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衰减器原理与结构

发布时间:2012/6/27 20:11:55 访问次数:12506

    固定衰减量型衰减器的2N60L-B基本电路结构非常简单,就是一个电阻网络,只需几个电阻即可。最简单的定值衰减器可以只是一个电阻,最简单的可调衰减器可以只是一个碳膜电位器,当然这类简单的衰减器没有精度和传输匹配可言。作为仪器级的射频衰减器,需要由简单的电路构成,常见的对称电路形式有”型、T型、桥T型,见图3—图5。
    这三类对称形式电路的衰减器端口是不指定输入、输幽方向的。在一个高倍率衰减器中也有采用采样型电路的,这就使衰减器端口有了特定的输入、输出方向。固定阻值衰减器多采用n型或T型基本电路,可变衰减器多采用桥T型电路。衰减器虽然看似电路非常简单,但实际要制作一个高工作频率、高功率的衰减器却很不容易。
    首先,衰减器电路对电阻提出了很高的要求。在电阻网络中,电阻的阻值虽然不难计算得出,但很多都不是常规电阻系列中的规格,考虑到尽量减少引线,所以不宜通过串/并联的形式使用标准值电阻达到目标电阻值。
    例如,采用上图中基本“型电路制作一个20dB衰减量的衰减器。计算可得3个电阻分别为R1=246.8Q  R2=61.1QR3=61.10,.这些都是非标准阻值。而且衰减器对电阻阻值的误差有很高的要求(否则将影响衰减量),同时电阻不能是常见的线绕电阻或者刻槽型电阻,必须是无感电阻。对于功率型衰减器,还要求电阻能承受相当的功率,并能与散热器良好的结合。此外,电阻要有良好的温度稳定性,不能随着温度升高而出现电阻值较大的波动变化。由此可见,符合制作高频率衰减器的电阻大部分需要定制。
    其次,高频率的衰减器在内部结构上也有讲究。因为在频率较高的情况下,一根引线都会形成不可忽略的分布电感,元器件之间、元器件与外壳之间也会形成不可忽略的分布电容,这些分布电感和分布电容会影响衰减器的纯电阻特性,继而影响传输特(导致驻波比劣化),引起衰减器衰减量的不可控变化,影响衰减量的准确度和带内衰减量的稳定性。
    实际制作中,随着工作频率的升高,分布电感和分布电容对衰减器传输的影响会越来越明显。所以,作为商品,同样衰减量和功率的衰减器,最高工作频率不同,价格也会相差很大。对于无线电爱好者来说,要DIY有一定精度和功率的高射频频率的衰减器,比DIY假负载要困难得多,元器件材料不容易买到、金工件布线设计都是问题。

                   
    典型的可调衰减器内部同样是由电阻构成,通过波段开关来切换不同阻值的电阻,以构成不同的衰减量。对于大衰减量范围,小步进可调的衰减器通常采用两种不同步进值的可调衰减器串联而成。例如,将一个衰减量O~lOdB、步进为ldB的衰减器,与一个衰减量0—80dB、步进为1dB的衰减器串联起来,就很容易得到一个衰减量0—90dB、步进为ldB的大范围衰减器。
    衰减器衰减量的准确程度关系到测量系统的准确度,所以衰减器除了在电路上尽量提高准确度外,在I/O接口上也应该尽量减少插入损耗。采用高品质的接插件可以使损耗降到最低,也可以使驻波比劣化控制在较低的范围内,很多高档接口的内部都是镀银或镀金的。考虑到接口在很多环境中容易被氧化,引起插入损耗剧增,所以高档接口的中心接触部件都采用镀金工艺(银容易氧化),同时为端口配上橡胶盖帽。对于小型的衰减器,则还配有密封的干燥盒。
    现在,一般用网络分析仪就可以方便地测量衰减器的真实性能,包括衰减准确度和带内衰减量波动以及性能随频率升高的劣化情况。

    固定衰减量型衰减器的2N60L-B基本电路结构非常简单,就是一个电阻网络,只需几个电阻即可。最简单的定值衰减器可以只是一个电阻,最简单的可调衰减器可以只是一个碳膜电位器,当然这类简单的衰减器没有精度和传输匹配可言。作为仪器级的射频衰减器,需要由简单的电路构成,常见的对称电路形式有”型、T型、桥T型,见图3—图5。
    这三类对称形式电路的衰减器端口是不指定输入、输幽方向的。在一个高倍率衰减器中也有采用采样型电路的,这就使衰减器端口有了特定的输入、输出方向。固定阻值衰减器多采用n型或T型基本电路,可变衰减器多采用桥T型电路。衰减器虽然看似电路非常简单,但实际要制作一个高工作频率、高功率的衰减器却很不容易。
    首先,衰减器电路对电阻提出了很高的要求。在电阻网络中,电阻的阻值虽然不难计算得出,但很多都不是常规电阻系列中的规格,考虑到尽量减少引线,所以不宜通过串/并联的形式使用标准值电阻达到目标电阻值。
    例如,采用上图中基本“型电路制作一个20dB衰减量的衰减器。计算可得3个电阻分别为R1=246.8Q  R2=61.1QR3=61.10,.这些都是非标准阻值。而且衰减器对电阻阻值的误差有很高的要求(否则将影响衰减量),同时电阻不能是常见的线绕电阻或者刻槽型电阻,必须是无感电阻。对于功率型衰减器,还要求电阻能承受相当的功率,并能与散热器良好的结合。此外,电阻要有良好的温度稳定性,不能随着温度升高而出现电阻值较大的波动变化。由此可见,符合制作高频率衰减器的电阻大部分需要定制。
    其次,高频率的衰减器在内部结构上也有讲究。因为在频率较高的情况下,一根引线都会形成不可忽略的分布电感,元器件之间、元器件与外壳之间也会形成不可忽略的分布电容,这些分布电感和分布电容会影响衰减器的纯电阻特性,继而影响传输特(导致驻波比劣化),引起衰减器衰减量的不可控变化,影响衰减量的准确度和带内衰减量的稳定性。
    实际制作中,随着工作频率的升高,分布电感和分布电容对衰减器传输的影响会越来越明显。所以,作为商品,同样衰减量和功率的衰减器,最高工作频率不同,价格也会相差很大。对于无线电爱好者来说,要DIY有一定精度和功率的高射频频率的衰减器,比DIY假负载要困难得多,元器件材料不容易买到、金工件布线设计都是问题。

                   
    典型的可调衰减器内部同样是由电阻构成,通过波段开关来切换不同阻值的电阻,以构成不同的衰减量。对于大衰减量范围,小步进可调的衰减器通常采用两种不同步进值的可调衰减器串联而成。例如,将一个衰减量O~lOdB、步进为ldB的衰减器,与一个衰减量0—80dB、步进为1dB的衰减器串联起来,就很容易得到一个衰减量0—90dB、步进为ldB的大范围衰减器。
    衰减器衰减量的准确程度关系到测量系统的准确度,所以衰减器除了在电路上尽量提高准确度外,在I/O接口上也应该尽量减少插入损耗。采用高品质的接插件可以使损耗降到最低,也可以使驻波比劣化控制在较低的范围内,很多高档接口的内部都是镀银或镀金的。考虑到接口在很多环境中容易被氧化,引起插入损耗剧增,所以高档接口的中心接触部件都采用镀金工艺(银容易氧化),同时为端口配上橡胶盖帽。对于小型的衰减器,则还配有密封的干燥盒。
    现在,一般用网络分析仪就可以方便地测量衰减器的真实性能,包括衰减准确度和带内衰减量波动以及性能随频率升高的劣化情况。

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