最新微波电路西电雷振亚老师的课件4章功率衰减器PPT课件.ppt
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1、微波电路西电雷振亚老师的微波电路西电雷振亚老师的课件课件4章功率衰减器章功率衰减器第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 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,便于整机指标计算。(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
2、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。设计和使用时,必须明确功率容量。(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。设计衰减器时要考虑这一因素。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.1.2 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。
3、如果是大功率衰减器,体积肯定要加大,关键就是散热设计。随着现代电子技术的发展,在许多场合要用到快速调整衰减器。这种衰减器通常有两种实现方式,一是半导体小功率快调衰减器,如PIN管或FET单片集成衰减器;二是开关控制的电阻衰减网络,开关可以是电子开关,也可以是射频继电器。下面介绍各种衰减器的原理和设计方法。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.1.3 衰减器的主要用途衰减器有以下基本用途:(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。(2)去耦元件:作为振荡器与负载之间的去耦合元件
4、。(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。从微波网络观点看,衰减器是一个二端口有耗微波网络。它属于通过型微波元件。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.2 4.2 集集总总参数衰减器参数衰减器利用电阻构成的T型或型网络实现集总参数衰减器,通常情况下,衰减量是固定的,由三个电阻值决定。电阻网络兼有阻抗匹配或变换作用。两种电路拓扑如图4-2所示。图中Z1、Z2是电路输入端、输出端的特性阻抗。根据电路两端使用的阻抗不同,可分为同阻式和异阻式两种情况。第第4 4章章 功率衰减器功率
5、衰减器 图 4-2 功率衰减器(a)T型功率衰减器;(b)型功率衰减器第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.2.1同阻式集总参数衰减器同阻式衰减器两端的阻抗相同,即Z1Z2,不需要考虑阻抗变换,直接应用网络级联的办法求出衰减量与各电阻值的关系。1.T型同阻式(Z1=Z2=Z0)对于图4-2(a)所示T型同阻式衰减器,取Rs1=Rs2。我们可以利用三个A参数矩阵相乘的办法求出衰减器的A参数矩阵,再换算成S矩阵,就能求出它的衰减量。串联电阻和并联电阻的A网络参数如下:第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 Rs1的传输矩阵 Rp的传输矩阵相乘得 (4-2)(4-3)(4-4)第第4 4章章 功率
6、衰减器功率衰减器 转化为S矩阵为第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 对衰减器的要求是衰减量为20lg|s21|(dB),端口匹配10lg|s11|=-。求解联立方程组就可解得各个阻值。下面就是这种衰减器的设计公式。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 2.型同阻式(Z1=Z2=Z0)对于图4-2(b)所示型同阻式衰减器,取Rp1=Rp2,可以用上述T型同阻式衰减器的分析和设计方法,过程完全相同,即利用三个A参数矩阵相乘的办法求出衰减器的A参数矩阵,再换算成S矩阵,就能求出它的衰减量,所得结果由式(4-7)给出。(4-7)第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.2.2 异阻式集总参数衰减器设
7、计异阻式集总参数衰减器时,级联后要考虑阻抗变换。下面分别给出两种衰减器的计算公式。1.T型异阻式(4-8)第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 2.型异阻式(4-9)第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.2.3集总参数衰减器设计实例 设计实例一:设计一个5dBT型同阻式(Z1=Z2=50)固定衰减器。步骤一:同阻式集总参数衰减器A=-5dB,由公式(4-6)计算元件参数:第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 步骤二:利用Microwave Office仿真衰减器特性。由上述计算结果画出电路图,如图进制4-3所示。图4-3 T型同阻式固定衰减器电路图第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 仿真
8、结果如图4-4所示。图 4-4仿真结果第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 设计实例二:设计10dB型同阻式(Z1=Z2=50)固定衰减器。步骤一:同阻式集总参数衰减器A=-10dB,由公式(4-7)计算元件参数:第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 步骤二:利用Microwave Office仿真衰减器特性。由上述计算结果画出电路图,如图4-5所示。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 图4-5 型同阻式固定衰减器电路图第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 仿真结果如图4-6所示。图 4-6仿真结果第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 设计实例三:设计10dB型异阻式(Z1=50,Z2=75
9、)固定衰减器。步骤一:异阻式集总参数衰减器A=-10dB,由公式(4-9)计算元件参数:第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 步骤二:利用Microwave Office仿真衰减器特性。由上述计算结果画出电路图,如图4-7所示。仿真结果如图4-8所示。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 图4-7 型同阻式固定衰减器电路图第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 图4-8 仿真结果第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.3 4.3 分布参数衰减器分布参数衰减器4.3.1 同轴型衰减器1.吸收式衰减器在同轴系统中,吸收式衰减器的结构有三种形式:内外导体间电阻性介质填充、内导体串联电阻和带状线衰减器
10、转换为同轴形式,如图4-9所示。衰减量的大小与电阻材料的性质和体积有关。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 图 4-9 三种同轴结构吸收式衰减器(a)填充;(b)串联;(c)带状线第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 2.截止式衰减器截止式衰减器又称“过极限衰减器”,是用截止波导制成的。其结构如图 4-10 所示。它是根据当工作波长远大于截止波长c时,电磁波的幅度在波导中按指数规律衰减的特性来实现衰减的。第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 图 4-10截止式衰减器第第4 4章章 功率衰减器功率衰减器 4.3.2 波导型衰减器1.吸收式衰减器最简单的波导吸收式衰减器是在波导中平行于电场方向放
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