2 0 0 5 ’全国微波毫米波会议论文集5 0 0 W 大功率数控衰减器的设计研究钟秋和，唐小宏( 电子科技大学电子工程学院成都6 1 0 0 5 4 )【摘要】基于P I N 管数控衰减器的理论分析，结合软件仿真，本文给出了一种带电路中的大功率数控衰减器的实现方法，并设计出5 0 0 WL 波段的五位大功率衰减器 关键字：衰减器并联式P I N 二极管大功率现代通信对整机的可调动态范围要求越来越高，单独的A G C 电路已经很难满足要求，因此衰减器得到了广泛的应用，经过多年发展，除了简单的电阻衰减网络外，还发展出了P I N 管电调衰减器，G a A sM E S F E TT 型衰减器，以及由此基础发展而来的数字衰减器本文介绍的是P I N 管并联式数控衰减器1 、数控衰减器的原理分析P I N 管与普通二极管不同之处在于其工作状态取决于直流偏置状态，其阻抗特性与微波信号无关，不会对微波信号产生检波作用，并且具有击穿电压高，功率容量大，开关速度快以及损耗小等优点因此被广泛应用于微波控制电路中，本文所讨论设计的数控衰减器正是采用P I N 管作为开关来使用的图1 为P I N 串联式的，图2 为P I N 并联式的数控衰减器。
IN暑 —_ r 11▲V +叭J 『INP I N3图1 串联式衰减器图2 并联式衰减器由这两个图中我们可以看出对于串联式衰减器来说，它把一对二极管的插损引入了主通道中，相当于增加了插损，并且由于它是串联的，通过它的功率太大容易导致管子的烧毁而并联式衰减器由于采用的是入／4 传输线短路或开路特性来选择是否衰减，所以管子本身的衰减不会影响到通道上的传输功率P I N 二极管有一端是直接接地的，这样传输功率不会经过它，并且能够直接通过地来散热，能够更好的保护管子因此我们决定用并联方式来设计大功率的数控衰减器下面我们来简单分析一下这种数控衰减器的工作原理’就图2 来说，当给P I N l 供给正电压时( P I N 2 ，P I N 3 相反) ，由于入／4 短路线的作用，信号 将经过衰减网络进行衰减当给P I N 2 ，P I N 3 供给正电压时( P I N l 相反) ，信号则直接通过，不进 行衰减，这时主线上的主要衰减就只是微带线的衰减而已了2 实际电路的设计1 8 52 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集主要设计指标要求见表l供电电压： + 5 V ±O ．5 V ，电流( 6 0 0 m A ；- - 2 8 V ±2 V ，电流( 2 0 m A表l _ 丰要技术指标单位指标 工作频率M H z9 0 0 - 1 0 0 0输入最大峰值功率W≤5 0 0占空比≤5 ％±0 ．5 ( 衰减量为1 ～1 0 时)衰减精度d B±l ( 衰减量为1 1 ～3 1 时)插损d B≤1 ．5动态范围d B3 l衰减步径d Bl输入输出电压驻波比≤1 ．3由丁衰减器功率比较大，在P I N 二极管上的选择就显得极其重要了。
P I N 二极管的选择应该遵循以下原则：正向电阻R ，、结电容C ．、热阻越小越好，反向击穿电压越高越好，以便承受足够高的功率用作大功率器件的基片材料主要有T M M I O ，氮化铝和氧化铍陶瓷等考虑到该 衰减器的平均功率较高，这里选用的基材为氧化铍在选择好电路基材、P I N 二极管后就可以开始实际电路的设计与仿真了图4 为该大功率数控衰减器的电原理图通过A D S 的优化设计仿真后得到如图5 所示的仿真曲线图( 在】6 d B 衰减条件下得出) 从图中可以看出无论是衰减精度、插入损耗或者是驻波比，都满足设计要求图45 0 0 w 数控衰减器原理图1 8 62 0 0 5 ’全国微波毫米波会议论文集{ r e a 3 9 ∞0 M 刊z 够{ S 瞎1 蜥d j ! 姆tl r n 2Ⅳ“e s q w = R 9 5 1 0 = 0 ，M 1 6 H 4 z {m 2 ■0 栅0 “ 口∞⋯*驯1 81 州沛 呐．№图5 某衰减位的仿真曲线根据优化设计的结果，并结合工程设计的要求，设计出如图6 所示的基片版图图6 数控衰减器版图3 实验结果及分析经过实际电路测试，给出r 在高温，低温，常温三种状态下( ．5 5 ～8 5 。
C ) 的参数，如表2 所川、：表2 衰减器测试数据高温低温常温频率( M H z )9 0 09 5 01 0 0 09 0 09 5 01 0 0 09 0 09 5 01 0 0 0捅损( d B )13 714141 ．3 814 114 113 513 813 9VSWR1211812 1121 ．1912 111911 712预置衰减( d B )实际衰减( d B )11111111110 ．9 51112221219 5212l1922444142394413939418818282881827 ．9882161 591 621621 5916 {1 631 58161 62对比三种条件下的测试结果，我们可以看出其衰减精度、插损、驻波都完全达到了预期的目标与仿真结果相比则有些偏差，旨先插损增人是由于仿真时没有考虑微带线的插损其次驻波变差了一些，估计是馈线引入的影响，以及装配上的一些问题在输入峰值功率位5 0 0 W ．占卒比为5％的测试系统中，每位的衰减精度都满足指标要求1 8 72 0 0 5 ’全国微波毫米波会议论文集4 结论木文通过对衰减器的理论分析，结合实际电路的设计来讨论了人功率数控衰减器的设计过程。
并得山的实验结果，符合设计要求参考文献『1 1高葆新等，微波集成电路，1 9 9 5 年[ 2 】W h i t e ，J o s e p h F ，“S e m i c o n d u c t o r C o n t r o l ，”A r t e ch o u s e ，I n c ，D e d h a m ，M A ．，1 9 7 7[ 3 】袁小革等，数控衰减器的研究，半导体情报第3 3 卷第四期，1 9 9 6 年8 月[ 4 ] 清华大学微带电路编写组，微带电路，人民邮电出版社，1 9 7 61 8 8。