T型网络衰减电路

2020年6月一种高线性度的单片集成电调衰减器白银超，刘方罡，王磊（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）【摘要】本文设计了一款GaAs PHEMT 微波单片集成电调衰减器，该电路设计采用T 型衰减器的拓扑结构，对电调衰减器的线性度进行了专门设计。

针对电调衰减器的线性度进行分析，提出了一种有着更小的电阻变化率的FET 管，提高了输入三阶交调截取点。

采用中国电科第十三研究所0.25μm GaAs PHEMT 工艺进行了仿真和流片，测试结果表明，在频率0.05~3GHz 内，衰减动态范围大于25dB ，输入三阶交调截取点大于30dBm 。

该款微波单片集成电调衰减器设计达到了预期性能，并实现了高线性度的目标。

【关键词】砷化镓（GaAs ）；微波单片集成电路（MMIC ）；电调衰减器；输入三阶交调截取点（IIP3）【中图分类号】TN715【文献标识码】A 【文章编号】1006-4222（2020）06-0203-020引言衰减器是一种重要的无源控制电路,用于在微波系统中实现对信号幅度的控制。

在现代通信系统中,对信号幅度的控制也可以用电压可变放大器(variable voltage amplifier ,VGA )实现,但是改变VGA 的增益需要改变偏置电压或电流,就会改变放大器的线性偏置点,从而影响系统的线性。

因此,衰减器就成为在大功率输入下实现增益调节的同时保持良好线性度的选择。

目前已经有相关学者设计了高线性度的电调衰减器,Marcus Granger-Jones 等人使用SOI CMOS 工艺设计了工作频率在0.05~4GHz ,IIP3达到47dBm 的电调衰减器[1]。

A.Bessemoulin 等人使用GaAs 工艺设计了工作频率在5~45GHz ,IIP3达到27dBm 的电调衰减器[2]。

但是,SOI CMOS 工艺的抗辐照能力较弱,使得该工艺设计的电路难以在空间中使用,而GaAs 工艺尚未有设计在低频下工作的电调衰减器。

姓名班级学号实验日期节次教师签字成绩桥 T 型衰减器的设计与分析1.实验目的（1）熟练进行实验室实验设备的使用，提高仪器使用能力。

（2）了解桥 T 型衰减器的工作原理及作用。

（3）学习用 orCAD 仿真寻找最佳参数。

（4）学会用电阻 Y- △等效变换分析电路。

（5）提高自主设计能力，综合运用所学知识解决实际问题。

2.总体设计方案或技术路线利用桥 T 型电路负载R L上的输出电压U总是小于输入电压U S的原理，调节负载电阻R L的阻值，从而得到衰减程度不同的输出电压，构成衰减器电路。

（ 1 ）利用电阻Y- △等效变换，从理论上计算电阻R1、 R2 、 R L满足什么关系时，有U 0.5Us 。

以理论计算确定的电阻及电源参数，利用orCAD 进行仿真实验，从仿真结果验证理论计算的正确性，并通过操作实验进行对比验证。

（2）利用电阻 Y- △等效变换，从理论上计算电阻R1、 R2、 R L满足什么关系时，有输出电阻 R O R L。

利用orCAD进行仿真实验，从仿真结果验证理论计算的正确性，并通过操作实验进行对比验证，计算出此时电压比U 的值。

U S（3）改变R L的值，测量并计算出不同阻值下U 的值，并绘制出U~ R L的变化曲线，U S U S 探究衰减程度与负载阻值的关系。

（4）衰减系数为衰减器的一项重要指标，其衰减公式为：20 lg U S，单位为 dB。

对于U（2），计算不同参数下衰减器的衰减比例。

对于（3）计算不同参数下衰减器的衰减比例，并绘制出 20 lg US ~ RL的曲线，探究衰减系数与负载阻值的关系。

U3.实验电路图经 Y- △变换：其中R33R14.仪器设备名称、型号（1） TFG2000 型函数信号发生器（2）可编程线性直流电源（3）电阻箱一台（4）电阻若干（5）数字万用表（6） Fluke 190-104 型示波表（7） Fluke i30s 电流钳表（8）交直流实验箱（9）导线若干5.理论分析或仿真分析结果1、根据 Y- △变换公式，理论证明得对于桥T 型衰减器，当3R1 R2 R L R2 3R1 R L 时， U 0.5Us 。

