射频衰减器是一种无源器件,其基本作用是降低射频信号的幅度,这一点与放大器恰好相反。图2.1所示是几种射频衰减器的基本工作原理图。
衰减量
衰减量是最常用的术语,用于描述传输过程中从衰减器的一端到另一端的信号减小的量值,即S21参数,可用倍数或分贝数来表达:
式中,A为衰减量(dB);Pout 为输出信号电平; Pin 为输入信号电平。注意, Pou t和Pin 均采用同一单位的功率值(W,mW或UW )。
常见的衰减量为 3dB , 6dB , 10dB , 15dB , 20dB , 30dB 和 40dB , 在一些小功率衰减器(2W以下)中,可以见到1dB,2dB,…,10d 日的衰减量;少数特大功率的衰减器有50dB以上的衰减量;精密衰减器则可以做到小数点后一位的衰减量。
衰减量的频率响应
在25℃时,整个频率范围内衰减量的变化量(dB),也被称为衰减量的平坦度。
频率响应是衰减器的重要指标,如在放大器或发射机的谐波测量中,衰减器的频率响应指标将会影响到谐波测量的相对值误差。下图是一个典型的衰减器(1W,1GHz,20dB, HZ24-20dB)。
衰减量的偏差
在25℃,输入功率10mW时测得的插入损耗和标称值的偏差。
VSWR
VSWR 即S11/S22 参数,等于特性阻抗与衰减器的输入/输出阻抗的比值。对于微沏射频路由器件,如电缆和转接器,其输入阻抗和输出阻抗几乎相等,而衰减器则不同,这是由于其存在衰减特性的缘故。衰减器的这种特性可被用于射频系统中的阻抗匹配。衰减器有较好的VSWR表现,其典型值小于1.1 。图 2 . 3 是一个衰减器的典型VSWR指标。
平均功率容量
即在衰减器输出端接特性阻抗,环境温度为25℃时可长期加到衰减器输入端的最大平均功率。当工作温度升至 125℃时,允许的输入功率降到额定功率的10 % (见图 2 . 4 ) ,衰减器的其他指标不应该发生变化。需要注意的是,输入到衰减器中的绝大部分射频能量均被转换成热能并通过散热片消耗掉,所以衰减器在工作时具有较高的表面工作温度。
最大峰厦功率
最大峰值功率的定义和最大平均功率类似,但所加功率的脉冲宽度和峰值功率的关系通常由制造商自行定义。
功率系数
当输入功率从10mW变化到额定功率时,衰减量的变化系数,表示为 dB / (dB· W )。衰减量的变化值的具体计算方式是将功率系数乘以总衰减量(dB)和功率( W )。例如,一个功率容量为 50W 、标称衰减量为 40dB 的衰减器的功率系数为 0 . 001dB / ( d dB· W ) ,意味着输入功率从 1 Om W加到 50 W时,其衰减量会变化 0 . 001 x40x50 =2 ( dB )之多!
在测试和测量中,这项指标将直接影响到最终的精度,尤其是大功率测量时。如用上述衰减器来测量蜂窝基站的输出功率,当被测功率为 20W ( 43dBm )时,衰减器的衰减量变化了 0 . 001 x 40x 20=0 . 8 ( dB),这意味着最终测试结果可能是 43dBm±0 . 8dBm ,仅衰减器误差就高达-17%和+ 20 % ,这还未计算失配误差和功率计误差。尽管如此,这项指标却被大多数衰减器生产厂家和使用者所忽视,只有少数厂家在其产品手册中提到了功率系数指标。
温度系数
温度系数是指在最大工作温度范围内插入损耗的最大变化,用 dB / ( dB ·℃)表示,其典型值为 0 . OO04dB / ( dB ·℃ )。例如,在 25-25℃ 范围内,一个标称值为 3OdB的衰减器的衰减量变化为 0 . 0004=30x100=1.2 ( dB )。
工作温度极限
工作温度极限是衰减器工作在最大输入功率时的最高温度 (℃)。
连接器的寿命
连接器的寿命是指正常连接/断开的次数。在规定的连接器寿命内,衰减器的所有电气和机械指标应该满足产品手册中规定的要求。
无源互调失真
无源互调失真是由于器件中的非线性因素而产生的。尤其需要关注的是三阶互调失真,因为三阶互调产物最大而且会干扰系统的正常工作,距离载频很近的三阶互调很难被滤除。三阶互调电平的测试方法是将两个等幅的纯净信号( f1 和 f2 )注入到被测衰减器中,三阶互调将以传输互调的形式出现在输出端;并以反射互调的形式出现在输入端,三阶互调的频率为 2f1-f2 和 2f2-f1 。三阶互调产物由相对于f1或 f2 的大小来定义,用-dBc 来表示。