一种适用于Ku波段的数控衰减器

一种适用于ku波段的数控衰减器
技术领域
1.本实用新型涉及电子元器件技术领域，具体涉及一种适用于ku波段的数控衰减器。


背景技术：

2.数控衰减器是利用开关切换让射频信号从不同支路通过的电子元器件，不同支路的衰减量不一样，从而使得射频信号衰减大小也不相同。
3.实现不同的衰减量通常是采用π衰电阻网络的方式来实现，但是当功率增加时需要通过增加电阻的体积来实现功率的承受能力，体积增加的同时电阻的寄生参数例如电感和电容也会相应增加，当π衰电阻网络使用在较高的射频频率时，电阻的寄生参数会使得射频性能下降，导致无法实现，所以在ku波段当功率容量大于20ｗ时不能在采用传统的π衰电阻网络来实现数控衰减的功能。


技术实现要素：

4.为了改善现有技术中存在的目前的数控衰减器不能适用于高频信号的技术缺陷，本实用新型提供了一种数控衰减器，可以适用于ku波段的高频信号。
5.一种适用于ku波段的数控衰减器，包括开关和若干个衰减电路，若干个衰减电路级联，且若干个衰减电路分别通过耦合或功分方式实现不同衰减量的信号衰减，所述开关用于接通不同的衰减电路以实现不同衰减目的。
6.一个可实施方案中，每个衰减电路包括直通支路和衰减支路，若干个衰减电路分别在直通支路的基础上耦合或功分负载电阻，直通支路与衰减支路之间通过单刀双掷开关选通。
7.一个可实施方案中，每个衰减电路的直通支路的结构相同，直通支路包括电容一、电容二、pin二极管一、电感一和电容五，电容一和电容二作为直通支路的隔直电容串联在直通支路的两端，pin二极管一并联在直通支路中；
8.每个衰减电路的衰减支路均包括电容三、电容四、pin二极管二、pin二极管三、电感二和电容六，电容三和电容四作为衰减支路的隔直电容串联在衰减支路的两端，pin二极管二和pin二极管三并联在衰减支路中；
9.通过供给电感一和电感二端电压的不同来实现选通直通支路或衰减支路。
10.一个可实施方案中，直通支路还包括由电感一和电容五构成的滤波电路一，用于对直通支路的直流电源进行信号滤波；每个衰减电路的衰减支路均还包括由电感二和电容六构成滤波电路二，用于对衰减支路的直流电源进行信号滤波。通过设置滤波电路进行滤波处理，可以提高信号质量。
11.一个可实施方案中，所述若干个衰减电路中包括1db衰减电路，1db衰减电路中的直通支路采用5880板材且带线宽度为5mm，1db衰减电路中的衰减支路采用fr-4板材，且通过调整带线长度实现损耗比直通支路损耗大1db。
12.一个可实施方案中，所述若干个衰减电路中包括2db衰减电路，2db衰减电路中的衰减支路还包括第一负载电阻，第一负载电阻以耦合方式接入衰减支路，且实现比直通支路损耗大2db。
13.一个可实施方案中，所述若干个衰减电路中包括4db衰减电路，4db衰减电路中的衰减支路还包括由第二负载电阻构成的一分二功分器，用于功分二分之一能量。
14.一个可实施方案中，所述若干个衰减电路中包括8db衰减电路，8db衰减电路中的衰减支路还包括由第三负载电阻构成的一分四功分器，用于功分四分之三能量。
15.一个可实施方案中，所述若干个衰减电路中包括16db衰减电路，16db衰减电路中的衰减支路还包括由第四负载电阻构成的耦合器，用于耦合15db能量到衰减支路，且实现比直通支路损耗大16db。
16.一个可实施方案中，每个衰减电路的衰减支路均还包括两个隔直电容，用于防止直流信号流入负载电阻；和/或，均还包括两个滤波电路，分别用于对功分或耦合前的输入信号和功分或耦合后的输出信号进行滤波。
