一種具有可變衰減器的射頻測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例公開了一種具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述測量裝置包括:具有可變衰減器的自動電平控制電路;所述自動電平控制電路的輸出信號控制所述可變衰減器進行衰減;所述可變衰減器包括:二極管組,以及低頻匹配節(jié);所述二極管組包含:至少兩個以相同方向串聯(lián)的二極管;所述二極管組的正向端連接所述可變衰減器的輸出端,所述二極管組的負向端連接所述可變衰減器的輸入端;所述低頻匹配節(jié)的一端設于兩個所述二極管之間,另一端接地;所述低頻匹配節(jié)為RLC電路,所述RLC電路包含:串聯(lián)的電阻、電感以及電容本發(fā)明實現(xiàn)了寬頻帶連續(xù)衰減,大大增加衰減量,而且具有控制電路非常簡單的特點。
【專利說明】—種具有可變衰減器的射頻測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測試測量領域,具體涉及一種具有可變衰減器的射頻測量裝置。
【背景技術】
[0002]測試測量領域中,射頻信號源是射頻微波工作者必備的測試測量儀器之一,它可以根據(jù)使用者的設定輸出不同頻率幅度的射頻信號,其主要輸出連續(xù)波(CW)射頻信號,當然隨雷達等技術的發(fā)展,對射頻信號源提出了更高的要求,還要求其能輸出脈沖信號。
[0003]現(xiàn)有技術中,為了實現(xiàn)衰減和調制,有采用若干只并聯(lián)的開關PIN 二極管、以及若干片串聯(lián)的衰減器構成的衰減器電路,該電路的衰減量大,且響應速度較快。但是缺點是連接關系以及控制邏輯較復雜。同時,由于二極管存在分布電容,因此射頻信號會通過分布電容耦合至輸出端,使二極管的應用范圍受限。而且,如果要應用高頻率,寄生電容便不能忽視。
[0004]另一種現(xiàn)有技術中,如美國專利申請US5262741,其就是利用二極管中存在分布電容設計的。在二極管上并聯(lián)一只電感,使兩者形成并聯(lián)諧振,從而提升高頻衰減量。但是該現(xiàn)有技術所提出的提升高頻衰減的辦法只適合窄帶的情況,尤其是對低頻影響巨大。但是其無法適用于實際產品中射頻信號源的自動電平控制(ALC)電路,AM調制,頻譜分析儀中的掃頻的第一本振信號幅度調整等寬頻帶的應用領域。
[0005]而現(xiàn)有技術中需要一種針對寬頻帶(頻段覆蓋VHF到C波段,即30M?8G),且具有能夠對信號幅度進行連續(xù)調整的衰減電路的射頻測量裝置。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明實施例提供具有可變衰減器的射頻測量裝置,用于解決現(xiàn)有技術不能夠實現(xiàn)寬頻帶連續(xù)衰減,且衰減量不夠,控制電路復雜的缺陷。
[0007]本發(fā)明實施例提供的一種具有可變衰減器的射頻測量裝置,包括:具有可變衰減器的自動電平控制電路;所述自動電平控制電路的輸出信號控制所述可變衰減器進行衰減;
[0008]所述可變衰減器包括:二極管組,以及低頻匹配節(jié);
[0009]所述二極管組包含:至少兩個以相同方向串聯(lián)的二極管;所述二極管組的正向端連接所述可變衰減器的輸出端,所述二極管組的負向端連接所述可變衰減器的輸入端;
[0010]所述低頻匹配節(jié)的一端設于兩個所述二極管之間,另一端接地;所述低頻匹配節(jié)為RLC電路,所述RLC電路包含:串聯(lián)的電阻、電感以及電容。
[0011]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述RLC電路中的電阻的一端位于兩個所述二極管之間,所述電容的一端接地。
[0012]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述可變衰減器還包括:高頻匹配節(jié);每個所述二極管連接于兩個所述高頻匹配節(jié)之間。
[0013]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述高頻匹配節(jié)包括:微帶線和電容節(jié),所述電容節(jié)一端接地,另一端連接所述微帶線;
[0014]每個所述二極管連接于兩個所述微帶線之間,所述二極管與所述微帶線構成串聯(lián)通路。
[0015]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述微帶線的長度小于1/4的所述自動電平控制電路的最高工作頻率波長。
[0016]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述電容節(jié)為分立電容或微帶片。
[0017]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述自動電平控制電路還包括:幅度調制單元,用于向所述可變衰減器提供控制信號。
