專利名稱：X波段高精密數(shù)控衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及衰減器技術(shù)領(lǐng)域，確切地說涉及x波段高精密數(shù)控衰減器。
背景技術(shù)：
自十九世紀(jì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論建立以來，無線電技術(shù)已經(jīng)深入到人類日常活動(dòng) 的各個(gè)領(lǐng)域。由于無線電技術(shù)的研究對(duì)象"電磁波"具有能貫穿大到宇宙空間、小到夸克粒 子，運(yùn)動(dòng)速率極快且不能被人感覺等其他物質(zhì)都不能同時(shí)具有的諸多特殊性質(zhì)，使得這種 技術(shù)在能源、交通、醫(yī)療及信息等各種工程領(lǐng)域得到巨大的應(yīng)用。 電磁波作為一種能量或信息的載體，其最基本的物理量為幅度。隨著應(yīng)用的廣泛 和深入，衰減器在幅度應(yīng)用中具有重要的地位。衰減器的作用是使通過它的微波得到一定 量的衰減，從而使輸入到負(fù)載的微波功率減小。 衰減器的主要用途是(a)衰減器最常見的用途是進(jìn)行微波功率電平的調(diào)節(jié)；(b) 固定衰減器還可以用來"去耦"用，所謂去耦就是減少微波系統(tǒng)與微波源之間的耦合，避免 由于系統(tǒng)負(fù)載的變化反饋到信號(hào)源中引起工作地不穩(wěn)定甚至損壞微波管的輸出窗。(c)具 有精密刻度的可調(diào)衰減器可用來進(jìn)行微波測(cè)量，用替代法測(cè)量元件的損耗或微波源的增
.、 1.衰減器的特征指標(biāo) 衰減器的主要特征指標(biāo)就是它的衰減量，衰減量往往直接被簡稱為"衰減"，衰減
量固定的稱為固定衰減器，衰減量在一定范圍內(nèi)可調(diào)的稱為可調(diào)或可變衰減器。 衰減器的衰減量定義為在衰減器終端負(fù)載匹配的條件下，其輸入微波功率Pl與
輸出微波功率P2之比的分貝數(shù)。 "101g^(必) (1.1)
尸2 根據(jù)(1. 1)式計(jì)算得到的衰減量實(shí)際包含有兩個(gè)因素引起的衰減，一個(gè)是系統(tǒng)內(nèi) 部或元件內(nèi)部對(duì)微波的損耗，吸收了通過的一部分微波功率而引起的，這種衰減器稱為"吸 收衰減"；另一個(gè)是由于系統(tǒng)或元件輸入端部匹配，使一部分輸入微波功率被反射引起進(jìn)入 系統(tǒng)或元件的功率減小而造成的，相應(yīng)的衰減稱為"反射衰減"。 2.數(shù)控衰減器 微波數(shù)控衰減器的基本原理是通過數(shù)字信號(hào)來控制PIN二極管的偏置電壓以實(shí) 現(xiàn)PIN 二極管的通斷，使微波信號(hào)在衰減位與直通位之間切換，從而達(dá)到微波信號(hào)的衰減。 再通過基本衰減位的組合疊加實(shí)現(xiàn)步進(jìn)衰減。應(yīng)根據(jù)不同的頻率、帶寬以及電參數(shù)指標(biāo)的 要求來選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)有技術(shù)的國外數(shù)控衰減器采用五位開關(guān)線衰減單元級(jí)聯(lián)組 合而成，電路圖如圖l所示。 五位開關(guān)線衰減單元的衰減量分別為2dB、4dB、8dB、16dB、32dB。其中32dB這一位 采用了兩個(gè)16dB的Ji型衰減網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)的方式組成，這樣做有兩個(gè)目的一個(gè)是減少一個(gè)開 關(guān)線衰 單元，以降低插入損耗；二是降低單個(gè)n型網(wǎng)絡(luò)的衰減量，以提高衰減精度等指標(biāo)。 單個(gè)的開關(guān)線衰減單元的原理如圖2所示。