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射頻衰減器的類型及作用介紹

時間:2019-02-21 11:25:09來源:網絡 作者:電子愛好者 點擊:
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在RF電路中,更高的信號電平通常是一件好事。它們可以提高信噪比(SNR),減少內部電路元件噪聲和外部信號噪聲引起的問題。結果,更高的信號電平通常簡化了RF電路設計的許多挑戰。

然而,在許多系統中,RF信號不可避免地具有跨越30,40或更多dB的寬動態范圍;一些設計必須處理范圍超過100 dB的信號。示例包括雷達或遠程無線,甚至是短距離LAN,其中一個或兩個鏈路節點正在移動并且存在障礙物和干擾。

如果系統設計為使用較低級別的信號正常工作,則可能沒有更高功率信號的余量(RF,功率和信號電平通常密切相關)。結果是過載,飽和甚至可能損壞敏感的模擬組件,如前端放大器。即使沒有永久性損壞,只要信號鏈的元件被“最大化”,系統就無法正常工作。在這些情況下,組件可能需要相對較長的時間才能擺脫飽和狀態連再次可行。在其他情況下,衰減器將一個點的信號的最大值與鏈中另一個級的更大限制的最大值匹配。

由于這些原因,通常需要管理和衰減信號電平。通過已知或可控量,這是射頻衰減器發揮作用的地方。有三種類型的RF衰減器:

1)固定值衰減器,提供一個或兩個dB,或10 dB,20 dB或更多dB的值。

2 )電壓可變或電壓控制衰減器,其中模擬電壓設置在連續可變范圍內的衰減水平,例如在0 dB和30 dB之間或0 dB和60 dB之間。

3)數字化受控衰減器或數字步進衰減器(DSA),其中多位代碼在0 dB至32或64 dB的范圍內以離散步長建立衰減,例如,以1或2 dB/位的步長;有些產品提供小至0.25 dB的步長。

(請注意,還有機械控制的衰減器,用戶可通過旋鈕設置衰減。這些衰減器幾乎只用于測試環境或高功率一次性設計。)

可控衰減器是可變增益放大器(VGA)的補充,它可以增強信號以匹配鏈中的組件范圍。對于需要額外靈活性的設計,甚至還有可用的VGA,它們可以跨越增益和衰減,例如-10到+40 dB;在內部,這些是由可變衰減器(電壓或數字控制)與增益模塊串聯構建的。

簡單地使用可變衰減器而不是固定衰減器似乎是合理的,以提供最大值使用靈活。然而,這種靈活性是有代價的,因為可變衰減器成本更高,耗散更多功率,并且在上電時需要(在大多數版本中)控制信號,以及在使用時的連續監督管理。這些是系統處理器和初始化過程的額外負擔。相比之下,除了安裝它之外,與固定衰減器無關。在其他情況下,“固定”衰減器設計用于提供受控溫度系數,用于在工作溫度變化時穩定高功率RF放大器。

關鍵衰減器參數指南選擇

與所有組件一樣,衰減器具有許多設計規范,這些規范定義了它們在給定應用中的適用性。衰減器的主要部分是頻率范圍和衰減值。

某些衰減器的設計和指定用于相對寬帶的使用,例如1至4 GHz,而其他衰減器則針對窄帶情況,例如標稱2.4 GHz ISM頻段。雖然更寬的帶寬似乎是一個好處,但設計和在更寬的頻段上實現性能成本更高。可變衰減器存在類似的情況。在30 dB以上的范圍內工作的寬范圍單元比在30 dB以上的范圍內工作的成本更高。

頻率范圍和衰減的兩個參數相結合其他關鍵規格:頻率范圍內和整個工作溫度范圍內的衰減偏差或平坦度。平坦度通常在0.25dB或0.5dB的量級,并且通常在較高頻率下難以維持。

如果衰減器是固定值單位,則只需在該單個dB值處指定平坦度。但是,對于可變衰減器,平坦度可能隨衰減量而變化,因此其變化必須在不同的衰減值下指定,例如每5或10 dB。最后,與幾乎所有無源和有源元件一樣,性能必須在標稱溫度(25°C)以及器件的額定低溫和高溫下指定;一些供應商也提供溫度系數數據。

衰減器的功率處理能力范圍從毫瓦到數千瓦。額定功率是決定可能封裝的一個因素,可以是較小的表面貼裝技術(SMT)器件,適用于較大的同軸甚至波導封裝,因為功率水平達到較高水平。無論封裝類型如何,大多數供應商都規定了連續波(CW)操作的額定功率以及脈沖操作的峰值。根據所使用的脈沖額定值的占空比,CW-和峰值功率額定值之間的比率可以是×10,×100或更大的系數。

當然,與所有RF組件一樣,衰減器的阻抗應與電路匹配。大多數衰減器設計用于50Ω工作;一些專門的可用于其他值,如75Ω。如果電路不具有匹配值,則可能需要阻抗匹配電路。

另請注意,無源衰減器的準靜態插入損耗通常在3到5 dB之間。在信號電平和衰減分析中必須考慮到這一點,并且在頻率范圍內它可能會改變一到兩個dB。供應商通常會在數據表中詳細顯示此損耗的具體dB值。

用戶選擇提供選項

衰減器使用的大部分增長都出現在大批量手持設備中例如智能手機,LAN節點或基站,其功率水平相對較低,SMT封裝是實用的,并且占空比使得峰值/CW額定比率相對較小。幾種標準器件說明了可用的小信號SMT衰減器的多樣性(還有更大的非PC板衰減器,帶有同軸連接器,主要用于與測試設置一起使用)。

Avago AMMP -6640是一款DC-40 GHz可變衰減器,工作頻率范圍為20 dB,插入損耗為5 dB(圖1)。這款5.0×5.0×2 mm GaAs器件專為寬帶操作而設計,并串聯使用兩個0至1.2 VDC模擬控制信號來設置衰減電平(圖2)。它針對微波無線電系統和衛星VSAT(極小孔徑終端)或DBS(直播衛星)上/下鏈路。由于其寬帶特性,供應商提供了從近零到40 GHz以1 GHz步長的散射參數(s參數)S11,S21,S12和S22的詳細表格。容-源-電-子-網-為你提供技術支持

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