[0018]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述可變衰減器還包括:第一厄流電感、第二厄流電感以及旁路電容;
[0019]所述第一厄流電感的一端連接所述可變衰減器的輸入端,其另一端接地;
[0020]所述旁路電容和所述第二厄流電感串聯(lián)通路的一端與所述可變衰減器的輸出端連接,另一端接地;所述控制信號通過所述第二厄流電感到達所述可變衰減器的輸出端。
[0021]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述自動電平控制電路設置于印刷電路板上。
[0022]上述具有可變衰減器的射頻測量裝置,其中,所述低頻匹配節(jié)與所述高頻匹配節(jié)分別位于所述印刷電路板上的所述二極管構成的通路的兩側。
[0023]本發(fā)明實施例所提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,實現(xiàn)了寬頻帶連續(xù)衰減,控制電路非常簡單,用微帶片改善了大控制電流下衰減器高頻段的插損及駐波;采用級聯(lián)的辦法解決了單只二極管高頻衰減量不夠的問題;用RLC電路改善低頻頻率響應,尤其是小控制電流下衰減器頻響。
[0024]通過本發(fā)明在衰減器給定相同電流范圍情況下,增大了衰減器的動態(tài)范圍,并改善了衰減頻響。在20M到6G頻率范圍內衰減動態(tài)范圍達到了 70dB,AM調制深度達到了 95%以上。
[0025]本發(fā)明采用至少兩只串聯(lián)的二極管,并在串聯(lián)節(jié)點上加高頻匹配節(jié)以及低頻匹配節(jié),這些與二極管自身寄生參數(shù)構成低通濾波器,用這些高頻匹配節(jié)以及低頻匹配節(jié)增加了衰減器的階數(shù),使其在相同的控制電流范圍下衰減動態(tài)范圍變大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解,構成本申請的一部分,并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0027]圖1為本發(fā)明實施例中一種自動電平控制的具體電路示意圖;
[0028]圖2為本發(fā)明實施例中一種可變衰減器的具體電路示意圖;
[0029]圖3為本發(fā)明實施例中另一種可變衰減器的具體電路示意圖;
[0030]圖4為本發(fā)明實施例中一種微帶片的示意圖;
[0031]圖5為本發(fā)明實施例中一種分立電容的示意圖;
[0032]圖6為本發(fā)明實施例中衰減量隨頻率變化的曲線示意圖。
【具體實施方式】[0033]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白,下面結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步詳細說明。在此,本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明,但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0034]本發(fā)明實施例所提供的一種具有可變衰減器的射頻測量裝置,如圖1所示,
[0035]所述測量裝置包括:具有可變衰減器101的自動電平控制電路(ALC);所述自動電平控制電路(ALC)的輸出信號IF控制所述可變衰減器進行衰減;
[0036]具體的,圖1中IA是射頻輸入,經(jīng)過ALC環(huán)路后通過IF輸出。射頻輸入IA幅度隨輸入頻率的變化而變化,射頻輸出IF將維持在與參考電壓IG相關的電平上,而且保持恒定值。射頻輸出IF經(jīng)過耦合器104將一部分射頻信號交給檢波器112檢波,得到的檢波電壓經(jīng)過對數(shù)放大器110將其對數(shù)放大,這樣將射頻功率輸出IF轉化為隨其按對數(shù)變化的線性電壓,然后與參考電壓IG相比較,輸出相應的誤差電壓送給由電容107和運放108構成的積分器來調整指數(shù)放大器105,指數(shù)放大器105控制衰減器101將輸入功率IA衰減至合適的值,最后參考電壓IG與對數(shù)放大器110輸出電壓相等,ALC達到平衡。
[0037]較佳的,本發(fā)明還提供一種實施例中,所述自動電平控制電路還包括:幅度調制單元(AM),用于向所述可變衰減器提供控制信號。