它是由單刀雙擲開關(guān)和Ji型衰減網(wǎng) 絡(luò)組成。通過改變Al、 A2的電壓電流狀態(tài)來選擇導(dǎo)通支路；通過改變Rl、 R2和R3的電阻 值來調(diào)整衰減的大小。 對(duì)于Ji型衰減網(wǎng)絡(luò)，我們可以通過下面的公式計(jì)算某一衰減量需要的電阻值 N = log—乂A/10) R1=Z(N-1)/(2VS) R2=R3=Z(VS+1)/ ( Vi7-1) 其中A-衰減量 Z——系統(tǒng)阻抗( 一般為50 Q或75 Q ) 上述現(xiàn)有技術(shù)方案存在以下缺點(diǎn) 1.現(xiàn)有技術(shù)方案頻段的擴(kuò)展能力較差，兼顧低端往高端擴(kuò)展或兼顧高端往低端擴(kuò) 展均有限。 2.受電路的局限性，現(xiàn)有技術(shù)方案損耗較大，難以改善。 3.現(xiàn)有技術(shù)方案體積較大，應(yīng)用范圍有限。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出了一種能克服開關(guān)線衰減器的局限性，具 有更低的損耗和更好的平坦度的X波段高精密數(shù)控衰減器，本實(shí)用新型采用加載線與開關(guān) 線混合的技術(shù)方案，工作頻率和指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有國內(nèi)外產(chǎn)品，工作頻率在9. 5 9. 7GHZ，具 有良好的衰減特性，插入損耗低，電壓駐波比低，工作運(yùn)行可靠性高。 本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種X波段高精密數(shù)控衰減器，其特征在于包括信號(hào)輸入通道，五位衰減單元、 信號(hào)輸出通道和偏置電路，五位衰減單元的基本衰減位分別為2dB、4dB、8dB、16dB和32dB， 其中，2dB和4dB兩個(gè)衰減單元采用加載線方式聯(lián)接，8dB、 16dB和32dB三個(gè)衰減單元采用 開關(guān)線方式聯(lián)接，4dB衰減單元依次聯(lián)接16dB衰減單元、32dB衰減單元和8dB衰減單元，信 號(hào)輸入通道與2dB衰減單元聯(lián)接，信號(hào)輸出通道與8dB衰減單元聯(lián)接。 所述2dB衰減單元、4dB衰減單元、8dB衰減單元、16dB衰減單元和32dB衰減單元 上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有為TTL控制的驅(qū)動(dòng)器輸出給衰減器的，并用于控制PIN 二極管導(dǎo)通和隔 離的Al控制端口 、 A2控制端口 、 A3控制端口 、 A4控制端口和A5控制端口 。 所述偏置電路上設(shè)置有四分之一波長的微帶線。 每個(gè)衰減單元設(shè)置有衰減芯片，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Ji型網(wǎng)絡(luò)電阻衰減。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在 1.同國外同類產(chǎn)品指標(biāo)對(duì)比，工作頻率及指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國外類似產(chǎn)品。本實(shí)用新型 的技術(shù)指標(biāo)如下 (1)工作頻率9. 5 9. 7GHZ (2)插入損耗《5dB (3)輸入駐波比《1. 5 (4)衰減步進(jìn)2dB[0036]
(5) 總衰減量60dB
(6) 衰減精度《士ldB(衰減量〈20dB)