微波天线阻抗匹配设计实现技巧微波天线是指工作频率在GHz级别的高频天线。

由于其频率高，波长短，具有高方向性、窄束宽、高增益等特点，因此广泛应用于雷达、卫星通信、无线通信、导航等领域。

在微波天线系统中，阻抗匹配是一个非常重要的问题。

本文旨在介绍微波天线阻抗匹配设计实现的技巧。

一、阻抗匹配的原理微波天线阻抗匹配的原理是利用衰减器、匹配器等网络来调节电路的阻抗，使其满足匹配条件。

匹配条件为负载阻抗等于传输线特性阻抗，可表示为：ZL=Z0，其中ZL是负载阻抗，Z0是传输线特性阻抗。

阻抗匹配可以使微波天线的输出功率最大化，提高整个系统的性能。

二、常用的阻抗匹配方法1. L匹配网络法L匹配网络法是最常用的阻抗匹配方法之一。

该方法利用L型网络匹配器的等效电路来实现阻抗匹配。

其原理是在传输线中插入一个L型网络匹配器，使其电气长度等于1/4波长。

通过调整L型网络中的电感和电容，可以使输入阻抗匹配到50Ω，使得传输线和天线之间的阻抗得到匹配。

2. T匹配网络法T匹配网络法使用T型电路来进行阻抗匹配。

在传输线上插入T型网络，将其电气长度设为3/8波长，调整T型网络中的电容和电感，从而实现阻抗匹配。

该方法具有匹配宽带、阻抗匹配较好等优点。

3. C匹配网络法C匹配网络法是利用C型电路进行阻抗匹配的方法。

在传输线上插入C型网络，将其电气长度设为5/8波长，调整C型网络中的电容和电感，实现阻抗匹配。

该方法适用于匹配某些特殊的阻抗。

三、阻抗匹配设计实现技巧1. 选择适当的传输线特性阻抗传输线特性阻抗是决定输入输出阻抗的重要因素，应该根据实际应用选择合适的传输线特性阻抗。

常用的传输线特性阻抗有50Ω、75Ω、100Ω等，其中50Ω是最常用的特性阻抗。

2. 调整传输线长度传输线长度的调整可以改变阻抗值和相位，因此可以通过调整传输线长度实现阻抗匹配。

根据阻抗值的大小和相位的方向来进行调整。

3. 选择合适的衰减器和匹配器衰减器可以用于调节复杂阻抗的阻抗值。

t型衰减器衰减量计算以t型衰减器衰减量计算为标题，我们来探讨一下t型衰减器的工作原理以及如何计算衰减量。

一、t型衰减器的工作原理T型衰减器是一种常用的电子元件，用于在电路中降低信号的功率或幅度。

它通常由三个电阻组成，其中两个电阻与信号线相连，另一个电阻与地相连，形成一个T字形结构。

当信号通过T型衰减器时，一部分信号被电阻吸收，从而降低信号的幅度。

二、t型衰减器的计算方法T型衰减器的衰减量可以通过计算电阻的阻值比例来确定。

假设输入信号的电压为Vin，输出信号的电压为Vout，输入电阻为Rin，输出电阻为Rout，T型衰减器的衰减量（以分贝为单位）可以通过以下公式计算得到：Attenuation(dB) = 20 * log10(Vin / Vout) = 10 * log10(Pin / Pout)其中，Pin和Pout分别表示输入和输出信号的功率。

为了更好地理解衰减量的计算方法，我们来举一个具体的例子。

假设输入信号的电压为10V，输出信号的电压为1V，输入电阻为50Ω，输出电阻为100Ω。

根据上述公式，我们可以计算出衰减量Attenuation(dB) = 20 * log10(10 / 1) ≈ 20dB三、t型衰减器的应用场景T型衰减器在电子电路中有广泛的应用。

其中一个常见的应用场景是在音频设备中用于控制音量大小。

通过调节T型衰减器的阻值比例，可以实现对音频信号的衰减，从而达到调节音量大小的效果。

T型衰减器还常用于高频电路中，用于匹配不同阻抗的信号源和负载之间的阻抗差异。

通过调节T型衰减器的阻值，可以实现信号源和负载之间的阻抗匹配，从而提高信号传输的效率。

四、t型衰减器的优缺点T型衰减器作为一种常用的电子元件，具有一些优点和缺点。

优点：1. 结构简单，制作成本较低；2. 可以实现精确的衰减量控制；3. 在特定频率范围内具有较好的线性特性。

缺点：1. 由于内部电阻的存在，会对信号的频率响应产生影响；2. 阻值变化范围较小，难以实现大范围的衰减。

12dB微波同轴衰减器的设计摘要：本文以T型衰减网络结构为基础，设计且仿真了微波薄膜衰减片，运用BeO基片上，运用磁控溅射法，制备了TaN微波薄膜衰减片，成功制备了微波同轴衰减器。

