Pasternack博客
射频衰减器的基础知识
射频衰减器是射频和微波电路及系统的基本组成部分。衰减器应用于射频应用中，在接收机、发射机、测试和测量等系统中发挥着重要的作用。衰减器的主要目的是降低信号强度，譬如在信号到达敏感电路元件之前。衰减器可以使用各种技术制造，了解其各项性能可以帮助工程师选择适合其应用的最佳衰减器。最常见的射频衰减器类型之一是射频同轴衰减器，它与射频同轴系统串联使用，以降低衰减器输出处的信号电平。
什么是衰减器？
衰减器只是沿着信号路径降低所需或不需要的信号强度。它们可用于在灵敏的测试和测量接收机之前降低被测设备的输出信号，以确保更符合保形的阻抗匹配，或确保精确控制发射机输出处的信号幅度。设备的衰减水平——信号功率/电压通过设备损失的量——通常用分贝（dB）或电压比来测量。
射频衰减器通常放置在反射组件/设备的输出和输入处，如滤波器、混频器等。通过这种方式，反射电压不会形成驻波，而是迅速衰减。由于射频衰减器有助于抑制不匹配端口之间反射的重要性，因此射频衰减器通常用于在不同端口阻抗之间提供一定程度的阻抗匹配。这不是一个完美的匹配场景，但射频衰减器确实缓解了与连接不匹配端口相关的一些问题，例如导致驻波更快衰减和防止驻波发展。
射频衰减器的其他使用用途包括在信号源的校准步骤中使用衰减器，以确保在测试系统的输出处实现精确的信号电平。
射频衰减器有哪些可用类型和技术？
最常见的衰减器是宽带衰减器。但是某些衰减器类型和技术可能具有与频率相关的性能和局限性。尽管终端也会降低系统负载下的信号强度，但衰减器与终端不同，因为它们与信号路径相连。
衰减器基于无源电阻器、吸收材料/技术、PIN二极管或场效应晶体管（FET）技术。此外，衰减器可以由同轴传输线、带状线、表面安装以及波导互连技术开发。这些不同技术的性能和物理特性差异很大，施工质量和成本也有助于提高性能、热性能和物理性能。
衰减器有固定衰减器和可调衰减器两种。可调节类型的衰减器可以具有离散衰减水平的开关衰减器，也可以是具有模拟调节的连续可变衰减器。这两种类型都可以设计为具有电气或机械控制。一些衰减器通过数字信号甚至软件进行编程控制。
常见射频衰减器类型
衰减器的输入和输出阻抗可以根据其设计的应用而变化。这可能是一个常见的50Ω, 75Ω, 或同轴连接器型衰减器或表面安装技术（SMT）衰减器的自定义阻抗值。此外，一些衰减器设计能够实现直流偏置通过，并且被称为直流偏置通过衰减器。
此外，根据衰减器技术，衰减器可以是反射式的或非反射式的。反射式衰减器反射衰减的信号能量，而不是吸收它。反射的信号能量是衰减水平的函数。
射频衰减器的关键性能参数
- 频率范围[Hz]
- VSWR[比率]
- 插入损耗[dB]*最低衰减值
- 衰减值[dB]
- 阻抗[欧姆]
- 传播速度[%c]
- 功率处理（CW，峰值）[瓦特]
- 直流偏置电压[V]
- 直流偏置电流[A]
- 直流偏置功率[瓦特]
- 直流偏置电阻[欧姆]
- 衰减精度[+/-dB]
- 衰减步长[dB]
- 切换速度[ms、us、ns等]
- 连接器类型1和2
- 操作温度范围[℃]
射频衰减器有时被布置成较大的矩阵，被称为矩阵衰减器。这些矩阵衰减器通常具有用于控制到衰减器的输入路径和来自衰减器的输出路径的方法。这实际上是开关矩阵与衰减器矩阵的组合。这些类型的衰减器布置通常用于无线系统测试的切换测试系统，以及用于信号电平控制的相控阵天线。
射频同轴衰减器
