大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器。該衰減器基于衰減網(wǎng)絡、相移電路和電子開關(guān)實現(xiàn)，采用并聯(lián)、串聯(lián)結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)。衰減器由兩個結(jié)構(gòu)相同的衰減模塊串聯(lián)，衰減模塊由兩個電子開關(guān)和位于兩個電子開關(guān)中間的若干條并聯(lián)衰減支路構(gòu)成，衰減支路又由衰減網(wǎng)絡和相移電路串聯(lián)組成。本發(fā)明的衰減器在各衰減態(tài)相移一致，在各衰減態(tài)間轉(zhuǎn)換時，衰減器輸出信號的相位保持不變，且實現(xiàn)了寬溫度范圍、大動態(tài)范圍的高精度，特別適用于信號發(fā)生器、雷達信號模擬器和相控陣系統(tǒng)。
【專利說明】大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種數(shù)控衰減器，尤其涉及各衰減態(tài)相移一致、大動態(tài)范圍高精度的 衰減器。

【背景技術(shù)】
[0002] 可變衰減器廣泛應用于雷達信號模擬器、信號發(fā)生器、自動增益控制器、相控陣系 統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等，實現(xiàn)對信號幅度的控制。當前，可變衰減器存在各衰減態(tài) 之間相位差大和大動態(tài)衰減范圍時衰減精度低的不足，限制了可變衰減器在先進系統(tǒng)中的 應用，或是增加了應用系統(tǒng)的復雜度。各衰減態(tài)相移一致、大動態(tài)范圍內(nèi)的精確衰減、高度 一致性和溫度穩(wěn)定性的衰減器能使應用系統(tǒng)省去校準工作，降低應用系統(tǒng)復雜度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)控步進衰減器，旨在解決可變衰減器在不同衰減態(tài) 相位差大、大動態(tài)范圍內(nèi)衰減精度不高的問題。
[0004] 本發(fā)明為實現(xiàn)發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種數(shù)控衰減器，包括衰減網(wǎng)絡、相 移電路和電子開關(guān)， 采用并聯(lián)、串聯(lián)結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)，基于衰減網(wǎng)絡、相移電路和電子開關(guān)實 現(xiàn)。本發(fā)明的衰減器由兩個結(jié)構(gòu)相同的衰減模塊串聯(lián)而成。衰減模塊由兩個單刀 F (32彡況彡4)擲的電子開關(guān)和位于兩個電子開關(guān)中間的F (32彡iV彡4)條并聯(lián)支路 構(gòu)成，并聯(lián)支路中的第1支路為直通支路，由相移電路實現(xiàn)，其它支路為衰減網(wǎng)絡與相移電 路，由衰減網(wǎng)絡和相移電路實現(xiàn)。衰減器的步進值為<5分貝。對衰減器進行設計時，依據(jù)實 際應用的需求，先由衰減步進指標確定<5取值，再由衰減動態(tài)范圍指標和5值確定并聯(lián)支 路數(shù)F的取值。
[0005] 衰減動態(tài)范圍為：0?（FX-1)X<3分貝。前級衰減模塊中，第《 (? =1，2, 3，…，F(xiàn))支路的衰減量為（《 -1)X5分貝。后級衰減模塊中，第？I支路的衰減量 為（n -1) X N X S 分貝。
[0006] 所述的衰減網(wǎng)絡為精密電阻Jr型網(wǎng)絡，實現(xiàn)信號幅度的精確衰減。
[0007] 所述的相移電路為微帶傳輸線，實現(xiàn)本支路信號相位的補償。
[0008] 所述的電子開關(guān)為單刀F擲開關(guān)，實現(xiàn)并聯(lián)支路的選擇。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是： 第一，通過相移電路補償本支路(特別是衰減網(wǎng)絡）的群延遲，使得并聯(lián)y條支路的群 延遲相等，從而衰減器在各衰減態(tài)的相移一致，衰減器在各衰減態(tài)間轉(zhuǎn)換時，輸出信號的相 位保持不變。
[0010] 第二，通過運用并聯(lián)、串聯(lián)結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)，衰減器信號路徑中串聯(lián)衰減網(wǎng)絡數(shù)量 大為減少，誤差累積數(shù)小，且因衰減網(wǎng)絡采用精密電阻，衰減網(wǎng)絡誤差小，輸入輸出端駐波 比小，使得衰減器的精度大大提高，同時并聯(lián)支路數(shù)量F的增加，提升了衰減器動態(tài)范圍， 因此實現(xiàn)了大動態(tài)范圍的高精度。
