实验二衰减器的仿真设计.ppt

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1、实验二衰减器的仿真设计1.了解矢量网络分析仪的工作原理2.掌握用矢量网络分析仪测量待测元件的回波损耗和插入损耗的原理方法。3.了解功率衰减器的原理及其应用4.了解无源功率衰减器的基本设计方法5.了解PIN电子功率衰减器的原理及基本设计方法一、实验目的一、实验目的 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。衰减器广泛用于需要功率电平调整的各种场合。数控衰减器固定衰减器集成衰减器二、功率衰减器的原理二、功率衰减器的原理1.1.衰减器的技术指标衰减器的技术指标(1).工作工作频带频带。指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标值。一般结构与频率有关。(2).衰减量。衰减

2、量。衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度。(3).功率容量。功率容量。衰减器是一种能量消耗元件，功率消耗后变成热量。超过这个极限值，衰减器就会被烧毁。(4).回波回波损损耗。耗。回波损耗就是衰减器的驻波比。我们希望的衰减器不能对两端电路有影响。2.2.衰减器的基本构成衰减器的基本构成 构成射频/微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料电阻性材料。通常的电阻是衰减器的一种基本形式,由此形成的电阻衰减网络就是集总参数衰减器(无源衰减器)。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

3、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(有源衰减器或数字衰减器)。三种同轴结构吸收式衰减器(a)填充;(b)串联;带状线截止式衰减器波导、同轴和微带匹配负载结构微带单管电调衰减器3.PIN二极管的工作原理二极管的工作原理PIN二极管是在二极管是在P型和型和N型材料之型材料之间间插入一个本征插入一个本征层层构成的构成的基本PIN结横截面图直流偏置等效直流偏置等效电电路路微波开关利用PIN管在直流正、反偏压下呈现近似导通和关断的阻抗特性，实现了控制微波信号通道转换的作用。正偏条件下的电阻记为RS，与偏置电流IF成反比，使PIN结二

4、极管在高频下有很好的隔离度。（a）为正偏时等效电路。当PIN结反偏或者零偏时，本征层I内的电荷被耗尽，表现出高电阻(Rp)，如图（b）所示。其中CT为PIN结二极管的总电容，包括了结电容Cj和封装寄生电容Cp。RS为PIN管正向偏置的等效电阻(2)，L为金属接触产生的电感效应，大约为0.04nH，CT 为PIN管的反偏电容0.05pF。PIN二极管高二极管高频频开关开关串串联联PIN射射频频SPST正偏等效电路反偏等效电路正偏等效电路反偏等效电路并联并联PINPIN射频射频SPSTSPST串联串联PINPIN射频射频SPDTSPDTPIN高频电子衰减器高频电子衰减器由R和正向偏置的PIN二极管

5、构成一个分压器。因为PIN管正向偏压时的阻抗随偏置电压的增大而减小，所以可以起自动衰减的作用。(1).(1).控控制制功功率率电电平平:在微波超外差接收机中对本振输出功率进行控制,获得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).(2).去耦元件去耦元件:作为振荡器与负载之间的去耦合元件。(3).(3).用用于于雷雷达达抗抗干干扰扰中中的的跳跳变变衰衰减减器器: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。4.衰减器的主要用途衰减器的主要用途(a)T型功率衰减器 (b)型功率衰减器同阻抗式：Z1=Z2异阻抗式：

6、Z1Z2三、集总参数衰减器类型三、集总参数衰减器类型1.同阻式集同阻式集总总参数衰减器参数衰减器Rs1和Rs2的传输矩阵：Rp的传输矩阵：2).T型同阻式型同阻式转化为S矩阵为：衰减量：A=20lg|s21|(dB)端口匹配：20lg|s11|=-2).型同阻式型同阻式3).T型异阻式型异阻式4).型异阻式型异阻式实例一：实例一：设计一个设计一个5dB T型同阻式（型同阻式（Z1=Z2=50）固定衰减器。固定衰减器。同阻式集同阻式集总总参数衰减器参数衰减器A=-5dB，由公式，由公式计计算元件参数算元件参数:Ctrl+R旋转器件ADS仿真：5dB T型同阻式固定衰减器型同阻式固定衰减器F5 移