射频同轴衰减器是射频衰减器的一个子集，其中输入和输出连接器为同轴连接器。其中最常见的是N型同轴衰减器，尽管SMA、1.85mm、2.4mm、2.92mm、4.3-10、7/16 DIN、7mm、BNC、QMA、QN和TNC也很常见。同轴衰减器的衰减值从3dB到110dB不等。衰减器类型有连续可变、直流偏置、固定、可编程、步进或电压可变衰减器。根据同轴连接器的不同，可在DC至65 GHz（1.85mm同轴连接器的最大频率）范围内工作的射频同轴衰减器。
50欧姆固定同轴衰减器的常见衰减值范围从3dB到60dB。通常，具有更高衰减值和更高功率处理的同轴衰减器也配备有内置热管理技术。这通常是预先安装的铝制散热器。一些高功率射频固定同轴衰减器可能具有非常大的散热片，这大大增加了射频衰减器的尺寸和重量。在极端情况下，可以使用强制空气和其他主动热管理来进一步增强高功率射频衰减器的功率处理能力。射频同轴衰减器具有0.5瓦至1000瓦的功率处理能力。
射频同轴衰减器的工作频率范围受到射频衰减器内的设计元件或同轴连接器的限制。功率处理能力可能受到射频衰减器的内部设计元件的限制，也可能受到同轴连接器类型的限制。由于射频同轴连接器的功率处理能力的大小与真正的横向电磁模式（TEM）频率上限之间存在关系，因此更高功率处理能力的射频同轴衰减器也倾向于使用较大尺寸的同轴连接器，例如N型、7/16DIN和7mm。
对于测试和测量应用，SMA、1.85mm、2.4mm、2.92mm、3.5mm和BNC同轴衰减器是最常见的50欧姆型衰减器。通信应用通常使用4.3-10、BNC、7/16-DIN、7mm和N型连接器，用于50欧姆应用。广播和其他75欧姆应用通常使用F、BNC或N型同轴衰减器。
直流偏置衰减器通常是同轴连接器型的衰减器。这些衰减器也被称为直流通过衰减器，因为它们允许直流偏置能量被引导到外部端口，而不是仅仅阻断直流偏置能量。也有直流阻塞衰减器，其简单地防止衰减器的输入和输出之间的直流连接。
可变射频衰减器
有时，应用程序需要连续变化的衰减刻度，而不是可编程衰减器常见的典型开关衰减器刻度。在这些情况下，可变衰减器非常有用，因为这些器件在响应模拟输入电压表现出连续可变的衰减水平。尽管连续可变衰减器还有其他控制类型，但最常见的是模拟输入电压。这种电压控制是通过使用内部电路来实现的，该内部电路能够基于输入电压来改变衰减值，例如使用PIN二极管。
尽管连续可变衰减器不如其他形式的衰减器（如开关衰减器）准确，但在某些情况下，只有模拟电压可用于控制，这需要额外的电路来集成可编程衰减器。此外，具有连续电压控制的可变衰减器可以容易地集成到反馈回路中，用于控制输出电压电平，或具有类似要求的其他应用。电压可变衰减器（VVA）的许多用途包括自动增益控制、校准校正和其他需要连续精确控制衰减水平的反馈或基于过程的功能。
电压可变衰减器（VVA）通常使用二极管或晶体管元件在其非线性电阻区驱动，使用输入控制电压导致固态器件沿着非线性电阻曲线滑动，因此电压可变衰减器（VVA）通常有助于使由此产生的可变衰减线性化的电路。然而，一些电压可变衰减器（VVA）没有线性化电路，这些被称为非线性化电压可变衰减器（VVA）。
为了增强控制和性能，可变衰减器电路通常采用pi型或T型配置。在可变衰减器的情况下，pi型和T型配置中的电阻器被固态元件取代，固态元件是金属半导体场效应晶体管（MESFET）。在这种情况下，控制MESFET两端的电压可以调节射频电阻，同时通过PIN二极管控制电流允许类似的射频电阻控制。
在电压可变衰减器的设计中，重要的是确保在衰减变化时输入和输出阻抗一致，否则在调整衰减时会出现失配问题。这就是pi型或T型配置的目的，也是需要在变量调整期间确保电阻同步。与其他衰减器一样，可变衰减器可以配置为吸收型或反射型。