《±1. 5dB(20dB《衰減量《40dB) 《士2dB(衰減量〉40dB) (7)帶內(nèi)幅度平坦度《±0. 5dB (8)同頻相位重復(fù)度《±3° (9)相位非線性度《±2° (10)承受功率0. 5W 2.本產(chǎn)品頻率更高，為X波段衰減器，具有良好的衰減特性。 3.采用衰減芯片實(shí)現(xiàn)高衰減的精度與平坦度的要求。 4.較低的插入損耗。為減小插損選用低介質(zhì)損耗的高頻基板，短的微帶線長度和 小尺寸的微波元器件。 5.較低的電壓駐波比。為降低駐波比精確計(jì)算各微波二極管、電容、微帶傳輸線之 間的良好阻抗匹配和合適的電長度。 6.高可靠性。為了提高可靠性設(shè)計(jì)并沒有用裸芯片而采用了 PIN梁式二極管；采 用高速的大電流的模塊式驅(qū)動(dòng)器來保證可承受功率和長期可靠性。

下面將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其 中 圖1為國外進(jìn)口數(shù)控衰減器電路圖 圖2為開關(guān)線衰減單元原理圖 圖3為本實(shí)用新型電路原理圖 圖4a為本實(shí)用新型外形結(jié)構(gòu)圖 圖4b為圖4a中俯視結(jié)構(gòu)示意圖 圖5為本實(shí)用新型的工藝流程圖 圖中標(biāo)記 RFin、信號(hào)輸入通道，Rfout、信號(hào)輸出通道，Al-A5、控制端口 。
具體實(shí)施方式
X波段高精密數(shù)控衰減器采用了加載線和開關(guān)線這種方案。電路原理圖如圖3所 示。圖中，RFin為信號(hào)輸入通道，RFout為信號(hào)輸出通道，A1、A2、A3、A4、A5分別為TTL控 制的驅(qū)動(dòng)器輸出給衰減器的控制端口 ，用于控制PIN 二極管的導(dǎo)通和隔離，使模塊按照要 求處于衰減工作狀態(tài)或者處于直通工作狀態(tài)。五位基本衰減位分別為2dB、4dB、8dB、16dB、 32dB。通過A1、A2、A3、A4、A5不同狀態(tài)的組合來實(shí)現(xiàn)基本衰減位的組合疊加以達(dá)到不同的 衰減量。 2dB和4dB兩個(gè)小衰減位采用加載線的方式，減小了產(chǎn)品的插損。偏置電路方面并 沒有選擇集總元器件電感電容，而是通過兩極四分之一波長的微帶線實(shí)現(xiàn)偏置。大大提高 了產(chǎn)品的可靠性。衰減方面，選擇了用衰減片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的n型網(wǎng)絡(luò)電阻衰減。在高頻時(shí)對(duì)
5衰減的平坦度和精度有了很不錯(cuò)的改善。 本提案為2dB步進(jìn)直至60dB衰減，多達(dá)31個(gè)工作狀態(tài)，需要同時(shí)考核465個(gè)技術(shù) 指標(biāo)，在9. 5 9. 7GHz較高的頻率下工作。各種元器件和工藝的寄生參數(shù)對(duì)模塊指標(biāo)的影 響較大，技術(shù)指標(biāo)完全滿足要求難度極大。由于工作頻率較高、衰減量較大，故在滿足插入 損耗的指標(biāo)要求下，總衰減量和衰減精度的指標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)起來十分困難，表面因素，邊界條 件以及眾多的工藝因素都會(huì)對(duì)衰減量和衰減精度造成不利影響，難以實(shí)現(xiàn)，且物理分析也 十分困難復(fù)雜，帶來本提案指標(biāo)分解實(shí)現(xiàn)的極大困難。 提高技術(shù)指標(biāo)的措施為減小插損宜選用低介質(zhì)損耗的高頻基板，短的微帶線長 度和小尺寸的微波元器件；為降低駐波比精確計(jì)算各微波二極管、電容、微帶傳輸線之間的 良好阻抗匹配和合適的電長度；為達(dá)到衰減的精度與平坦度的要求采用衰減芯片實(shí)現(xiàn)衰 減。
提高可靠性的措施為了提高可靠性設(shè)計(jì)并沒有用裸芯片而采用了 PIN梁式二極
管；采用高速的大電流的模塊式驅(qū)動(dòng)器來保證可承受功率和長期可靠性。 本模塊工作頻率較高，工藝的離散性對(duì)技術(shù)指標(biāo)影響較大，制造過程中工藝控制