7、动文字练习练习：设计设计10dB 型同阻式（型同阻式（Z1=Z2=50）固定衰）固定衰减器。减器。ADS仿真：10dB 型同阻式固定衰减器型同阻式固定衰减器实实例二、例二、设计设计一有源一有源“T”型衰减器，具体指型衰减器，具体指标标：工作工作频带频带：12GHz低衰减低衰减时频带时频带内的衰减小于内的衰减小于1.1dB，1.4GHz处处的衰减小于的衰减小于0.8dB高衰减高衰减时频带时频带内的衰减大于内的衰减大于10dB，1.4GHz处处的衰减大于的衰减大于12dBADS仿真步骤在工具栏双击控件，在图中插入“VAR”控件，设置变量Rj执行菜单命令【View】【Creat/EditSchema

8、ticSymbol】,弹出对话框，单击“OK”，出现默认符号执行菜单命令【View】【Creat/EditSchematic】,返回原理图执行菜单命令【File】【DesignParameters】，修改后，单击“Paramrters”标签DDI100”Add”“SaveAELfile”Ok”，另存原理图并命为”D”，完成模型创建单击工具栏图标“”，向图中拖入二极管，完成原理图D1和D2的偏置I对调高衰减结果低衰减结果四、衰减器的测量 用PNA网络分析仪1.PNA网网络络分析分析仪仪介介绍绍2.技技术术特性如下：特性如下：频率综合跳频，每点频率精度：10-4频段范围：303200MHz动态范围

9、：插损70dB、回损50dB、增益30dB分辨率精度：小插损为0.01dB，精度4%。小反射为0.002，精度2%；相位分辨率为0.1，精度4%。3.仪器的面板与按键仪器的面板与按键 输入输入A输入输入B指示灯指示灯亮度亮度复位复位输出输出菜单菜单执行执行键功能：在菜单中,以单方向循环方式将光标移到所需项上。在测试运行中,按此键可依次改变画面与量程。与功能：在菜单中,改变数值或项目；在测试中改变光标位置,以显示闪点的参数。菜单键(暂停键)：出现扫频方案(7种，16为等频距扫频方案，7为列表扫频)执行键：按此键即执行所选功能，而在扫频方案菜单中，按此键即确认光标所在处的方案，回到主菜单。注释 频

10、域 当前为频域 表示当前最小频距：起始频率(Beginning Frequency)：频距(频率增量或步长)：终止频率(Ending Frequency)：测试点数（不直接受控）：选常规或精测(精测精度高、但速度慢)测：A B 选定各输入口的测试项目 +线上为设置项目,线下为执行项目 校：作各项相应校正 4、开机主菜单开机主菜单(画面画面)左面为一圆图,右面即菜单。菜单如下:刚开机后,光标在校:处闪动,便于在不改变频率设置时立即进行校正。2.在频域设置：0.1MHzBF=800.0MHz、F=10.0MHz、EF=1000.0MHz。屏幕自动出现N=21。3.设置M：常规、A下回损（一）（一）

11、.测测失配失配负载负载在在8001000MHz的的驻驻波比，步波比，步长长=10MHz5、实验步骤、实验步骤1.按图接线4.光标停在校:开路下，再按执行键,此时显示器右下角频率在变动,直到出现校:短路字样。5.在电桥测试端口接上短路器，然后按执行键;画面转成阻抗圆图,光标在R=0点闪动,拔掉短路器光标在R=点闪动。6.接上待测失配负载,即可用圆图看变化趋势（圆图有四档可选,可按键来选择）。要想看驻波比(回波损耗)频响，可按菜单键，再选驻波(回波损耗)即得直角坐标下的频响曲线（记录）。（1）按菜单按钮，选择扫频方案1。（2）设置BF=30MHz、F=39.6MHz、EF=3198MHz。（3）设

12、置使A下为插损,B下空白。（4）接法如下图，输出口与输入口A接上电缆，另一端各串一只10dB衰减器，再通过双阴对接起来。（5）使光标停在校:直通下,按执行键，此时为直通状态,即校最大值,仪器会直接转入测试,此时画面应为方格坐标,测试值为0dB。（6）将待测衰减器（20dB）串入两电缆之间,即可进行测试。（7）按或查看各个频率下的测量数值，记录测试结果（见附表）。(二二).测测衰减器在衰减器在30MHz-3198MHz的的(传输传输系数系数)插插损损(8)插损量程有四档,可按键来选择,最小一档为0-2.5dB,最大可测80dB。(9)可测相移和群时延(三三).衰减器的衰减器的驻驻波和回波和回损测

