射频放大器(射频衰减器)

 

在射频电路中，衰减器的主要作用是提供更高电容电平，从而维持信噪比（SNR）、减少内部电路元件噪声以及外部信号噪声引起的问题。在整个射频系统中，射频衰减器是不可缺少的一部分，那么今天我们就一起来了解一下衰减器的基础知识，特别是大功率的衰减器。

（一）基本定义

衰减器是一种提供衰减的电子元器件， 广泛地应用于电子设备中，它的基本用途是吸收设定量的通过衰减器的射频信号能量而不干扰信号的相位或频率响应。

互联网小常识：outside为外部端口，安全级别为0，inside为内部端口，安全级别为100，安全级别的取值范围为1-99，值越大越安全。

固定式衰减器

衰减器通常用于保护敏感的测试和测量设备或电路免受高电平射频信号的影响，但也可用于扩大射频功率计和放大器的范围。在某些情况下，衰减器也用在反射元件之间以减轻反射产生的驻波，否则驻波会建立在两个此类元件或器件之间。此外，阻抗匹配的射频衰减器还可以改善信号链中两个不匹配节点之间的阻抗匹配。

（二）基本类型

射频衰减器有以下三种主要类型：

➤固定值衰减器，提供一个或两个dB，或10 dB，20 dB或更多dB的值。

➤电压可变或电压控制衰减器，其中模拟电压设置在连续可变范围内的衰减水平，例如在0 dB和30 dB之间或0 dB和60 dB之间。

可编程式衰减器

➤数字化受控衰减器或数字步进衰减器（DSA），其中多位代码在0 dB至32或64 dB的范围内以离散步长建立衰减，例如，以1或2 dB/位的步长；有些产品提供小至0.25 dB的步长。

互联网小常识：CIDR使得路由选择变成了从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由的过程，这就是“最长前缀匹配”的路由选择原则。

（请注意，还有机械控制的衰减器，用户可通过旋钮设置衰减。这些衰减器几乎只用于测试环境或高功率一次性设计。）

步进式衰减器

可控衰减器是可变增益放大器（VGA）的补充，它可以增强信号以匹配链中的组件范围。对于需要额外灵活性的设计，甚至还有可用的VGA，它们可以跨越增益和衰减，例如-10到+40 dB;在内部，这些是由可变衰减器（电压或数字控制）与增益模块串联构建的。

射频衰减器也有多种包装、技术和性能范围可选。一些射频衰减器足够紧凑，可以安装在集成电路上；也有一些射频衰减器较大，需要配备内部和/或外部热管理系统。因此必然需要大功率衰减器的存在。当然射频衰减器热管理系统的大小和重要性取决于衰减器技术、衰减量、射频输入信号功率范围和频率范围。下面重点介绍一下大功率衰减器。

（三）大功率射频衰减器

与其他射频衰减器不同的是，大功率射频衰减器专为给定最大频率的视为大功率的射频信号范围而设计。由于是否视为大功率通常取决于应用和工作频率范围，因此该定义不太明确。几百千瓦到几兆赫、几百瓦到几千瓦的功率均可视为大功率，而在大约18GHz的毫米波频谱中，数十瓦的功率也可视为大功率。该差异部分归因于射频损耗随频率的增加以及传输线和其他元件/器件为增加较高频率下的性能而减小的几何尺寸。高频器件中导体与电介质之间较小的尺寸和间距限制了传输线、元件和器件在较高频率下的功率处理能力。例如，高频同轴传输线的间距和尺寸必须保持小于特定中心导体与外导体的间距和尺寸，以防止非期望传输模式的发展，否则会降低通常期望的横向电磁（TEM）模式的使用效率。

因此，大功率衰减器设计用于处理给定频率下接近容量峰值的功率水平，同时在整个频带上呈现固定衰减。此类衰减器的设计（即在从DC到数万兆赫的宽频率范围内保持平坦的衰减）并不容易，有时也涉及多个具有挑战性的设计要求。大功率射频衰减器的主要要求之一是将端口的VSWR降至最低以防止意外反射，否则可能会损坏对即将到来的高信号能量敏感的元件。

直流偏置式衰减器

此类元件的其他有价值特性是其定向性。一些射频衰减器是定向的，即仅在射频信号进入特定端口并离开另一个端口时才按指示工作。其他射频衰减器设计是双向的，可在需要衰减任一方向的信号时使用。

与大多数射频元件一样，射频衰减器确实会因温度升高而降额。由于当衰减器吸收射频能量时温度会自然升高，因此这是大功率射频衰减器需要考虑的重要特性之一。如果衰减器达到其最高温度，则所产生的衰减会大大低于室温下的衰减。如果不考虑衰减器降额，超过规定限值的信号电平可能会通过热衰减器并损坏下游设备或电路。因此大功率射频衰减器需要大量散热器或其他热管理措施来确保工作温度始终如一。

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