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    最近调试一款路由器的无线部分,由于经验缺乏,暂时没有调试好,但是在调试过程中发现基带芯片与PA之间有一段用了信号衰减电路,由于是第一次使用,特地拿出来分析下:  此处的信号衰减器是π型衰减器,可看做无源...

          最近调试一款路由器的无线部分,由于经验缺乏,暂时没有调试好,但是在调试过程中发现基带芯片与PA之间有一段用了信号衰减电路,由于是第一次使用,特地查了下相关理论以便分析:

          一、 功率衰减器基本原理:

          从微波网络观点看,衰减器是一个二端口有耗微波网络。它属于通过型微波器件。可对RF/MW信号产生一定的衰减。若信号输入端的功率为P1,而输出端的功率为P2,衰减器的功率衰减量为A(dB) ,若P1、P2以分贝毫瓦(dBm)表示,则两端功率端的关系为:P2=P1-A;即衰减量为:

          


          二、功率衰减器的主要用途:

          控制功率电平——在微波超外差接收机对本振输出功率进行控制,获得最佳噪声系数和变频损耗,达到最佳接受效果。在微波接收机中,实现增益自动控制,改善动态范围;

          去耦元件——作为振荡器和负载之间的去耦元件;

          作为标准——作为比较功率电平的相对标准;

          用于雷达抗干扰中的跳变衰减器——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。

          三、功率衰减器的基本指标:

          工作频带——由于射频/微波结构与频率有关,不同频段的元器件,结构不同,也不能通用;

          衰减量——衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位,便于整机指标计算;

          功率容量——材料结构确定后,衰减器的功率容量就确定了。如果让衰减器承受的功率超过这个极限值,衰减器就会被烧毁;

          回波损耗——两端的输入输出驻波比应尽可能小,以避免对两端电路有影响,即两端电路都是匹配的。

          四、功率衰减器的基本组成:

          构成射频/微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料;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;通过一定

    的工艺把电阻材料放置到不同波段的射频/微波电路结构中就形成了相应频率的衰减器;如果是大功率衰减器,体积肯定要加大,关键就是散热设计。

          此处的信号衰减器是π型衰减器,可看做无源二端口网络,参见图一;


           信号衰减器设计的难点在于要保证阻抗的一致性,即:从信号衰减器的信号源端看进去的等效电阻跟信号源内阻Rs一致,从信号衰减器的负载端看进去的等效电阻跟负载电阻RL一致;此处为射频部分的匹配电阻,Rs=RL=50Ω,令Rs=RL=Rc;令电压衰减量位N,则可建立下列方程:


    求解上面三个方程,可得到R1、R2与RC和N的关系:


           按照获得的公式可以选配合适的电阻,下表示常见的衰减量(dB)与对应的电阻值的关系。这里需要注意的有两点,(1)衰减量对电阻阻值很敏感,对于衰减量要求不是很高的,则不需要很高精度(2)要选无感电阻,否则普通电阻的电感量在高频时对阻抗有影响。

    阻抗

    衰减量

    N

    R1(Ω)

    R2(Ω)

    50Ω

    2dB            

    3dB

    0.794

    0.708

    435.4

    292.47

    11.64

    17.61

    5dB

    0.562

    178.49

    30.40

    7dB

    0.447

    130.73

    44.80

    10dB

    0.316

    96.248

    71.151

    20dB

    0.1

    61.111

    247.5

    40dB

    0.01

    51.010

    2499.75

    60dB

    0.001

    50.100

    24999.975

    80dB

    0.0001

    50.010

    249999.9975

    75Ω

    3dB

    0.708

    438.700

    26.416

    5dB

    0.562

    267.466

    45.651

    7dB

    0.447

    196.248

    67.130

    10dB

    0.316

    144.298

    106.821

    20dB

    0.1

    91.667

    371.25

    40dB

    0.01

    76.515

    3749.625

    60dB

    0.001

    75.150

    37499.9625

    80dB

    0.0001

    75.015

    374999.99625

            实际使用时,此处用的R1=431Ω,R2=11Ω;电压衰减量:N=0.802,信号衰减量:20logN=1.9dB左右;

    思考:当输入源内阻阻抗和输出负载阻抗不同时如何设计?

                思考其他类型的衰减器如倒L型、T型的使用,百度有类似文章。

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    科大讯飞《麦克风阵列模块XFM10621数据手册》关于回声消除的模块中给出如下衰减电路:


    我自己计算分析后,得出电路传输特性如下图:



    分压比例  R3/(R1+R2+R3),通过增加C2可以显著降低截止频率(截止频率反比于R3||(R1+R2)*(C2+(C3||C1)),这只是个观察后直觉上得到的公式,没有经过推到论证,大神可以帮忙推导一下)


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    电路传输特性分析结果如下






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    同相衰减电路

    放大倍数小于1的电路

    下面先来看一个放大倍数为2的同相电路

    同相衰减,我们一般都才用的是电阻分压的思想。如下图

    我们在同相输入端,加入电阻进行分压,图中可以看到,电阻分压网络为信号源缩小10倍,再加上运放电路放大2倍,最终得到的结果就是缩小5倍。仿真结果:

    从图中我们可以看到结果与理论相符。

     

     

     

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    一、T型、π型、桥T型衰减器设计

    示例:设计一个T型衰减器,输入输出阻抗为50Ω,衰减13.5db左右。
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

    二、T型、π型衰减器真值表

    1.T型衰减器真值表

    输入输出阻抗为50Ω
    在这里插入图片描述

    2.π型衰减器真值表

    输入输出阻抗为50Ω
    在这里插入图片描述


    T型、π型、桥T型衰减器设计计算工具

    1.设置衰减器类型:T型、π型、桥T型;
    2.设置任意输入输出阻抗(例:75Ω、50Ω);
    3.设置衰减量dB,一键生成电阻网络值。

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