CN103873158A

CN103873158A - 一种具有可变衰减器的射频测量装置

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Publication number: CN103873158A
Application number: CN201210530622.6A
Authority: CN
Inventors: 罗浚洲; 何毅军; 王悦; 王铁军; 李维森
Original assignee: Rigol Technologies Inc
Current assignee: Rigol Technologies Inc
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN103873158B

Abstract

本发明的实施例公开了一种具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述测量装置包括：具有可变衰减器的自动电平控制电路；所述自动电平控制电路的输出信号控制所述可变衰减器进行衰减；所述可变衰减器包括：二极管组，以及低频匹配节；所述二极管组包含：至少两个以相同方向串联的二极管；所述二极管组的正向端连接所述可变衰减器的输出端，所述二极管组的负向端连接所述可变衰减器的输入端；所述低频匹配节的一端设于两个所述二极管之间，另一端接地；所述低频匹配节为RLC电路，所述RLC电路包含：串联的电阻、电感以及电容本发明实现了宽频带连续衰减，大大增加衰减量，而且具有控制电路非常简单的特点。

Description

一种具有可变衰减器的射频测量装置

技术领域

本发明涉及测试测量领域，具体涉及一种具有可变衰减器的射频测量装置。

背景技术

测试测量领域中，射频信号源是射频微波工作者必备的测试测量仪器之一，它可以根据使用者的设定输出不同频率幅度的射频信号，其主要输出连续波(CW)射频信号，当然随雷达等技术的发展，对射频信号源提出了更高的要求，还要求其能输出脉冲信号。

现有技术中，为了实现衰减和调制，有采用若干只并联的开关PIN二极管、以及若干片串联的衰减器构成的衰减器电路，该电路的衰减量大，且响应速度较快。但是缺点是连接关系以及控制逻辑较复杂。同时，由于二极管存在分布电容，因此射频信号会通过分布电容耦合至输出端，使二极管的应用范围受限。而且，如果要应用高频率，寄生电容便不能忽视。

另一种现有技术中，如美国专利申请US5262741，其就是利用二极管中存在分布电容设计的。在二极管上并联一只电感，使两者形成并联谐振，从而提升高频衰减量。但是该现有技术所提出的提升高频衰减的办法只适合窄带的情况，尤其是对低频影响巨大。但是其无法适用于实际产品中射频信号源的自动电平控制（ALC）电路，AM调制，频谱分析仪中的扫频的第一本振信号幅度调整等宽频带的应用领域。

而现有技术中需要一种针对宽频带（频段覆盖VHF到C波段，即30M~8G），且具有能够对信号幅度进行连续调整的衰减电路的射频测量装置。

发明内容

本发明实施例提供具有可变衰减器的射频测量装置，用于解决现有技术不能够实现宽频带连续衰减，且衰减量不够，控制电路复杂的缺陷。

本发明实施例提供的一种具有可变衰减器的射频测量装置，包括：具有可变衰减器的自动电平控制电路；所述自动电平控制电路的输出信号控制所述可变衰减器进行衰减；

所述可变衰减器包括：二极管组，以及低频匹配节；

所述二极管组包含：至少两个以相同方向串联的二极管；所述二极管组的正向端连接所述可变衰减器的输出端，所述二极管组的负向端连接所述可变衰减器的输入端；

所述低频匹配节的一端设于两个所述二极管之间，另一端接地；所述低频匹配节为RLC电路，所述RLC电路包含：串联的电阻、电感以及电容。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述RLC电路中的电阻的一端位于两个所述二极管之间，所述电容的一端接地。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述可变衰减器还包括：高频匹配节；每个所述二极管连接于两个所述高频匹配节之间。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述高频匹配节包括:微带线和电容节,所述电容节一端接地，另一端连接所述微带线；

每个所述二极管连接于两个所述微带线之间，所述二极管与所述微带线构成串联通路。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述微带线的长度小于1/4的所述自动电平控制电路的最高工作频率波长。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述电容节为分立电容或微带片。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述自动电平控制电路还包括：幅度调制单元，用于向所述可变衰减器提供控制信号。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述可变衰减器还包括：第一厄流电感、第二厄流电感以及旁路电容；

所述第一厄流电感的一端连接所述可变衰减器的输入端，其另一端接地；

所述旁路电容和所述第二厄流电感串联通路的一端与所述可变衰减器的输出端连接，另一端接地；所述控制信号通过所述第二厄流电感到达所述可变衰减器的输出端。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述自动电平控制电路设置于印刷电路板上。

