衰減器原理與結(jié)構(gòu)
發(fā)布時間:2012/6/27 20:11:55 訪問次數(shù):12517
固定衰減量型衰減器的2N60L-B基本電路結(jié)構(gòu)非常簡單,就是一個電阻網(wǎng)絡(luò),只需幾個電阻即可。最簡單的定值衰減器可以只是一個電阻,最簡單的可調(diào)衰減器可以只是一個碳膜電位器,當然這類簡單的衰減器沒有精度和傳輸匹配可言。作為儀器級的射頻衰減器,需要由簡單的電路構(gòu)成,常見的對稱電路形式有”型、T型、橋T型,見圖3—圖5。
這三類對稱形式電路的衰減器端口是不指定輸入、輸幽方向的。在一個高倍率衰減器中也有采用采樣型電路的,這就使衰減器端口有了特定的輸入、輸出方向。固定阻值衰減器多采用n型或T型基本電路,可變衰減器多采用橋T型電路。衰減器雖然看似電路非常簡單,但實際要制作一個高工作頻率、高功率的衰減器卻很不容易。
首先,衰減器電路對電阻提出了很高的要求。在電阻網(wǎng)絡(luò)中,電阻的阻值雖然不難計算得出,但很多都不是常規(guī)電阻系列中的規(guī)格,考慮到盡量減少引線,所以不宜通過串/并聯(lián)的形式使用標準值電阻達到目標電阻值。
例如,采用上圖中基本“型電路制作一個20dB衰減量的衰減器。計算可得3個電阻分別為R1=246.8Q R2=61.1QR3=61.10,.這些都是非標準阻值。而且衰減器對電阻阻值的誤差有很高的要求(否則將影響衰減量),同時電阻不能是常見的線繞電阻或者刻槽型電阻,必須是無感電阻。對于功率型衰減器,還要求電阻能承受相當?shù)墓β,并能與散熱器良好的結(jié)合。此外,電阻要有良好的溫度穩(wěn)定性,不能隨著溫度升高而出現(xiàn)電阻值較大的波動變化。由此可見,符合制作高頻率衰減器的電阻大部分需要定制。
其次,高頻率的衰減器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上也有講究。因為在頻率較高的情況下,一根引線都會形成不可忽略的分布電感,元器件之間、元器件與外殼之間也會形成不可忽略的分布電容,這些分布電感和分布電容會影響衰減器的純電阻特性,繼而影響傳輸特(導(dǎo)致駐波比劣化),引起衰減器衰減量的不可控變化,影響衰減量的準確度和帶內(nèi)衰減量的穩(wěn)定性。
實際制作中,隨著工作頻率的升高,分布電感和分布電容對衰減器傳輸?shù)挠绊憰絹碓矫黠@。所以,作為商品,同樣衰減量和功率的衰減器,最高工作頻率不同,價格也會相差很大。對于無線電愛好者來說,要DIY有一定精度和功率的高射頻頻率的衰減器,比DIY假負載要困難得多,元器件材料不容易買到、金工件布線設(shè)計都是問題。
典型的可調(diào)衰減器內(nèi)部同樣是由電阻構(gòu)成,通過波段開關(guān)來切換不同阻值的電阻,以構(gòu)成不同的衰減量。對于大衰減量范圍,小步進可調(diào)的衰減器通常采用兩種不同步進值的可調(diào)衰減器串聯(lián)而成。例如,將一個衰減量O~lOdB、步進為ldB的衰減器,與一個衰減量0—80dB、步進為1dB的衰減器串聯(lián)起來,就很容易得到一個衰減量0—90dB、步進為ldB的大范圍衰減器。
衰減器衰減量的準確程度關(guān)系到測量系統(tǒng)的準確度,所以衰減器除了在電路上盡量提高準確度外,在I/O接口上也應(yīng)該盡量減少插入損耗。采用高品質(zhì)的接插件可以使損耗降到最低,也可以使駐波比劣化控制在較低的范圍內(nèi),很多高檔接口的內(nèi)部都是鍍銀或鍍金的?紤]到接口在很多環(huán)境中容易被氧化,引起插入損耗劇增,所以高檔接口的中心接觸部件都采用鍍金工藝(銀容易氧化),同時為端口配上橡膠蓋帽。對于小型的衰減器,則還配有密封的干燥盒。
現(xiàn)在,一般用網(wǎng)絡(luò)分析儀就可以方便地測量衰減器的真實性能,包括衰減準確度和帶內(nèi)衰減量波動以及性能隨頻率升高的劣化情況。
