器是一种双端口网络，双端口网络的衰减主要由以下两种原因引起：一种是由于网络内部有损耗，吸收了所通过的电磁波的一部分功率而造成衰减，这种衰减器称为“吸收衰减”；另一种是由于电磁波在网络输入端的反射而引起的衰减，这种衰减称为“反射衰减”。
应用这两种衰减原理制成的衰减器有吸收式衰减器和反射式衰减器[2]。
电调衰减器是一种控制射频信号输出功率的部件，它是自适应干扰抵消系统中的关键部件。
目前电调衰减器有两种结构：一种是机电式，它是通过伺服电机控制两个耦合线圈的耦合系数，从而达到幅度控制。
这种衰减器结构复杂，惰性大．跟踪性能差；另一种是全电子式，它利用PIN二极管的电导调制特性来达到幅度控制。
这种衰减器结构简单、响应时问短、跟踪特性好[3]。
本文针对中国自主开发的TD-SCDMA标准，设计实现了一款预失真系统中必不可少的关键部分：2.3~2.4GHz电调衰减器。
耦合器型电调衰减器
耦合器型电调衰减器：电调衰减器是一种常用于高频电路中的被动元件，可以实现信号的衰减和分配。
而耦合器则是将一个电路中的信号部分耦合到另一个电路中，以实现信号的传输和转移。
二者有些相似之处，但并不完全相同。
据我所知，没有“耦合器型电调衰减器”这一专门的术语或产品名称。
不过在实际应用中，可能会结合使用耦合器和电调衰减器等元件，以满足特定的信号传输需求。
例如，在微波电路中，可以采用耦合器将信号从一个波导导管中耦合到另一个波导导管中，同时加上电调衰减器控制信号的强度。
可以用三个二极管来代替电路中的固定电阻，构造一个可变衰减器，不过，这样会导致网络中的不对称，从而导致产生一个相当复杂的偏压网络。
用两个PIN二极管来代替其中的串联电阻可以获得几个性能方面的好处。
首先，由于串联二极管具有容性电抗而使网络与其它部分相隔离，用两个二极管代替一个电阻可以提高最大衰减值或在一定衰减值的条件下使频率上限翻倍。
其二，代替串联电阻的两个二极管是180度反接的，这样就抑制了偶数次信号畸变的产生。
其三，由此而得到的衰减器网络是对称的，从而可以大大简化偏压网络。
电源电压V+是一固定电压，Vc是控制网络衰减的可变电压，用两个二极管代替电阻的唯一缺点是可能会增加介入损耗。
四元二极管pi型衰减器需要一个恒定的电压V+和一个可变的控制电压Vc。
对于1.25V的V+，可变控制电压的范围为0V到大约5V。
电压V+的值代表了回程损耗与控制电压范围之间的一个折衷，更低的V+可以降低回程电压，但同时也会使控制电压的工作范围缩小。
本文中介绍的衰减器是在8mm厚的RF4型印刷电路(PCB)上实现的。
RF4具有良好的机械稳定性和耐久性，成本低，但其损耗大，难于控制，而且介质系数与工作频率密切相关。
另一方面，玻璃纤维增强型聚四氟乙烯(PTEE)PCB材料具有良好的高频特性，但是相对昂贵一些，机械稳定性也比较差，不适合于某些表面贴装工艺。
选用针对高频工作要求进行了优化的PCB基底材料可以改善高频性能，各种测量参数对频率的依赖程度受到与HSMP-381 6二极管四元组、PCB、其它元件及连接器相关的寄生效应的影响。
将PIN二极管用做衰减元件时，PIN二极管具有比等效的GaAs MESFETs更高的线性度，通过使用具有厚I层及低介质张弛频率(fdr)的多个PIN二极管就可以将信号畸变减小到最低程度。
在Avago公司PIN二极管产品线中HSMP-381x系列产品的I层最厚。
在低衰减状态，大部分RF能量仅仅是从输入端传输到输出端而已。
不过在高衰减状态，更多的RF能量被倾入衰减器，会使信号失真度上升。
当Vc接近0时，几乎没有电流流过两个串联的二极管，它们接近于零偏压状态，其结电容将随RF电压同步变化，幸运的是，由于两个二极管是反向串联的，所以可以抑制由受RF调制的电容所产生的某些失真或畸变。
由于封装的两个反串二极管具有完全互相匹配的特性，因此可以得到最佳的失真抑制能力。
Pi衰减器的相位偏移随衰减值而变化。
总的相位偏移接近90度，在三个相隔较远的工作频率点(100、900和1800 MHz)测试时此相位偏移表现相当稳定。
图1所示为π衰减电路的示意电路图。
图2的左边为π衰减器的PCB布局，右边为元件布置。
表1中给出了所需要的元件(包括四元二极管)。
图3、4、5给出的成品π衰减器测试性能的样本。
增加通过串联二极管的电流可以降低衰减下限。
将控制电压保持在最大值5V，减小电阻R 3的阻值就可以增大偏移电压，这可以通过给阻断RF的电阻R3(表2)串联一个表面贴装铁酸盐珠状电感而实现。
在整个频率范围内，与传统的瓷芯多层片状电感相比，这种铁酸盐珠状电感具有更高的阻抗。
图6给出了低衰减下限衰减电路的示意图，图7中给出了在Vc=5 V的条件下与标准衰减电路的比较结果。
为了建立π衰减器的性能模型以便于进一步分析，安捷伦?司的高级设计系统(ADS)计算机辅助工程(CAE)软件为工程师们提供了模拟四元二极管π衰减器性能的技术支持范例。
相应文件可以从.的Agilent Eesof知识中心的“Example s”部分下载。
另外，包含在高频建模工具APLAC CAE软件包()中的PIN二极管模型也可以预测在给定正向偏移的条件下RF阻值。
图8的左边给出了HSMP-3816 PIN二极管的APLAC模型，将APLAC模型与SOT-25等效电路模型(图8右边)结合在一起，就可以使设计人员在模拟过程中研究分析封装的寄生效应。