[0038]當電路處于AM調制狀態(tài)時,AM調制信號由IH端口首先加至對數(shù)放大器111,使其幅度按對數(shù)規(guī)律變化,然后與參考電壓IG和檢波后對數(shù)放大110輸出電壓經(jīng)過求和單元109得出相應的誤差電壓,這個誤差電壓經(jīng)過由積分電容107和積分運放108的積分輸出控制指數(shù)放大器105,其輸出電流信號105控制衰減器101按AM調制規(guī)律衰減,這樣AM調制信號就調制在射頻輸入IA上,AM射頻信號將在IB 口輸出,然后AM射頻信號通過功率放大器103放大,進而從IF 口輸出AM射頻調制信號。當AM調制信號頻率較高時,AM調制信號由IH端口經(jīng)過對數(shù)放大器111對數(shù)放大后,由于受ALC帶寬的限制,信號不經(jīng)過ALC環(huán)路,而是直接加入求和器106,然后輸入至指數(shù)放大器105控制衰減器101按照AM調制規(guī)律衰減,從而達到高頻率的AM調制目的。在此,如果沒有輸入AM調制信號,則無需考慮電路處于AM調制狀態(tài)。
[0039]另外,由于射頻信號IA經(jīng)過ALC后,其最大功率輸出IF也要求大,這樣要求衰減器101導通時插入損耗盡可能的小,匹配也要好。由于指數(shù)放大器105的動態(tài)范圍有限,故還要求衰減器101在衰減過程中頻響要好。
[0040]根據(jù)上述實施例所提供的ALC,所述可變衰減器的結構如圖2所示,包括:所述可變衰減器包括:二極管組,以及低頻匹配節(jié)213 ;所述二極管組包含:至少兩個以相同方向串聯(lián)的二極管201以及202 ;所述二極管組的正向端連接所述可變衰減器的輸出端2B,所述二極管組的負向端連接所述可變衰減器的輸入端2A ;
[0041]較佳的,二極管串聯(lián)的越多,就能實現(xiàn)更寬動態(tài)范圍的衰減,衰減量也增加。如果將10只可控阻抗的二極管串聯(lián)而成,可以實現(xiàn)衰減>60dB的連續(xù)可調范圍,和實現(xiàn)調制頻率>100kHz,調制深度>95%的AM調制功能。在此實施例中先以兩個串聯(lián)的二極管為例。
[0042]所述低頻匹配節(jié)213為RLC電路,所述RLC電路包含:串聯(lián)的電阻210、電感211以及電容212 ;所述低頻匹配節(jié)的一端設于兩個所述二極管201以及202之間,另一端接地。
[0043]具體的,圖2中2A是射頻輸入端口,對應圖1中的IA點;2B是射頻輸出端口,對應圖1中的IB點;2C衰減器電流控制端口,對應圖1中的IC點。[0044]較佳的,上述RLC電路中的電阻210,電感211和電容212的作用是在衰減器工作在低頻范圍時提高系統(tǒng)階數(shù),增加低頻范圍衰減量,改善整個頻帶的頻響。具體的,在該RLC電路中,電容212起到隔離直流之用,通常其取值比較大,在系統(tǒng)最低工作頻率下,其容抗小于10倍系統(tǒng)特征阻抗即可;電阻210的大小由整個衰減器在頻率高端衰減量決定,由RLC等效的電阻網(wǎng)絡可以計算出電阻210的值;而電感211的取值由頻率高端和低端的轉折點決定,具體的電阻210,電感211和電容212的取值,可由EDA仿真軟件根據(jù)要求直接仿真得到,因此不再具體求解。
[0045]具體的,低頻時,在2C端口流入較大電流情況下,二極管201以及202的寄生電容和寄生電感可以忽略,此時二極管201以及202等效于兩個串聯(lián)的電阻,對射頻信號進行分壓,且也會有信號進入RLC電路,此時電阻210增加了一階衰減器的階數(shù),衰減器的衰減量增加,并且在同樣的衰減器電流變化范圍時,衰減器的衰減變化范圍將變大。當未接入AM調制信號時,根據(jù)ALC的平衡,衰減量將固定。
[0046]當AM輸出調制信號時,AM調制信號通過ALC到達2C端口形成控制信號,控制所述衰減器的方法同上,在此不再贅述。
[0047]因此本發(fā)明實施例所提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置在低頻情況下,只通過控制信號電流的改變,就會進行衰減,且控制邏輯簡單,且增加了衰減量,即在同樣的衰減器電流變化范圍時,增加了衰減器的衰減范圍。
[0048]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述RLC電路中的電阻的一端位于兩個所述二極管之間,所述電容的一端接地。具體的,如圖2所示,RLC電路根據(jù)電阻210、電感211以及電容212的順序接入兩個二極管201以及202之間。在ALC中存在系統(tǒng)最高頻率,也就是ALC工作的最高頻率。具體的,隨著頻率升高,二極管封裝的引線電感就不能忽視了,它會與二極管的分布電容構成串聯(lián)諧振,這個串聯(lián)諧振的頻率點便是這只器件的最高應用頻率了。在該最高頻率下阻抗、容抗或感抗越小的器件遠離二極管構成的通路,所以電容212的容抗最小應該最遠離,于是其一端直接接地;電感211感抗次之,所以將其放中間;最后電阻210阻抗最大,所以放在最靠近二極管構成的通路。
[0049]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述可變衰減器還包括:高頻匹配節(jié);每個所述二極管連接于兩個所述高頻匹配節(jié)之間。