上述具有可变衰减器的射频测量装置，其中，所述低频匹配节与所述高频匹配节分别位于所述印刷电路板上的所述二极管构成的通路的两侧。

本发明实施例所提供的具有可变衰减器的射频测量装置，实现了宽频带连续衰减，控制电路非常简单，用微带片改善了大控制电流下衰减器高频段的插损及驻波；采用级联的办法解决了单只二极管高频衰减量不够的问题；用RLC电路改善低频频率响应，尤其是小控制电流下衰减器频响。

通过本发明在衰减器给定相同电流范围情况下，增大了衰减器的动态范围，并改善了衰减频响。在20M到6G频率范围内衰减动态范围达到了70dB，AM调制深度达到了95%以上。

本发明采用至少两只串联的二极管，并在串联节点上加高频匹配节以及低频匹配节，这些与二极管自身寄生参数构成低通滤波器，用这些高频匹配节以及低频匹配节增加了衰减器的阶数，使其在相同的控制电流范围下衰减动态范围变大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中一种自动电平控制的具体电路示意图；

图2为本发明实施例中一种可变衰减器的具体电路示意图；

图3为本发明实施例中另一种可变衰减器的具体电路示意图；

图4为本发明实施例中一种微带片的示意图；

图5为本发明实施例中一种分立电容的示意图；

图6为本发明实施例中衰减量随频率变化的曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例所提供的一种具有可变衰减器的射频测量装置，如图1所示，

所述测量装置包括：具有可变衰减器101的自动电平控制电路（ALC）；所述自动电平控制电路（ALC）的输出信号1F控制所述可变衰减器进行衰减；

具体的，图1中1A是射频输入，经过ALC环路后通过1F输出。射频输入1A幅度随输入频率的变化而变化，射频输出1F将维持在与参考电压1G相关的电平上，而且保持恒定值。射频输出1F经过耦合器104将一部分射频信号交给检波器112检波，得到的检波电压经过对数放大器110将其对数放大，这样将射频功率输出1F转化为随其按对数变化的线性电压，然后与参考电压1G相比较，输出相应的误差电压送给由电容107和运放108构成的积分器来调整指数放大器105，指数放大器105控制衰减器101将输入功率1A衰减至合适的值，最后参考电压1G与对数放大器110输出电压相等，ALC达到平衡。

较佳的，本发明还提供一种实施例中，所述自动电平控制电路还包括：幅度调制单元（AM），用于向所述可变衰减器提供控制信号。

当电路处于AM调制状态时，AM调制信号由1H端口首先加至对数放大器111，使其幅度按对数规律变化，然后与参考电压1G和检波后对数放大110输出电压经过求和单元109得出相应的误差电压，这个误差电压经过由积分电容107和积分运放108的积分输出控制指数放大器105，其输出电流信号105控制衰减器101按AM调制规律衰减，这样AM调制信号就调制在射频输入1A上，AM射频信号将在1B口输出，然后AM射频信号通过功率放大器103放大，进而从1F口输出AM射频调制信号。当AM调制信号频率较高时，AM调制信号由1H端口经过对数放大器111对数放大后，由于受ALC带宽的限制，信号不经过ALC环路，而是直接加入求和器106，然后输入至指数放大器105控制衰减器101按照AM调制规律衰减，从而达到高频率的AM调制目的。在此，如果没有输入AM调制信号，则无需考虑电路处于AM调制状态。

另外，由于射频信号1A经过ALC后，其最大功率输出1F也要求大，这样要求衰减器101导通时***损耗尽可能的小，匹配也要好。由于指数放大器105的动态范围有限，故还要求衰减器101在衰减过程中频响要好。

根据上述实施例所提供的ALC，所述可变衰减器的结构如图2所示，包括：所述可变衰减器包括：二极管组，以及低频匹配节213；所述二极管组包含：至少两个以相同方向串联的二极管201以及202；所述二极管组的正向端连接所述可变衰减器的输出端2B，所述二极管组的负向端连接所述可变衰减器的输入端2A；

较佳的，二极管串联的越多，就能实现更宽动态范围的衰减，衰减量也增加。如果将10只可控阻抗的二极管串联而成，可以实现衰减>60dB的连续可调范围，和实现调制频率>100kHz，调制深度>95%的AM调制功能。在此实施例中先以两个串联的二极管为例。

