CN108063604A - 一种低插损毫米波数字衰减器 - Google Patents

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谢卓恒
范麟
余晋川
万天才
刘永光
徐骅
李明剑
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Chongqing Southwest Integrated-Circuit Design Co., Ltd.
CETC 24 Research Institute
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CHONGQING SOUTHWEST INTEGRATED-CIRCUIT DESIGN Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种低插损毫米波数字衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载，其特征在于：在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有n级衰减单元；每一级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；所有的四分之一波长微带线串联连接，第一级衰减单元的四分之一波长微带线输入端与功率输入端连接，最后一级衰减单元的四分之一波长微带线的输出端连接功率输出端；每一级衰减单元的射频开关的控制端接收开关控制信号；当某个射频开关截止时，与该截止的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元；可广泛应用在3G、4G、5G等高频通信***中。

Description

一种低插损毫米波数字衰减器
技术领域
本发明属于无线通信电子电路技术领域，具体涉及低插损毫米波数字衰减器。
背景技术
5G无线通信应用中，需要对每一通道中信号的幅度进行精确控制，数控衰减器用于对信号幅度进行控制，其衰减精度对整机的性能影响巨大。同时，衰减器的***损耗会导致接收通道的噪声系数恶化和发射通道中的输出功率下降。
衰减器作为T/R模块的一部分，控制着不同路径上的信号幅度，不仅需要提供大的动态范围和精确的衰减量，还需要在进行幅度控制的同时保证小的传输相移以避免复杂的相位校准。同时，小的***损耗可以减小衰减器对通道增益的固有影响。另外，由于T/R***需要使用大量的收发单元，低功耗对于衰减电路来说将是一个重要的要求。因此低插损、高精度的数控衰减器是保证无线通信性能的关键，需要重点突破相关技术。
传统的毫米波数字衰减器插损较大，导致通信***接收通道噪声系数上升、线性度下降、功耗增加。本发明提出的一种低插损毫米波数字衰减器，实现了降低毫米波衰减器插损的目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于实现低插损毫米波数字衰减器电路。
本发明为了解决上述技术问题，采用如下的技术方案：
一种低插损毫米波数字衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载，其特征在于：在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有n级衰减单元，n取≥1的自然数；每一级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；所有的四分之一波长微带线串联连接，第一级衰减单元的四分之一波长微带线输入端与功率输入端连接，最后一级衰减单元的四分之一波长微带线的输出端连接功率输出端；每一级衰减单元的射频开关的控制端接收开关控制信号。当某个射频开关截止时，与该截止的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元；当某个射频开关导通时，与该导通的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过该导通的射频开关衰减后再通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元。
本发明所有衰减单元均采用相同的电路来实现，每一级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；当所有的射频开关都截止时，射频信号仅通过n条四分之一波长微带线传输，其损耗仅为n条四分之一波长微带线的线损，并且随着信号频率上升，四分之一波长微带线变短，衰减器的插损和面积将进一步下降；当射频开关导通时，由于射频开关具有导通电阻，因此导通电阻会吸收部分射频输入信号功率，其吸收的功率量和射频开关导通电阻值具有比例关系，当射频开关导通电阻和负载电阻相等即为50ohm时，射频开关吸收的射频信号功率最大，衰减量也最大。
根据本发明所述的低插损毫米波数字衰减器的优选方案，射频开关由MOS场效应管构成，MOS场效应管的栅极为射频开关的控制端，接收开关控制信号；MOS场效应管的源极接地，MOS场效应管的漏极接四分之一波长微带线输入端。
本发明所述的低插损毫米波数字衰减器电路的有益效果是：本发明通过四分之一波长微带线结合射频开关的方式，通过射频开关吸收射频信号功率，在直通情况，射频信号仅通过四分之一波长微带线传输，插损极低，且随着频率上升，四分之一波长微带线变短，衰减器的插损和面积将进一步下降；本发明所述的低插损毫米波数字衰减器可应用在5G通信***中，较传统的数字衰减器相比，具有插损更低、功耗更小、频率特性更好的特点；可广泛应用在3G、4G、5G等高频通信***中，并具有较大的优势。
附图说明
图1是本发明所述的低插损毫米波数字衰减器电路原理图。
图2是低插损毫米波数字3dB衰减器电路图。
图3是低插损毫米波数字12dB衰减器电路图。
具体实施方式