稍有偏差就會(huì)導(dǎo)致指標(biāo)超標(biāo)，工藝的精確控制十分困難。合金燒結(jié)基片工藝控制很難，要求
高溫焊料在同一內(nèi)腔中的鍍金層上面熔融充分，焊接牢固，同時(shí)又必須在某幾個(gè)特定的位
置完全不留焊料的預(yù)留出要求的規(guī)則圖形；合金粘片工藝控制很難，要求在同一受熱平面
上焊接上眾多的芯片，衰減芯片平整度、端正度對(duì)于指標(biāo)都有明顯影響，同時(shí)溫度又不能太
高，以免對(duì)前面工序工藝帶來不利影響。密封工藝難度較大。由于本模塊體積較大，對(duì)外接
口多，做到滿足密封考核很難實(shí)現(xiàn)。在材料、焊接工藝、工件加工精度等方面必須全面滿足
時(shí)，密封要求才有可能達(dá)到。
權(quán)利要求一種X波段高精密數(shù)控衰減器，其特征在于包括信號(hào)輸入通道(Rfin)，五位衰減單元、信號(hào)輸出通道(Rfout)和偏置電路，五位衰減單元的基本衰減位分別為2dB、4dB、8dB、16dB和32dB，其中，2dB和4dB兩個(gè)衰減單元采用加載線方式聯(lián)接，8dB、16dB和32dB三個(gè)衰減單元采用開關(guān)線方式聯(lián)接，4dB衰減單元依次聯(lián)接16dB衰減單元、32dB衰減單元和8dB衰減單元，信號(hào)輸入通道(Rfin)與2dB衰減單元聯(lián)接，信號(hào)輸出通道(Rfout)與8dB衰減單元聯(lián)接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段高精密數(shù)控衰減器，其特征在于所述2dB衰減單元、 4dB衰減單元、8dB衰減單元、16dB衰減單元和32dB衰減單元上分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有為TTL控 制的驅(qū)動(dòng)器輸出給衰減器的，并用于控制PIN二極管導(dǎo)通和隔離的A1控制端口、A2控制端 口 、 A3控制端口 、 A4控制端口和A5控制端口 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段高精密數(shù)控衰減器，其特征在于所述偏置電路上設(shè) 置有四分之一波長的微帶線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段高精密數(shù)控衰減器，其特征在于每個(gè)衰減單元設(shè)置 有衰減芯片。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種X波段高精密數(shù)控衰減器，包括信號(hào)輸入通道，五位衰減單元、信號(hào)輸出通道和偏置電路，五位衰減單元的基本衰減位分別為2dB、4dB、8dB、16dB和32dB，其中，2dB和4dB兩個(gè)衰減單元采用加載線方式聯(lián)接，8dB、16dB和32dB三個(gè)衰減單元采用開關(guān)線方式聯(lián)接，4dB衰減單元依次聯(lián)接16dB衰減單元、32dB衰減單元和8dB衰減單元，信號(hào)輸入通道與2dB衰減單元聯(lián)接，信號(hào)輸出通道與8dB衰減單元聯(lián)接。本實(shí)用新型采用加載線與開關(guān)線混合的技術(shù)方案，工作頻率和指標(biāo)均優(yōu)于現(xiàn)有國內(nèi)外產(chǎn)品，工作頻率在9.5～9.7GHz，具有良好的衰減特性，插入損耗低，電壓駐波比低，工作運(yùn)行可靠性高。
文檔編號(hào)H03H17/00GK201467081SQ20092008310
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者王雪松, 王韌 申請(qǐng)人:成都亞光電子股份有限公司