功率衰减器的作用、用途及其结构
 
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功率衰减器的作用、用途及其结构

简述:功率衰减器是一种能量损耗性射频/微波元件,元件内部含有电阻性材料。衰减器除了常用的电阻性固定衰减器外,还有电控快速调整衰减器。衰减器广泛使用于需要功率电平调整的各种场合。

一、功率衰减器原理:

       功率衰减器是在指定的频率范围内,一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的欧姆数来标明。在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求。如放大器的输入端、输出端电平的控制、分支衰减量的控制。功率衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种。有源衰减器与其他热敏元件相配合组成可变衰减器,装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中。无源衰减器有固定衰减器和可调衰减器。 

二、功率衰减器技术指标:

  功率衰减器是在指定的频率范围内,一种用以引入一预定衰减的电路。一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻衰减器抗的欧姆数来标明。在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求。如放大器的输入端、输出端电平的控制、分支衰减量的控制。衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种。有源衰减器与其他热敏元件相配合组成可变衰减器,装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中。无源衰减器有固定衰减器和可调衰减器。

1工作频带

  功率衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减器才能达到指标值。由于射频/微波数字衰减器结构与频率有关,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,设计或使用中要加以注意。

2、衰减量

     无论形成功率衰减的机理和具体结构如何,总是可以用下图所示的两端口网络来描述衰减器。图中,信号输入端的功率为P1,而输出端得功率为P2,衰减器的功率衰减量为AdB)。若P1 P2 以分贝毫瓦(dBm)表示,则两端功率间的关系为 P2dBm)= P1dBm)- AdB)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

  功率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。设计和使用时,必须明确功率容量。 

4、回波损耗

   回波损耗就是功率衰减器的驻波比,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。 

5、功率系数

  当输入功率从10mW变化到额定功率时,衰减量的变化系数表示为dB/dB*W)。衰减量的变化值的具体算法是将系数乘以总衰减量功率(W)。如:一个功率容量50W,标称衰减量为40dB的衰减器的功率系数为0.001dB/dB*W),意味着输入功率从10mW加到50W时,其衰减量会变化0.001*40*50=2dB之多! 

三、功率衰减器的基本构成

    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大功率衰减器种基本形式,由此形成的电阻衰减器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。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。

四、功率衰减器的主要用途

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,获得光敏衰减器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。

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。 

五、功率衰减器的相关参数:

1、衰减: 用于描述传输过程中从一端到另一端的信号减少的量值。可用倍数或同轴衰减器分贝数来表达。   

2VSWR 等于特性阻抗与连接在传输线输出端的负载阻抗的比值。   

3、最大平均功率: 在衰减器输出端接特性阻抗时,在指定的最高工作温度上可长期加到衰减器输入端的最大功率。当工作温度降至20ºC,输入功率降到10mW时,衰减器的其它指标不应该发生变化。   

4、插入损耗的功率系数: 当输入功率从10mW到额定功率时,插入损耗的变化值(dB)。   

5、最大峰值功率: 在衰减器输出端接特性阻抗时,在指定的最高工作温度上,在指定的时间内,加到衰减器输入端的5ms脉冲宽度最大峰值功率。当工作温度降至20ºC,输入功率降到10mW时,衰减器的其它指标不应该发生变化。   

6、温度系数: 在最大工作温度范围内插入损耗的最大变化,用dB/ºC表示。   

7、冲击和振动: 衰减器必须承受三个方向的冲击和振动试验。   

8、插入损耗的频率响应: 20ºC时,整个频率范围内损耗值的变化量(dB)。   

9、工作温度上限: 衰减器工作在最大输入功率时的最高温度(ºC)   

10、标称插入损耗的偏差:在20ºC,输入功率10mW时测得的插入损耗和标称值的偏差。   

11、接头寿命: 正常连接/断开的次数;在规定的寿命内所有的电气和机械指标应该满足指标要求。   

12、互调失真:互调失真由杂散信号组成,它是由于器件中的非线性因素而产生的。尤其需要关注的是三阶互调失真,因为三阶互调产物最大而且不可被滤除。三阶互调电平的测试方法是将二个等幅的纯净信号(f1f2)注入到被测器件中,三阶互调将出现在输出频谱的2f1-f22f2-f1处。三阶互调产物由相对于f1f2的大小来定义,由-dBc来表示。

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