17.与现有技术相比，本实用新型不是通过在采用不同衰减单片的方式实现衰减，而是在直通支路的基础上通过耦合或功分负载的方式实现衰减，成功地解决了功率大与频率高之间的矛盾，避免了高频大功率衰减无法实现的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1本实用新型适用于ku波段的数控衰减器的结构示意图。
20.图2a为1db衰减原理图，图2b、图2c、图2d分别为1db衰减驻波、插损和衰减量的仿真结果图。
21.图3a为2db衰减原理图，图3b、图3c、图3d分别为2db衰减驻波、插损和衰减量的仿真结果图。
22.图4a为4db衰减原理图，图4b、图4c、图4d分别为4db衰减驻波、插损和衰减量的仿真结果图。
23.图5a为8db衰减原理图，图5b、图5c、图5d分别为8db衰减驻波、插损和衰减量的仿真结果图。
24.图6a为16db衰减原理图，图6b、图6c、图6d分别为16衰减驻波、插损和衰减量的仿真结果图。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制
要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.请参考图1，本实施例中提供了一种适用于ku波段的数控衰减器，包括开关和若干个衰减电路，若干个衰减电路级联，每个衰减电路分别实现不同衰减量的信号衰减，通过开关切换至相应的衰减电路，实现相应衰减目的。
27.本实施例中，所述衰减电路包括1db衰减电路、2db衰减电路、4db衰减电路、8db衰减电路、16db衰减电路，分别实现1db、2db、4db、8db、16db衰减。下面将结合附图对不同衰减电路进行更细致的说明。
28.需要说明的是，本实施例中，各个衰减都是采用单刀双掷开关切换不同通路实现的，各个衰减电路都包括直通支路和衰减支路，直通支路开关都是选择在无衰减的直通支路的，衰减支路开关都是在直通支路基础上通过耦合或功分方式实现信号衰减的，各个衰减电路的直通支路电路相同，因此，为了简化描述，本实施例中就仅统一在一个地方描述直通支路的结构，而不分别在阐述不同衰减电路时再次描述。
29.可以参阅图2a，为1db衰减的原理图，1db衰减电路包括6个电容、3个二极管和2个电感，6个电容分别定义为电容一、电容二、电容三、电容四、电容五、电容六，并分别用c1、c2、c3、c4、c5、c6表示，3个二极管分别定义为二极管一、二极管二、二极管三，并分别用d1、d2、d3表示，2个电感分别定义为电感一和电感二，并分别用l1、l2表示。
30.电容一c1与电容二c2为直通支路的隔直电容，串联在直通支路的两端，二极管一d1为直通支路的pin二极管，并联在电路中，电感一l1和电容五c5构成滤波电路一，对直通支路的直流电源进行信号滤波。
31.电容三c3和电容四c4为衰减支路的隔直电容，串联在衰减支路的两端，二极管二d2、二极管三d3为衰减支路的pin二极管，并联在电路中，电感二l2和电容六c6构成滤波电路二，对衰减支路的直流电源进行信号滤波。
32.当外部供给电感一l1的电压为负电压时，二极管一d1呈容抗，射频信号通过；当外部供给电感一l1的电压为正电压时，二极管一d1呈阻抗，射频信号对地短路，信号反射回前级；
33.当外部供给电感二l2的电压为负电压时，二极管二d2和二极管三d3呈容抗，射频信号通过；当外部供给电感二l2的电压为正电压时，二极管二d2和二极管三d3呈阻抗，射频信号对地短路，信号反射回前级；
34.所以通过供给电感一l1和电感二l2端电压的不一样来选择射频信号从哪个支路（直通支路或衰减支路）通过。
35.对于无衰减的直通支路采用损耗极小的5880板材，且仅５mm带线实现，保证直通支路的低损耗。对于12～14ghz工作频段的射频电路，带线的损耗在这个频段是不容忽视的，不同的板材线损差异也会极大，故本实施例中利用了不同板材损耗不一样且线长度越长损耗越大的机理来实现1db衰减。