所述低频匹配节213为RLC电路，所述RLC电路包含：串联的电阻210、电感211以及电容212；所述低频匹配节的一端设于两个所述二极管201以及202之间，另一端接地。

具体的，图2中2A是射频输入端口，对应图1中的1A点；2B是射频输出端口，对应图1中的1B点；2C衰减器电流控制端口，对应图1中的1C点。

较佳的，上述RLC电路中的电阻210，电感211和电容212的作用是在衰减器工作在低频范围时提高***阶数，增加低频范围衰减量，改善整个频带的频响。具体的，在该RLC电路中，电容212起到隔离直流之用，通常其取值比较大，在***最低工作频率下，其容抗小于10倍***特征阻抗即可；电阻210的大小由整个衰减器在频率高端衰减量决定，由RLC等效的电阻网络可以计算出电阻210的值；而电感211的取值由频率高端和低端的转折点决定，具体的电阻210，电感211和电容212的取值，可由EDA仿真软件根据要求直接仿真得到，因此不再具体求解。

具体的，低频时，在2C端口流入较大电流情况下，二极管201以及202的寄生电容和寄生电感可以忽略，此时二极管201以及202等效于两个串联的电阻，对射频信号进行分压，且也会有信号进入RLC电路，此时电阻210增加了一阶衰减器的阶数，衰减器的衰减量增加，并且在同样的衰减器电流变化范围时，衰减器的衰减变化范围将变大。当未接入AM调制信号时，根据ALC的平衡，衰减量将固定。

当AM输出调制信号时，AM调制信号通过ALC到达2C端口形成控制信号，控制所述衰减器的方法同上，在此不再赘述。

因此本发明实施例所提供的具有可变衰减器的射频测量装置在低频情况下，只通过控制信号电流的改变，就会进行衰减，且控制逻辑简单，且增加了衰减量，即在同样的衰减器电流变化范围时，增加了衰减器的衰减范围。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述RLC电路中的电阻的一端位于两个所述二极管之间，所述电容的一端接地。具体的，如图2所示，RLC电路根据电阻210、电感211以及电容212的顺序接入两个二极管201以及202之间。在ALC中存在***最高频率，也就是ALC工作的最高频率。具体的，随着频率升高，二极管封装的引线电感就不能忽视了，它会与二极管的分布电容构成串联谐振，这个串联谐振的频率点便是这只器件的最高应用频率了。在该最高频率下阻抗、容抗或感抗越小的器件远离二极管构成的通路，所以电容212的容抗最小应该最远离，于是其一端直接接地；电感211感抗次之，所以将其放中间；最后电阻210阻抗最大，所以放在最靠近二极管构成的通路。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述可变衰减器还包括：高频匹配节；每个所述二极管连接于两个所述高频匹配节之间。

为了能够实现在宽频范围内的衰减，本发明实施例中还在可变衰减器中增加了高频匹配节，如图3中的高频匹配节340、341、342以及343。

较佳的，高频匹配节与二极管中的寄生电容构成PI型电容网络，可以用于增加高频衰减，提高衰减器在高频下的衰减动态范围。借此，本发明实施例所提供的具有可变衰减器的射频测量装置，既具有低频匹配节又具有高频匹配节，可以用于宽频带的应用领域，且适用范围极广。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述高频匹配节包括:微带线和电容节,所述电容节一端接地，另一端连接所述微带线；

具体的，如图3所示，高频时，当3C端口流入大电流的情况下，此时二极管302、303以及304导通，其等效为串联电感，此串联电感和微带线，电容节构成低通滤波器，该低通滤波器的通带宽度大于或等于最高频率，这样衰减器对高频衰减就小，所以电容节和微带线扩大了高频信号的衰减范围。即在同样的衰减器电流变化范围时，衰减器的衰减范围将变大。当未接入AM调制信号时，根据ALC的平衡，衰减量将固定。

较佳的，在高频时，高频匹配节对射频信号进行衰减；此时，由于低频匹配节中的电感通低频阻高频的作用，低频匹配节不起作用；当在低频时，由于高频匹配节中的电容起到同高频阻低频的作用，因此高频匹配节不起作用，以此来完成本发明。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述电容节为分立电容或微带片。

较佳的，如图3中电容节330,331,332,333可以用图4中的分立电容401来实现，也可以由图5中的微带片501来实现，该微带片501的一端接地。具体高频匹配节的分立电容或者微带片的取值需要由***的最高工作频率范围和二极管中的寄生电容来决定。在此，具体的值可由EDA仿真软件根据要求直接仿真得到，因此不再具体求解。