13、损测量：量：（1）如图按测回损连接。输入A输入B输出电桥（3）在电桥测试端口进行开路、短路校正。（4）待测衰减器阴头接上阳匹配负载,将待测衰减器阳头接到电桥测试端口上，屏幕上显示的即待测衰减器阳头的输入阻抗轨迹。（6）有四档可选,可按键来选择记下测试结果（见附表）。（5）按菜单键，再将光标移到对数下，再按执行键；记录测试结果（见附表）。（2）设置使A下为回损,B下空白六、衰减器的测量-AV36580A矢量网络分析仪AV36580A矢量网络分析仪具有强大的测量功能，可用于对滤波器，放大器，天线，电缆，有线电视分接头等射频元件的性能完成矢量网络分析。可快速、精确地测量被测件S参数的幅度、相位和群延

14、迟特性。频率范围300kHz3GHz频率分辨率1Hz频率准确度510-6端口输出功率-25+10dBm，选件：-85+10dBm中频带宽1Hz100kHz系统动态范围中频带宽10Hz85dB(0.3MHz10MHz)118dB(10MHz3GHz)中频带宽3kHz60dB(0.3MHz10MHz)90dB(10MHz3GHz)测试端口指标频率范围300k10MHz10M3GHz有效方向性(dB)4946有效源匹配(dB)4440有效负载匹配(dB)4946反射跟踪0.020dB传输跟踪0.020dB扫描速度90ms(扫描点数201点，中频带宽30kHz，显示器更新状态：开)技术规范5、实验步骤

15、、实验步骤（一）（一）.测失配负载在测失配负载在6002600MHz的驻波比（的驻波比（S11、回损）、回损）起始600MHz终止2.6GHz扫描设置101I设设置激励参数置激励参数触发连续扫描进进行行测测量校准量校准校准机械校准单端口(反射)分分别进别进行前向开路、短路、匹配行前向开路、短路、匹配负载负载校准校准完成单端口双阴连接器N型阳开路器按按图连图连接接N型阳短路器50N型阳负载扫描点扫描类型线性频率进进行行测测量量格式驻波比光标用用调节调节旋旋钮记录钮记录数据（数据（11组组），照相），照相记录记录波形波形测量S11双阴连接器失配负载（二）（二）.测衰减器在测衰减器在600MHz-2

16、600MHz的插损和回波损耗的插损和回波损耗进进行行测测量校准量校准校准全双端口(SOLT)分分别进别进行前向和反向开路、短路、匹配行前向和反向开路、短路、匹配负载负载校准校准按按图连图连接接N型阳开路器N型阳短路器50N型阳负载反射前向前向反向反向完成反射测试传输直通按按图连图连接，接，进进行直通校准行直通校准双阴连接器完成传输测试完成全双端口机械校准双阴连接器N型阴开路器N型阴短路器50N型阴负载进进行行测测量量格式对数幅度光标用用调节调节旋旋钮钮分分别记录别记录回回损损、插、插损损和和驻驻波数据（波数据（11组组），），并照相并照相记录记录波形波形测量S21史密斯圆图S11驻波对数幅度双

17、阴连接器10dB衰减器1.用矢网测元件的回波损耗时为什要做开路、短路和匹配三项校正？2.画出PIN的正、反向偏置等效电路3.给出P33仿真结果的等效电路，并说明衰减原理4.举例说明衰减器的应用5.实验体会和建议。七、思考七、思考题题 一、三一、三项项校正校正在测负载的反射特性时为了提高精度,可进行三项校正,即校开路、校短路与校零反射,一般测试只校开路与短路即可,只有在测30dB以上回损或对反射电桥定向性不太满意时才需要校零。将一只好的负载接在测试端口上,按菜单键后将光标移到校零处,再按执行键,画面呈现零反射(50dB),校零完成,此时仪器有效定向性与负载的回损值相当。电桥接上保护接头后,精度下降,可以通过三项校正提高,在通过测试电缆或双阳后也可在其末端进行三项校正。附附录录 二、二、50反射反射电桥电桥反射电桥又称电桥反射计或定向电桥，是测反射系数的传感头，它的输出正比于反射系数。原理结构频 率(MHz)回 损(dbm)驻波插 损(dBm)衰减器参数测量记录表实验报实验报告要告要绘绘制曲制曲线线