[0011] 第三，并聯(lián)、串聯(lián)結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)相對串聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)減少了信號路徑中電子開關(guān) 的數(shù)量，降低了衰減器的插損。
[0012] 第四，精密電阻衰減網(wǎng)絡、微帶傳輸線相移電路和電子開關(guān)的溫度系數(shù)小，一致性 高，使得衰減器環(huán)境溫度適應性強、穩(wěn)定可靠、一致性好，方便大批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明16種狀態(tài)的高精度數(shù)控線性衰減器原理圖； 圖3是本發(fā)明64種狀態(tài)的高精度數(shù)控線性衰減器原理圖。

【具體實施方式】
[0014] 實施例一 本實施例描述16種狀態(tài)的高精度數(shù)控線性衰減器，5dB步進，0?75dB的衰減范圍。參 照附圖2,兩級衰減模塊串聯(lián)，每個衰減模塊4條并聯(lián)支路，構(gòu)成16種狀態(tài)的衰減器。ADG904 為單刀四擲電子開關(guān)。TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7和TL8為微帶傳輸線相移電路， 分別補償所在支路的相位，使得SI、S2、S3和S4支路的相移相等，Kl、K2、K3和K4支路的 相移相等。衰減網(wǎng)絡為n型電阻網(wǎng)絡，實現(xiàn)信號幅度的精確衰減。原n型電阻網(wǎng)絡中的 每一個電阻在支路衰減網(wǎng)絡中都由兩個精密電阻并聯(lián)而成，使得選用E96系列標稱阻值的 精密電阻即可獲得任意衰減值的高精度衰減網(wǎng)絡。R1?R36為精密電阻，精度0. 1%，溫度 特性 25ppm。Rl、R2、R3、R4、R5 和R6 組成 5dB衰減網(wǎng)絡，R7、R8、R9、RIO、R11 和R12 組成 10dB衰減網(wǎng)絡，R13、R14、R15、R16、R17 和R18 組成 15dB衰減網(wǎng)絡，R19、R20、R21、R22、R23 和R24 組成 20dB衰減網(wǎng)絡，R25、R26、R27、R28、R29 和R30 組成 40dB衰減網(wǎng)絡，R31、R32、 R33、R34、R35和R36組成60dB衰減網(wǎng)絡。SI、S2、S3和S4支路的衰減量分別為0dB、5dB、 10dB和15dB，每條支路的相移相等。Kl、K2、K3和K4支路的衰減量分別為0dB、20dB、40dB 和60dB，每條支路的相移也相等。因此衰減器的各衰減態(tài)相移一致，即衰減器在各衰減態(tài)間 轉(zhuǎn)換時，衰減器輸出信號相位保持連續(xù)，衰減器的衰減步進值5dB，0?75dB的衰減范圍。
[0015] 本實施例衰減器經(jīng)測試：在-10度?+ 60度的溫度范圍內(nèi)、0?75dB衰減范圍 內(nèi)，16種衰減狀態(tài)間相位誤差小于0. 5度，信號幅度衰減誤差小于0. 05dB; 16種衰減狀態(tài) 間相互轉(zhuǎn)換時間小于16ns;輸入輸出端駐波比小于1. 25 ; -致性高，適合批量生產(chǎn)。
[0016] 實施例二 本實施例描述64種狀態(tài)的高精度數(shù)控線性衰減器，ldB步進，0?63dB的衰減范圍。 參照附圖3,兩級衰減模塊串聯(lián)，每個衰減模塊8條并聯(lián)支路，構(gòu)成64種狀態(tài)的衰減器。 HMC183QS24 為單刀八擲電子開關(guān)。TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10、TL11、 TL12、TL13、TL14、TL15、TL16為微帶傳輸線相移電路，分別補償所在支路的相位，使得S1、 S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8支路的相移相等，Kl、K2、K3、K4、K5、K6、K7和K8支路的相移 相等。衰減網(wǎng)絡為n型電阻網(wǎng)絡，實現(xiàn)信號幅度的精確衰減。原n型電阻網(wǎng)絡中的每一 個電阻在支路衰減網(wǎng)絡中都由兩個精密電阻并聯(lián)而成，使得選用E96系列標稱阻值的精密 電阻即可獲得任意衰減值的高精度衰減網(wǎng)絡。R1?R84為精密電阻，精度0. 1%，溫度特性 25ppm。