参见图1，一种低插损毫米波数字衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载R，在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有n级衰减单元π1～πn，n取≥1的自然数；每一级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；衰减单元π1由射频开关K1和四分之一波长微带线L1构成，衰减单元π2由射频开关K2和四分之一波长微带线L2构成，衰减单元π3由射频开关K3和四分之一波长微带线L3构成，衰减单元πn由射频开关Kn和四分之一波长微带线Ln构成；所有的四分之一波长微带线L1～Ln串联连接，第一级衰减单元π1对应的四分之一波长微带线输入端L1与功率输入端连接，最后一级衰减单元πn对应的四分之一波长微带线Ln的输出端连接功率输出端；每一级衰减单元的射频开关的控制端接收开关控制信号；当某个射频开关截止时，与该截止的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元；当某个射频开关导通时，与该导通的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过该导通的射频开关衰减后再通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元。
比如：当射频开关K2截止时,射频开关K2对应的衰减单元π2将衰减单元π1输出的射频信号通过四分之一波长微带线L2传输到下一级衰减单元π3，当射频开关K2导通时，射频开关K2对应的衰减单元π2将衰减单元π1输出的射频信号通过射频开关K2衰减后再通过四分之一波长微带线L2传输到下一级衰减单元π3。当所有的射频开关都截止时，射频信号仅通过n条四分之一波长微带线传输。
在具体实施例中，射频开关由MOS场效应管构成，MOS场效应管的栅极为射频开关的控制端，接收开关控制信号；MOS场效应管的源极接地，MOS场效应管的漏极接四分之一波长微带线输入端。
参见图2，图2为低插损毫米波数字3dB衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载R；在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有一级衰减单元，该衰减单元由射频开关K和四分之一波长微带线L构成；射频开关K由MOS场效应管构成，MOS场效应管的栅极为射频开关的控制端，接收开关控制信号；MOS场效应管的源极接地，MOS场效应管的漏极接四分之一波长微带线L输入端和功率输入端，四分之一波长微带线L输出端连接功率输出端。当射频开关K截止时,射频输入信号通过四分之一波长微带线L传输到功率输出端，当射频开关K导通时，射频输入信号通过射频开关K衰减后再通过四分之一波长微带线L传输到功率输出端。
由于射频开关关断时寄生电容较小，因此直通损耗等于50ohm微带线损耗，当射频开关开启时，由于其导通电阻约50欧姆，与微带线的负载阻抗一致，因此通过射频开关的功率和通过微带线到达负载的功率是相等的，也就是说功率被射频开关吸收了一半，因此衰减量为3dB。
参见图3，图3为低插损毫米波数字12dB衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载R；在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有四级衰减单元π1～π4，每级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；射频开关由MOS场效应管构成；MOS场效应管的栅极为射频开关的控制端，接收开关控制信号；所有MOS场效应管的源极接地；衰减单元π1由第一MOS场效应管和四分之一波长微带线L1构成，衰减单元π2由第二MOS场效应管和四分之一波长微带线L2构成，衰减单元π3由第三MOS场效应管和四分之一波长微带线L3构成，衰减单元π4由第四MOS场效应管和四分之一波长微带线L4构成；第一MOS场效应管的漏极接四分之一波长微带线L1的输入端和功率输入端，四分之一波长微带线L1的输出端连接四分之一波长微带线L2的输入端和第二MOS场效应管的漏极，四分之一波长微带线L2的输出端连接四分之一波长微带线L3的输入端和第三MOS场效应管的漏极，四分之一波长微带线L3的输出端连接四分之一波长微带线L4的输入端和第四MOS场效应管的漏极，四分之一波长微带线L4的输出端连接功率输出端。当某个射频开关截止时，与该截止的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元；当某个射频开关导通时，与该导通的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过该导通的射频开关衰减后再通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元。
由于每一级衰减器的衰减量为3dB，因此四级衰减器的衰减量为3dB*4，也就是12dB。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种低插损毫米波数字衰减器，包括功率输入端和功率输出端，功率输入端接收射频输入信号，功率输出端连接负载，其特征在于：在所述功率输入端和功率输出端之间串联连接有n级衰减单元，n取≥1的自然数；每一级衰减单元均由射频开关和四分之一波长微带线构成；所有的四分之一波长微带线串联连接，第一级衰减单元的四分之一波长微带线输入端与功率输入端连接，最后一级衰减单元的四分之一波长微带线的输出端连接功率输出端；每一级衰减单元的射频开关的控制端接收开关控制信号；当某个射频开关截止时，与该截止的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元；当某个射频开关导通时，与该导通的射频开关对应的衰减单元将收到的射频信号通过该导通的射频开关衰减后再通过对应的四分之一波长微带线传输到下一级衰减单元。
2.根据权利要求1所述的低插损毫米波数字衰减器，其特征在于：射频开关由MOS场效应管构成，MOS场效应管的栅极为射频开关的控制端，接收开关控制信号；MOS场效应管的源极接地，MOS场效应管的漏极接四分之一波长微带线输入端。
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