固定衰減量型衰減器的2N60L-B基本電路結(jié)構(gòu)非常簡單,就是一個電阻網(wǎng)絡(luò),只需幾個電阻即可。最簡單的定值衰減器可以只是一個電阻,最簡單的可調(diào)衰減器可以只是一個碳膜電位器,當然這類簡單的衰減器沒有精度和傳輸匹配可言。作為儀器級的射頻衰減器,需要由簡單的電路構(gòu)成,常見的對稱電路形式有”型、T型、橋T型,見圖3—圖5。
這三類對稱形式電路的衰減器端口是不指定輸入、輸幽方向的。在一個高倍率衰減器中也有采用采樣型電路的,這就使衰減器端口有了特定的輸入、輸出方向。固定阻值衰減器多采用n型或T型基本電路,可變衰減器多采用橋T型電路。衰減器雖然看似電路非常簡單,但實際要制作一個高工作頻率、高功率的衰減器卻很不容易。
首先,衰減器電路對電阻提出了很高的要求。在電阻網(wǎng)絡(luò)中,電阻的阻值雖然不難計算得出,但很多都不是常規(guī)電阻系列中的規(guī)格,考慮到盡量減少引線,所以不宜通過串/并聯(lián)的形式使用標準值電阻達到目標電阻值。
例如,采用上圖中基本“型電路制作一個20dB衰減量的衰減器。計算可得3個電阻分別為R1=246.8Q R2=61.1QR3=61.10,.這些都是非標準阻值。而且衰減器對電阻阻值的誤差有很高的要求(否則將影響衰減量),同時電阻不能是常見的線繞電阻或者刻槽型電阻,必須是無感電阻。對于功率型衰減器,還要求電阻能承受相當?shù)墓β,并能與散熱器良好的結(jié)合。此外,電阻要有良好的溫度穩(wěn)定性,不能隨著溫度升高而出現(xiàn)電阻值較大的波動變化。由此可見,符合制作高頻率衰減器的電阻大部分需要定制。
其次,高頻率的衰減器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上也有講究。因為在頻率較高的情況下,一根引線都會形成不可忽略的分布電感,元器件之間、元器件與外殼之間也會形成不可忽略的分布電容,這些分布電感和分布電容會影響衰減器的純電阻特性,繼而影響傳輸特(導(dǎo)致駐波比劣化),引起衰減器衰減量的不可控變化,影響衰減量的準確度和帶內(nèi)衰減量的穩(wěn)定性。
實際制作中,隨著工作頻率的升高,分布電感和分布電容對衰減器傳輸?shù)挠绊憰絹碓矫黠@。所以,作為商品,同樣衰減量和功率的衰減器,最高工作頻率不同,價格也會相差很大。對于無線電愛好者來說,要DIY有一定精度和功率的高射頻頻率的衰減器,比DIY假負載要困難得多,元器件材料不容易買到、金工件布線設(shè)計都是問題。
典型的可調(diào)衰減器內(nèi)部同樣是由電阻構(gòu)成,通過波段開關(guān)來切換不同阻值的電阻,以構(gòu)成不同的衰減量。對于大衰減量范圍,小步進可調(diào)的衰減器通常采用兩種不同步進值的可調(diào)衰減器串聯(lián)而成。例如,將一個衰減量O~lOdB、步進為ldB的衰減器,與一個衰減量0—80dB、步進為1dB的衰減器串聯(lián)起來,就很容易得到一個衰減量0—90dB、步進為ldB的大范圍衰減器。
衰減器衰減量的準確程度關(guān)系到測量系統(tǒng)的準確度,所以衰減器除了在電路上盡量提高準確度外,在I/O接口上也應(yīng)該盡量減少插入損耗。采用高品質(zhì)的接插件可以使損耗降到最低,也可以使駐波比劣化控制在較低的范圍內(nèi),很多高檔接口的內(nèi)部都是鍍銀或鍍金的?紤]到接口在很多環(huán)境中容易被氧化,引起插入損耗劇增,所以高檔接口的中心接觸部件都采用鍍金工藝(銀容易氧化),同時為端口配上橡膠蓋帽。對于小型的衰減器,則還配有密封的干燥盒。
現(xiàn)在,一般用網(wǎng)絡(luò)分析儀就可以方便地測量衰減器的真實性能,包括衰減準確度和帶內(nèi)衰減量波動以及性能隨頻率升高的劣化情況。
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