36.因此，本实施例中，1db衰减电路的衰减支路的结构与直通支路的结构相同，区别在于材料和带线长度不同，衰减支路采用损耗偏大的fr-4板材，且通过调整带线长度实现损耗比无衰减的直通支路损耗大1db。
37.通过建仿真模型，得到仿真结果如图2b（直通以及衰减态输入输出驻波）、图2c（直通以及衰减态插损）、图2d（衰减量）所示。从仿真结果来看，衰减量满足要求，衰减精度可以满足
±
0.2db。
38.请参阅图3a，对于2db衰减电路，衰减支路中（与1db衰减电路相比）还包括负载电阻，也就是在直通支路的基础上耦合负载电阻，采用了耦合器耦合部分能量到衰减支路，最终导致直通损耗增加，故当耦合量为9db时耦合器的损耗为1db，故此时利用耦合器插损比纯微带线直通损耗大的原理，调整耦合器耦合量为9db，将衰减插损增加至2db实现衰减，衰减支路仅需要50欧姆功率负载，在这个频段50欧姆大功率负载是有很多产品可用的，所以设计可以达到要求。因为不同衰减电路中所采用的负载电阻不同，因此为了便于区分，此处将2db衰减电路中的负载电阻定义为第一负载电阻。
39.通过建仿真模型，得到仿真结果如图3b、图3c、图3d所示。
40.请参阅图4a，对于4db衰减电路，衰减支路中（与1db衰减电路相比）还包括一分二功分器，也就是在直通支路的基础上通过第二负载电阻进行功分，采用了一分二功分器功分一半（二分之一）的能量到另外一个支路，直通损耗理论增加3db，加上一分二功分器损耗以及线损，最终损耗增加至4db，另一支路也仅需要50欧姆功率负载即可，所以设计可以达到要求。
41.图4a所示结构中，为了让直流信号不到负载电阻上，增加了电容c7、电容c8两个隔直电容，衰减电路的两个二极管（二极管二d2和二极管三d3）分别加电，用了两个滤波电路（一个滤波电路由一个电感和电容组成），分别对功分前的输入信号和功分后的输出信号进行滤波处理。
42.通过建仿真模型，得到仿真结果如图4b、图4c、图4d所示。
43.请参阅图5a，对于8db衰减电路，衰减支路中（与1db衰减电路相比）还包括一分四功分器，也就是在直通支路的基础上通过第三负载电阻进行功分，即采用了一分四功分器功分四分之三的能量到另外三个支路，直通损耗理论增加6db，加上一分四功分器损耗以及线损，最终损耗增加至8db，另外三个支路也仅需要50欧姆功率负载即可。
44.图5a所示结构中，电容c9、电容c10同样为隔直电容，对衰减电路的二极管进行分别加电，引入了两个滤波电路，分别对功分前的输入信号和功分后的输出信号进行滤波处理。
45.通过建仿真模型，得到仿真结果如图5b、图5c、图5d所示。
46.请参阅图6a，对于16db衰减电路，衰减支路中（与1db衰减电路相比）还包括耦合器，也就是在直通支路的基础上通过耦合器，将15db能量耦合到耦合支路，加上线损，损耗增加至16db，直通支路仅需要50欧姆功率负载，所以设计可以达到要求。
47.图6a所示结构中，电容c11、电容c12亦为隔直电容，对衰减电路的二极管进行分别加电，引入了两个滤波电路，分别对耦合前的输入信号和耦合后的输出信号进行滤波处理。
48.通过建仿真模型，得到仿真结果如图6b、图6c、图6d所示。
49.如图1所示，五个衰减电路级联形成5位数控衰减器，该数控衰减器通过耦合或功分方式实现不同衰减，解决了功率大与频率高之间的矛盾，避免了高频大功率衰减无法实现的问题。且通过建仿真模型，从得到的仿真结果来看，衰减量满足要求，衰减精度可以满足
±
0.2db。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。