[0050]為了能夠實現(xiàn)在寬頻范圍內的衰減,本發(fā)明實施例中還在可變衰減器中增加了高頻匹配節(jié),如圖3中的高頻匹配節(jié)340、341、342以及343。
[0051]較佳的,高頻匹配節(jié)與二極管中的寄生電容構成PI型電容網(wǎng)絡,可以用于增加高頻裳減,提聞裳減器在聞頻下的裳減動態(tài)范圍。借此,本發(fā)明實施例所提供的具有可變裳減器的射頻測量裝置,既具有低頻匹配節(jié)又具有高頻匹配節(jié),可以用于寬頻帶的應用領域,且適用范圍極廣。
[0052]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述高頻匹配節(jié)包括:微帶線和電容節(jié),所述電容節(jié)一端接地,另一端連接所述微帶線;
[0053]每個所述二極管連接于兩個所述微帶線之間,所述二極管與所述微帶線構成串聯(lián)通路。
[0054]具體的,如圖3所示,高頻時,當3C端口流入大電流的情況下,此時二極管302、303以及304導通,其等效為串聯(lián)電感,此串聯(lián)電感和微帶線,電容節(jié)構成低通濾波器,該低通濾波器的通帶寬度大于或等于最高頻率,這樣衰減器對高頻衰減就小,所以電容節(jié)和微帶線擴大了高頻信號的衰減范圍。即在同樣的衰減器電流變化范圍時,衰減器的衰減范圍將變大。當未接入AM調制信號時,根據(jù)ALC的平衡,衰減量將固定。
[0055]較佳的,在高頻時,高頻匹配節(jié)對射頻信號進行衰減;此時,由于低頻匹配節(jié)中的電感通低頻阻高頻的作用,低頻匹配節(jié)不起作用;當在低頻時,由于高頻匹配節(jié)中的電容起到同高頻阻低頻的作用,因此高頻匹配節(jié)不起作用,以此來完成本發(fā)明。
[0056]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述電容節(jié)為分立電容或微帶片。
[0057]較佳的,如圖3中電容節(jié)330,331,332,333可以用圖4中的分立電容401來實現(xiàn),也可以由圖5中的微帶片501來實現(xiàn),該微帶片501的一端接地。具體高頻匹配節(jié)的分立電容或者微帶片的取值需要由系統(tǒng)的最高工作頻率范圍和二極管中的寄生電容來決定。在此,具體的值可由EDA仿真軟件根據(jù)要求直接仿真得到,因此不再具體求解。
[0058]較佳的,二極管之間連接的微帶線310,311,312,313除了直接連接二極管外,還有匹配的作用。
[0059]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述微帶線的長度小于1/4的所述自動電平控制電路的最高工作頻率波長。較佳的,微帶線阻抗的設計需要根據(jù)二極管等效電路中的寄生電容和電感來決定。較佳的,電容節(jié)與PIN 二極管寄生電感構成低通濾波器,這個濾波器希望截止頻率定在系統(tǒng)最高工作頻率上微帶線長度〈1/4的所述自動電平控制電路的最高工作頻率波長。最高工作頻率與最高工作頻率波長關系可以通過現(xiàn)有技術求得。例如,如最高頻率為6G時應該小于7.5_。
[0060]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,如圖3所示,所述可變衰減器還包括:第一厄流電感301、第二厄流電感304以及旁路電容305 ;
[0061]所述第一厄流電感的一端連接所述可變衰減器的輸入端,其另一端接地;
[0062]所述旁路電容和所述第二厄流電感串聯(lián)通路的一端與所述可變衰減器的輸出端連接,另一端接地;所述控制信號通過所述第二厄流電感到達所述可變衰減器的輸出端。
[0063]較佳的,第一厄流電感301、第二厄流電感304以及旁路電容305的作用是阻止射頻信號倒灌入控制輸入端3C??刂齐娏鲝?C 口輸入,經(jīng)過厄流電感204到達3B點,然后通過微帶線313到達二極管304,經(jīng)過連接的微帶線312達到第三只二極管303,如此方向,最后經(jīng)過微帶線310到達3A點,最后經(jīng)過連接的厄流電感301進入大地。
[0064]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述自動電平控制電路設置于印刷電路板上。
[0065]本發(fā)明實施例提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,較佳的,所述低頻匹配節(jié)與所述高頻匹配節(jié)分別位于所述印刷電路板上的所述二極管構成的通路的兩側。
[0066]下面借助圖6來對本發(fā)明實施例所提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置中衰減量隨頻率變化的曲線來進行說明。
[0067]當衰減器的衰減量最小時,即衰減器中電流最大,在沒有低頻匹配節(jié)RLC以及高頻匹配節(jié)時,效果如圖中虛線6A,在頻率高端插損較大,低端插損小。