较佳的，二极管之间连接的微带线310，311,312，313除了直接连接二极管外，还有匹配的作用。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述微带线的长度小于1/4的所述自动电平控制电路的最高工作频率波长。较佳的，微带线阻抗的设计需要根据二极管等效电路中的寄生电容和电感来决定。较佳的，电容节与PIN二极管寄生电感构成低通滤波器，这个滤波器希望截止频率定在***最高工作频率上微带线长度<1/4的所述自动电平控制电路的最高工作频率波长。最高工作频率与最高工作频率波长关系可以通过现有技术求得。例如，如最高频率为6G时应该小于7.5mm。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，如图3所示，所述可变衰减器还包括：第一厄流电感301、第二厄流电感304以及旁路电容305；

较佳的，第一厄流电感301、第二厄流电感304以及旁路电容305的作用是阻止射频信号倒灌入控制输入端3C。控制电流从3C口输入，经过厄流电感204到达3B点，然后通过微带线313到达二极管304，经过连接的微带线312达到第三只二极管303，如此方向，最后经过微带线310到达3A点，最后经过连接的厄流电感301进入大地。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述自动电平控制电路设置于印刷电路板上。

本发明实施例提供的具有可变衰减器的射频测量装置，较佳的，所述低频匹配节与所述高频匹配节分别位于所述印刷电路板上的所述二极管构成的通路的两侧。

下面借助图6来对本发明实施例所提供的具有可变衰减器的射频测量装置中衰减量随频率变化的曲线来进行说明。

当衰减器的衰减量最小时，即衰减器中电流最大，在没有低频匹配节RLC以及高频匹配节时，效果如图中虚线6A，在频率高端插损较大，低端插损小。

当加入RLC，电容节和微带线后，效果如图中实线6A'所示，其衰减量大于6A，且频率低端插损变大，线条也较直，表示频响也得到改善。

当衰减器正常衰减时，衰减器中的电流在正常衰减范围内，在没有低频匹配节RLC以及高频匹配节时，衰减曲线如图6中点划线6B所示，频率高端受二极管中的分布电容和分布电感的影响，曲线上翘，表示衰减量不够。当加入电容节和微带线后，且不加入低配匹配节RLC电路时，由于分布参数和电容节与微带线构成高阶低通滤波器和电容网络，频率高端衰减会增大，如图6中的虚线6B'所示。

并在上述基础上加入RLC电路将使频率较低时整个电路也能构成高阶网络，使其低频时衰减量也加大，如图6中的实线6B"所示。

最后的动态范围就如图6中两实线6A'和6B"所示，比原来6A和6B动态范围要大很多，而且频率响应也得到很大改善。

借此，本发明实施例所提供的具有可变衰减器的射频测量装置，不仅控制电路非常简单，只需控制二极管中的电流就能实现调整其衰减量，而且能实现宽频带衰减控制，而且在相同的控制电流下，频响有了很大的改善。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有可变衰减器的射频测量装置其特征在于，所述测量装置包括：具有可变衰减器的自动电平控制电路；所述自动电平控制电路的输出信号控制所述可变衰减器进行衰减；

所述可变衰减器包括：二极管组，以及低频匹配节；

2.根据权利要求1所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述RLC电路中的电阻的一端位于两个所述二极管之间，所述电容的一端接地。

3.根据权利要求1所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述可变衰减器还包括：高频匹配节；每个所述二极管连接于两个所述高频匹配节之间。

4.根据权利要求3所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述高频匹配节包括:微带线和电容节,所述电容节一端接地，另一端连接所述微带线；

5.根据权利要求4所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述微带线

的长度小于1/4的所述自动电平控制电路的最高工作频率波长。

6.根据权利要求4所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述电容节为分立电容或微带片。

7.根据权利要求1所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述自动电平控制电路还包括：幅度调制单元，用于向所述可变衰减器提供控制信号。

8.根据权利要求7所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述可变衰减器还包括：第一厄流电感、第二厄流电感以及旁路电容；

9.根据权利要求3所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述自动电平控制电路设置于印刷电路板上。

10.根据权利要求9所述的具有可变衰减器的射频测量装置，其特征在于，所述低频匹配节与所述高频匹配节分别位于所述印刷电路板上的所述二极管构成的通路的两侧。