响,也就是说,与两端电路都是匹配的。设计衰减器时要考虑这一因素。
第4章 功率衰减器
4.1.2 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。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。 随着现代电子技术的发展, 在许多场合要用到快速调整衰
A 10
（4-9）
第4章 功率衰减器
4.2.3 集总参数衰减器设计实例
设计一个5dB T型同阻式（Z1=Z2=50Ω）固定衰减器。 步骤一: 同阻式集总参数衰减器A=-5dB,计算元件参
数:
10
A 10
2 Rp Z0 82.24 1 Rs1 Rs 2 Z 0 a 1
第4章 功率衰减器
(a )
(b )
( c)
图4-13 波导、 同轴和微带匹配负载结构
第4章 功率衰减器
高功率微波矩形波导衰减器* 衰减原理：将微波功率通过衰减材料的吸收而转化为热量,因 此衰减材料的选择决定功率衰减量的大小。衰减液的选择主 要应该考虑以下几个因素: 1)衰减液介电特性能满足大衰减量要求; 2)波段内稳定的频响特性,以满足宽频带定量衰减; 3)具备良好的热传导性能,能迅速将微波衰减所产生的热量及 时从波导中传导出去。 4)对金属的腐蚀性小。 选择1%浓度硫酸钠溶液作为波导衰减器的衰减液。
损耗
工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器,衰减量才能达到指标值。 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。现代同轴结构的衰减器使用的工作频带相当宽 ,设计或使用中要
加以注意。 衰减器是一种能量消耗元件,功率消耗后变成热量。可以想象,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。设计和使用时,必须明确功率容量。 回波损耗就是衰减器的驻波比,要求衰减器两端的输入输出驻波比应尽 可能小。我们希望的衰减器是一个功率消耗元件 ,不能对两端电路有影
有损耗性薄膜或介质表面有 —定电阻,所以沿其表面的
电磁波电场切向分量 ,将在其上引起传导电流 , 形成焦 耳热损耗并以热能的形式散发掉。 只要控制衰减器衰减量,信号经过衰减器后就被减弱到 所需电平。 分为固定式和可变式。
第4章 功率衰减器
吸收片的位置和面积固定不变
通过传动机构来改变衰减片的位置或面积, 实现衰减量的改变 吸收片沿横向移动的衰减器,在吸收片移到 电场最大处,吸收的能量最多,衰减量最大,在 贴近窄壁时衰减量小 片的位移可由外附的机械微测装置读出, 它 与衰减量的关系需应用实验方法借助于精密 的衰减标准作出定标校正曲线。 衰减量与旋入波导内的面积成正比。 起始衰减为零分贝,此时不影响波导内波的 传输。 在刀片旋入时,由于不附加任何支撑物于波 导内,因此,输入驻波比很接近于1。 设计合适的刀片形状可以实现衰减量与机械 转角或深度读数之间接近线性关系。 少量电磁能量从波导中漏出。
第4章 功率衰减器
a11 a12 a21 a22 s11 a11 a12 a21 a22
衰减量为 20lg|s21|(dB), A 端口匹配 10 a11 a12 a21 a22 10 10lg|s11|=-∞ s22 a11 a12 a21 a22 2 R p Z 0 1 2 s21 a11 a12 a21 a22 1 Rs1 Rs 2 Z 0 2(a11a22 a12 a21 ) 1 s12 a11 a12 a21 a22
第4章 功率衰减器
刀型衰减器*
*沈长圣等. 高功率矩形波导可调衰减器的仿真设计与实验. 东南大学学报. 2008,38(4)
第4章 功率衰减器
不同形状聚四氟乙烯外壳的衰减器对电压驻波比的影响
第4章 功率衰减器
衰减量与插入深度的仿真曲线
电压驻波比与插入深度的仿真曲线
第4章 功率衰减器
高功率微波衰减器装置
aR
a P
S1
1 Rs1 0 1
0 1
a衰减器
1 1 / R p
0 1 Rs1 1 Rs1 1 1 / R 1 0 1 0 1 p 1 Rs1 / R p 2 Rs1 Rs21 / R p 1 Rs1 / R p 1/ Rp s11 s12 a11 a12 s s 21 22 a21 a22
(2)去耦元件: 作为振荡器与负载之间的去耦合元件。 (3)相对标准: 作为比较功率电平的相对标准。 (4)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。
