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[原创] 功率衰减器

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发表于 2020-7-17 17:51:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文章来自与非网

在通信系统中,比如发射机的测试,可能发射的功率等级会从几瓦到几百瓦甚至上千瓦,这么大的功率信号必须经过衰减才可以连接到大部分的测试设备中,否则会对设备造成损害。衰减器的作用就是用来减小信号的幅度,而且有些衰减器还可以对阻抗值进行变换。比如车载电台的功率可能是 50w、100w 或者 150w,大概 50dB 左右,例如测量一台 50w 车载对讲机的发射参数,由于对讲机输出的功率比较大,所以需要一个大功率的衰减器(比如 30dB)来减小接收信号的强度,这样 50w 的信号经过衰减就变成了 0.05w,这样的功率频谱仪等仪表就可以正常接收了。

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(备注:电台的工作频率一般几十兆赫兹,短波波段,最多也就上到 100MHz 已经很高了,现在有些新的电台由于需要视频传输可能会上到 300MHz。当然主要还是语音传输为主,频宽一般不高,只是由于抗干扰的要求,所以会有一些跳频技术,瞬态带宽不高,但是频率占用度很宽,在几十兆到一百多兆的范围内进行跳频。所以对于传输带宽也会有一定要求。Keysight 有专门的电台测试方案,这里只是特别提到备注说明一下。)

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继续讲衰减器~

衰减器的技术指标
衰减器的技术指标包括:工作频带、 衰减量、 功率容量、 回波损耗等。

(1)工作频带

衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标。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。

(2)衰减量

衰减器是一个二端口网络,可以用下图表示。

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信号输入端的功率为 P1,而输出端的功率为 P2,衰减器的功率衰减量为 A(dB)。若 P1、P2 以分贝毫瓦(dBm)表示,则两端功率间的关系为

P2(dBm)=P1(dBm)-A (dB),即:

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可以看出衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。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。下图是一个 70dB 的衰减器,代表信号从一端口进至二端口出功率会有 70dB 的减小。

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比如我将衰减器接到信号源上,就以 0dBm 功率为发射标准。

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频谱仪上接收到的信号在 -70dBm 左右。

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通过网分也可以测出来其衰减量,还是很平坦的。

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(3)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。像同轴衰减器因为是无源功率器件,所以要考虑温度系数,表示随着温度的变化衰减量的变化值。通常随着温度的升高,衰减量是下降的。

(4)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。

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上图这个衰减器的驻波已经很低了。

衰减器的基本构成
构成射频 / 微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料。通常的电阻是衰减器的一种基本形式,由此形成的电阻衰减网络就是集总参数衰减器。通过一定的工艺把电阻材料放置到不同波段的射频 / 微波电路结构中就形成了相应频率的衰减器。如果是大功率衰减器,体积肯定要加大,关键就是散热设计。手边的这个是一个电调衰减器,下图接口就是控制电流的接口,由于没有螺丝刀没办法拆开,也就看不到里面具体是长啥样。

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衰减器的应用
(1)控制功率电平:在微波超外差接收机中对本振输出功率进行控制,获得最佳噪声系数和变频损耗,达到最佳接收效果。在微波接收机中,实现自动增益控制,改善动态范围。另外,在使用频谱分析仪的时候,会去调整幅度档位,就是频谱分析仪的前置衰减器在调整档位。

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(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,可在电路与实际负载间接入衰减器。

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(3)相对标准:作为比较功率电平的相对标准。

(4)用于雷达抗干扰中的跳变衰减器:是一种衰减量能突变的可变衰减器,平时不引入衰减,遇到外界干扰时,突然加大衰减

(5)改善网络分析仪的插入损耗测量精度:在用网络分析仪测量无源器件(尤其是低损耗的器件如电缆组件,空气线等)的插入损耗时,由于反射功率经过衰减器后会减小,所以在端口接衰减器可以改善匹配,减小驻波,提高测量精度。


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