R1、R2、R3、R4、R5 和R6 組成ldB衰減網(wǎng)絡，R7、R8、R9、R10、R11 和R12 組成 2dB衰 減網(wǎng)絡，R13、R14、R15、R16、R17 和R18 組成 3dB衰減網(wǎng)絡，R19、R20、R21、R22、R23 和R24 組成 4dB衰減網(wǎng)絡，R25、R26、R27、R28、R29 和R30 組成 5dB衰減網(wǎng)絡，R31、R32、R33、R34、 尺35和1?36組成6(18衰減網(wǎng)絡，1?37、1?38、1?39、1?40、1?41和1?42組成7(18衰減網(wǎng)絡，1?43、1?44、 R45、R46、R47 和R48 組成 8dB衰減網(wǎng)絡，R49、R50、R51、R52、R53 和R54 組成 16dB衰減網(wǎng) 絡，R55、R56、R57、R58、R59 和R60 組成 24dB衰減網(wǎng)絡，R61、R62、R63、R64、R65 和R66 組 成 32dB衰減網(wǎng)絡，R67、R68、R69、R70、R71 和R72 組成 40dB衰減網(wǎng)絡，R73、R74、R75、R76、 R77和R78組成48dB衰減網(wǎng)絡，R79、R80、R81、R82、R83和R84組成56dB衰減網(wǎng)絡。S1、 S2、S3、S4、S5、S6、S7 和S8 支路的衰減量分別為 0dB、ldB、2dB、3dB、4dB、5dB、6dB和 7dB，每 條支路的相移相等。Kl、K2、K3、K4、K5、K6、K7和K8支路的衰減量分別為0dB、8dB、16dB、 24dB、32dB、40dB、48dB和56dB，每條支路的相移也相等。因此衰減器的各衰減態(tài)相移一致， 即衰減器在各衰減態(tài)間切換時，衰減器輸出信號相位保持連續(xù)，衰減器的衰減步進值ldB， 0?63dB的衰減范圍。
[0017]本實施例衰減器經(jīng)測試：在-10度?+ 60度的溫度范圍內(nèi)、0?63dB衰減范圍 內(nèi)，64種衰減狀態(tài)間相位誤差小于0. 5度，信號幅度衰減誤差小于0. 05dB;64種衰減狀態(tài) 間相互轉(zhuǎn)換時間小于50ns;輸入輸出端駐波比小于1. 25 ; -致性高，適合批量生產(chǎn)。
【權(quán)利要求】
1. 大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，采用并聯(lián)、串聯(lián)結(jié)合的拓撲結(jié)構(gòu)，由兩個結(jié)構(gòu) 相同的衰減模塊串聯(lián)，其特征在于，衰減模塊由電子開關(guān)和位于兩個電子開關(guān)中間的 況條并聯(lián)支路構(gòu)成，所述并聯(lián)支路中的第1支路為直通支路，由相移電路實現(xiàn)，其它支路為 衰減網(wǎng)絡與相移電路，由衰減網(wǎng)絡和相移電路實現(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，所述F取值為 32彡JV彡4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，所述的衰減網(wǎng) 絡為精密電阻n型網(wǎng)絡，實現(xiàn)信號幅度的精確衰減。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，所述的相移電 路為微帶傳輸線，實現(xiàn)本支路信號相位的補償。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，所述的電子開 關(guān)為單刀F擲開關(guān)，實現(xiàn)并聯(lián)支路的選擇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，衰減器的步進 值為5分貝，對衰減器進行設計時，先由衰減步進指標確定5取值，再由衰減動態(tài)范圍指標 和5值確定并聯(lián)支路數(shù)F的取值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動態(tài)高精度數(shù)控線性衰減器，其特征在于，衰減動態(tài)范圍 為：0?（￥X浞-1)X5分貝，前級衰減模塊中，第=1，2,3, ...，F(xiàn)，支路的衰減量 為-1)X5分貝，后級衰減模塊中，第《支路的衰減量為U-1)XiVX(5分貝。
【文檔編號】H03H17/00GK104410384SQ201410763380
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】周資偉, 葉劍民, 李黎, 高凱, 鄒建彬, 朱江, 王世練, 楊軍, 盧樹軍, 張爾揚, 張煒, 趙苗 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學