實驗二衰減器的仿真設計

實驗二衰減器的仿真設計第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日了解矢量網絡分析儀的工作原理掌握用矢量網絡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用了解無源功率衰減器的基本設計方法了解PIN電子功率衰減器的原理及基本設計方法一、實驗目的第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日功率衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內部含有電阻性材料。衰減器廣泛用于需要功率電平調整的各種場合。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.衰減器的技術指標(1).工作頻帶。指在給定頻率范圍內使用衰減器,衰減量才能達到指標值。一般結構與頻率有關。(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.衰減器的基本構成

構成射頻/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絡就是集總參數(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,關鍵就是散熱設計。

隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展,在許多場合要用到快速調整衰減器。這種衰減器通常有兩種實現(xiàn)方式,一是半導體小功率快調衰減器,如PIN管或FET單片集成衰減器；二是開關控制的電阻衰減網絡,開關可以是電子開關,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日三種同軸結構吸收式衰減器

(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、同軸和微帶匹配負載結構微帶單管電調衰減器第七頁，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成的基本PIN結橫截面圖直流偏置等效電路微波開關利用PIN管在直流正、反偏壓下呈現(xiàn)近似導通和關斷的阻抗特性，實現(xiàn)了控制微波信號通道轉換的作用。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結二極管在高頻下有很好的隔離度。（a）為正偏時等效電路。當PIN結反偏或者零偏時，本征層I內的電荷被耗盡，表現(xiàn)出高電阻(Rp)，如圖（b）所示。其中CT為PIN結二極管的總電容，包括了結電容Cj和封裝寄生電容Cp。RS為PIN管正向偏置的等效電阻(<2Ω)，L為金屬接觸產生的電感效應，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中對本振輸出功率進行控制,獲得最佳噪聲系數(shù)和變頻損耗,達到最佳接收效果。在微波接收機中,實現(xiàn)自動增益控制,改善動態(tài)范圍。(2).去耦元件:

作為振蕩器與負載之間的去耦合元件。(3).用于雷達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：設計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、設計一有源“T”型衰減器，具體指標：工作頻帶：1—2GHz低衰減時頻帶內的衰減小于1.1dB，1.4GHz處的衰減小于0.8dB高衰減時頻帶內的衰減大于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“”，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對調高衰減結果低衰減結果第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.PNA網絡分析儀介紹2.技術特性如下：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、回損50dB、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，按此鍵即確認光標所在處的方案，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×× 當前為頻域××表示當前最小頻距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 ×× ××++++++++++++++++線上為設置項目,線下為執(zhí)行項目校：×× 作各項相應校正4、開機主菜單(畫面)左面為一圓圖,右面即菜單。菜單如下:剛開機后,光標在校:××處閃動,便于在不改變頻率設置時立即進行校正。第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.在《頻域》設置：《0.1MHz》BF=800.0MHz、⊿F=10.0MHz、EF=1000.0MHz。屏幕自動出現(xiàn)《N=21》。3.設置《M：常規(guī)》、A下《回損》

（一）.測失配負載在800～1000MHz的駐波比，步長=10MHz5、實驗步驟1.按圖接線4.光標停在《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;畫面轉成阻抗圓圖,光標在R=0點閃動,拔掉短路器光標在R=∞點閃動。6.接上待測失配負載,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）設置BF=30MHz、⊿F=39.6MHz、EF=3198MHz。（3）設置使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,儀器會直接轉入測試,此時畫面應為方格坐標,測試值為0dB。（6）將待測衰減器（20dB）串入兩電纜之間,即可進行測試。（7）按〖→〗或〖←〗查看各個頻率下的測量數(shù)值，記錄測試結果（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).衰減器的駐波和回損測量：（1）如圖按測回損連接。輸入A輸入B輸出電橋（3）在電橋測試端口進行開路、短路校正。（4）待測衰減器陰頭接上陽匹配負載,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果（見附表）。（5）按〖菜單〗鍵，再將光標移到《對數(shù)》下，再按〖執(zhí)行〗鍵；記錄測試結果（見附表）。（2）設置使A下為《回損》,B下空白第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日

AV36580A矢量網絡分析儀具有強大的測量功能，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絡分析?？煽焖佟⒕_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

指標頻率范圍300k～10MHz10M～3GHz有效方向性(dB)4946有效源匹配(dB)4440有效負載匹配(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）.測失配負載在600～2600MHz的駐波比（S11、回損）起始600MHz終止2.6GHz掃描設置101←I設置激勵參數(shù)觸發(fā)連續(xù)掃描進行測量校準校準機械校準單端口(反射)分別進行前向開路、短路、匹配負載校準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日進行測量格式駐波比光標用調節(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行測量校準校準全雙端口(SOLT)分別進行前向和反向開路、短路、匹配負載校準按圖連接N型陽開路器N型陽短路器50ΩN型陽負載反射完成反射測試傳輸直通按圖連接，進行直通校準雙陰連接器完成傳輸測試完成全雙端口機械校準雙陰連接器N型陰開路器N型陰短路器50ΩN型陰負載第四十四頁，共四十八頁