[0068]當加入RLC,電容節(jié)和微帶線后,效果如圖中實線6A’所示,其衰減量大于6A,且頻率低端插損變大,線條也較直,表示頻響也得到改善。[0069]當衰減器正常衰減時,衰減器中的電流在正常衰減范圍內,在沒有低頻匹配節(jié)RLC以及高頻匹配節(jié)時,衰減曲線如圖6中點劃線6B所示,頻率高端受二極管中的分布電容和分布電感的影響,曲線上翹,表示衰減量不夠。當加入電容節(jié)和微帶線后,且不加入低配匹配節(jié)RLC電路時,由于分布參數(shù)和電容節(jié)與微帶線構成高階低通濾波器和電容網(wǎng)絡,頻率高端衰減會增大,如圖6中的虛線6B’所示。
[0070]并在上述基礎上加入RLC電路將使頻率較低時整個電路也能構成高階網(wǎng)絡,使其低頻時衰減量也加大,如圖6中的實線6B"所示。
[0071]最后的動態(tài)范圍就如圖6中兩實線6A’和6B"所示,比原來6A和6B動態(tài)范圍要大很多,而且頻率響應也得到很大改善。
[0072]借此,本發(fā)明實施例所提供的具有可變衰減器的射頻測量裝置,不僅控制電路非常簡單,只需控制二極管中的電流就能實現(xiàn)調整其衰減量,而且能實現(xiàn)寬頻帶衰減控制,而且在相同的控制電流下,頻響有了很大的改善。
[0073]以上所述的【具體實施方式】,對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已,并不用于限定本發(fā)明的保護范圍,凡在本發(fā)明的精神和原則之內,所做的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有可變衰減器的射頻測量裝置其特征在于,所述測量裝置包括:具有可變衰減器的自動電平控制電路;所述自動電平控制電路的輸出信號控制所述可變衰減器進行衰減; 所述可變衰減器包括:二極管組,以及低頻匹配節(jié); 所述二極管組包含:至少兩個以相同方向串聯(lián)的二極管;所述二極管組的正向端連接所述可變衰減器的輸出端,所述二極管組的負向端連接所述可變衰減器的輸入端; 所述低頻匹配節(jié)的一端設于兩個所述二極管之間,另一端接地;所述低頻匹配節(jié)為RLC電路,所述RLC電路包含:串聯(lián)的電阻、電感以及電容。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述RLC電路中的電阻的一端位于兩個所述二極管之間,所述電容的一端接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述可變衰減器還包括:高頻匹配節(jié);每個所述二極管連接于兩個所述高頻匹配節(jié)之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述高頻匹配節(jié)包括:微帶線和電容節(jié),所述電容節(jié)一端接地,另一端連接所述微帶線; 每個所述二極管連接于兩個所述微帶線之間,所述二極管與所述微帶線構成串聯(lián)通路。
5.根據(jù)權利要求4所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述微帶線 的長度小于1/4的所述自動電平控制電路的最高工作頻率波長。
6.根據(jù)權利要求4所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述電容節(jié)為分立電容或微帶片。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述自動電平控制電路還包括:幅度調制單元,用于向所述可變衰減器提供控制信號。
8.根據(jù)權利要求7所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述可變衰減器還包括:第一厄流電感、第二厄流電感以及旁路電容; 所述第一厄流電感的一端連接所述可變衰減器的輸入端,其另一端接地; 所述旁路電容和所述第二厄流電感串聯(lián)通路的一端與所述可變衰減器的輸出端連接,另一端接地;所述控制信號通過所述第二厄流電感到達所述可變衰減器的輸出端。
9.根據(jù)權利要求3所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述自動電平控制電路設置于印刷電路板上。
10.根據(jù)權利要求9所述的具有可變衰減器的射頻測量裝置,其特征在于,所述低頻匹配節(jié)與所述高頻匹配節(jié)分別位于所述印刷電路板上的所述二極管構成的通路的兩側。
【文檔編號】H04B17/00GK103873158SQ201210530622
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權日:2012年12月10日
【發(fā)明者】羅浚洲, 何毅軍, 王悅, 王鐵軍, 李維森 申請人:北京普源精電科技有限公司