经最终仿真结果可知，在DC~3GHz工作频率内，所设计的微波同轴衰减器衰减量为12dB，输入端口的电压驻波比＜1.1。

经测试得知，在DC~3GHz工作频率内，所制备的微波薄膜衰减片衰减量为（12.0±0.4）dB。

关键词：微波同轴衰减器；T型衰减网络微波同轴衰减器作为一种双端口微波元件，在整个传输系统当中，能够实现电磁波场强相应振幅的降低，对其传播常数进行有效调节。

于传输系统内，如若需对传输功率相应功率电平施加控制时，则须将衰减器接入，促使波功率出现一定量的衰减，所以微波同轴衰减器在各种微波系统中得到广泛应用。

伴随当今电子通信设备、无线电通信系统的发展，基于微波同轴衰减器受到越发重视。

同轴衰减器组成以T型衰减网络的衰减片为基础，设计完成了工作频率为DC~3GHz的12dB微波同轴衰减器，运用Ansoft HFSS软件，对微波同轴衰减器微波传输特性进行仿真。

结合仿真的尺寸、结构，运用直流反应磁控溅射，完成了微波同轴衰减器的制备。

该微波同轴衰减器除了容易与各种电路连接，还具有稳定可靠的电性能及机械性能，加工、装配更为简化与实用。

1.衰减片设计与仿真针对微波衰减网络来讲，其结构有两种，其一为T型，其二为Π型，本文以T型衰减网络结构为基础，以此来完成微波薄膜衰减器的具体设计工作。

图1为T型衰减网络示意图。

针对微波同轴衰减器来讲，其主要有金属电极、薄膜电阻、介质基片和连接器壳体构成。

基片选择BeO陶瓷基片（3.2mm×4.4mm× 1.0mm），其介电常数9.7，薄膜电阻所选用的是TaN材料，方阻63.6 Ω/□。

于接地端，本文为了简化工艺，利用基片端面卷绕接地方法，实现了基片背面接地板与2个接地电极的之间互相连接。

电阻衰减器设计-设计应用这个额外的电阻元件使电路能够通过所需的衰减来降低信号电平，而不会改变电路的特性阻抗，因为信号似乎“桥接”了T-pad 网络。

此外，原始T-pad 的两个串联电阻始终等于输入源和输出负载阻抗。

“桥接T 型衰减器”( T )的电路如下所示。

桥接-T 衰减器电路桥接-T衰减器电路电阻器R3形成跨越标准T-pad 衰减器的桥接网络。

两个串联电阻器R1被选择为等于源/负载线阻抗。

桥接T 衰减器相对于其T 焊盘表亲的一个主要优势是桥接T 焊盘倾向于将自身与传输线特性阻抗相匹配。

然而，桥接T 衰减器电路的一个缺点是衰减器要求其输入或源阻抗( Z S ) 等于其输出或负载阻抗( Z L )，因此不能用于阻抗匹配。

桥接T 型衰减器的设计与标准T-pad 衰减器一样简单。

两个串联电阻的值等于线路特性阻抗，因此无需计算。

然后，用于计算并联分流电阻器和用于在任何所需衰减下进行阻抗匹配的桥接T 衰减器电路的附加桥接电阻器的方程式如下：桥接T 衰减器方程桥接T 衰减器电阻值其中：K是阻抗因数，Z是源阻抗或负载阻抗。

桥接-T 衰减器示例No1需要一个桥接T 衰减器来将8Ω 音频信号线的电平降低4dB。

计算所需电阻器的值。

衰减器值然后电阻器R1等于8Ω 线路阻抗，电阻器R2等于13.7Ω，桥接电阻器R3等于4.7Ω，或接近的优选值。

与标准T-pad衰减器一样，随着电路所需衰减量的增加，电阻R3的串联桥阻抗值也增加，而电阻R2的并联分流阻抗值减小。

这是在相等阻抗之间使用的对称桥接T 衰减器电路的特性。

可变桥接T 衰减器我们已经看到，可以设计一个对称的桥接T 型衰减器来将信号衰减固定量，同时匹配信号线的特性阻抗。

希望现在我们知道桥接T 衰减器电路由四个电阻元件组成，两个与信号线的特性阻抗匹配，另外两个我们计算给定的衰减量。

但是，通过用电位器或电阻开关替换两个衰减器电阻元件，我们可以将固定衰减器垫转换为预定衰减范围内的可变衰减器，如图所示。