(5)有效抑制天线副瓣：在自适应阵列天线中，每路信 号的幅度和相位通过放置在功率放大器前的衰减器和移相器 独立调节和控制，从而天线波束能够实现电扫描的功能。
1 E入 吸收片1 E入 E|cos E出 E|cos 2 Ⅲ Ⅱ 输出段
Ⅰ 输入段
旋转段


吸收片2 旋转段 吸收片3 输出段
第4章 功率衰减器
4.3.3 微带型衰减器 在微带线的表面镀膜一层电阻材料即可实现衰减 , 也可用涂覆方法实现衰减。近代常用吸波橡胶材料,将 其裁剪至合适尺寸,用胶粘到电路上。在微波有源电路 的调整中,会用到吸波材料消除高次模、 谐杂波影响, 控制组件泄露等。 4.3.4 匹配负载 匹配负载是个单口网络,实现匹配的原理与衰减的 原理相同。通常 , 衰减器是部分吸收能量 , 匹配负载是 全吸收负载,而且频带足够宽。图4-13是波导、同轴和 微带三种匹配负载结构的示意图。
第4章 功率衰减器
2. П型同阻式（Z1=Z2=Z0，取Rp1=Rp2）
A 10 10 1 Rs Z 0 2 1 R p1 R p 2 Z 0 1
第4章 功率衰减器
4.2.2 异阻式集总参数衰减器 设计异阻式集总参数衰减器时 ,级联后要考虑阻抗 变换。下面分别给出两种衰减器的计算公式。 1. T型异阻式
Rs1 Z1 Rp Rs2 Z2 Z1 Rp 1 Rs Rp 2 Z2
(a )
(b )
图 4-2 功率衰减器 (a) T型功率衰减器； (b) Π型功率衰减器
第4章 功率衰减器
4.2.1 同阻式集总参数衰减器
同阻式衰减器两端的阻抗相同,即Z1＝Z2,不需要考虑
阻抗变换。 直接应用网络级联的办法求出衰减量与各电阻值的
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。下
面介绍各种衰减器的原理和设计方法。
第4章 功率衰减器
4.1.3 衰减器的主要用途 衰减器有以下基本用途：
(1)控制功率电平 : 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。
第4章 功率衰减器
在大衰减比小的加工优势：
第4章 功率衰减器
4.3 分布参数衰减器
4.3.1 同轴型衰减器 1. 吸收式衰减器：内外导体间电阻性介质填充、内导
体串联电阻和带状线衰减器转换为同轴形式。衰减量的大
小与电阻材料的性质和体积有关。
(a )
(b )
( c)
图 4-9 三种同轴结构吸收式衰减器 （a） 填充; （b） 串联; （c） 带状线
10 2 Z1 Z 2 Rp 1 a 1 Rs1 Z1 Rp 1 a 1 Rs 2 Z 2 Rp 1
A 10
（4-8）
第4章 功率衰减器
2. П型异阻式
10 1 Z1 Z 2 Rp 2 1 1 a 1 1 R p1 Z 1 R s 1 1 1 a 1 1 Rp2 Z 1 R s 2
赵紫正等.高功率微波矩形波导衰减器的设计与实验. 电子测量与仪器学报. 2010,24(9)
第4章 功率衰减器
衰减器CST计算模型
衰减量计算结果
第4章 功率衰减器
8为波导衰 减器 9为温度传 感器 10为直流 水泵 11为流量 传感器 12为螺旋 板式换热 器 13为水箱 14为控制 电路 15为硅胶 管
第4章 功率衰减器
2. 截止式衰减器：用截止波导制成，它是根据当工作 波长远大于截止波长λc时,电磁波的幅度在波导中按指数规 律衰减的特性来实现衰减的。
圆 形 截 止 波 导
l 输 入 同 轴 线 输 出 同 轴 线
圆 形 截 止 波 导
图 4-10截止式衰减器
第4章 功率衰减器
4.3.2 波导型衰减器 1. 吸收式衰减器 在波导中平行于电场方向放置具有一定衰减量的吸收 片组成的。
第4章 功率衰减器
衰减量与插入深度的实验曲线
电压驻波比与插入深度的实验曲线
第4章 功率衰减器
2. 极化吸收式衰减器： 是一种精密衰减器,由三 段波导组成。两端是固 定的过渡段,中间是可以 转动的圆柱波导。 在每段波导中部沿轴向 放置厚度极薄的能完全 吸收与其平行的切向电 场的吸收片。 圆柱波导旋转的角度θ 可以用精密传动系统测 量并显示出来,角度的变 化也就是极化面的变化。
若 P1 、 P2 以分贝毫瓦（ dBm ）表
示,则两端功率间的关系为
1 P1 功率衰减器 A(dB ) 2 P2
P2(dBm)=P1(dBm)-A (dB) 即