大功率衰減器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

市場(chǎng)上的大多數(shù)衰減器基于絲網(wǎng)印刷在或沉積在陶瓷基板(通常是氧化鈹)上的厚或薄膜阻抗設(shè)計(jì)，這種技術(shù)需要特殊的處理、工藝和流程。這種方法非常適合于小功率衰減器，但要達(dá)到1kW水平，會(huì)很困難也會(huì)很昂貴。幸運(yùn)的是，選用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)衰減器，以具成本效益的方式提供了大的平均功率和峰值功率處理能力。本文討論如何借助現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)元件配置一個(gè)可用于廣播、電磁兼容(EMC)、半導(dǎo)體、軍事、醫(yī)療、科學(xué)及其它大功率應(yīng)用的1到12.5kW的大功率衰減器系統(tǒng)。

大功率信號(hào)處理和測(cè)試需要高頻衰減器，這些衰減器要能處理大功率信號(hào)且不會(huì)影響信號(hào)性能。特別是對(duì)諸如在商業(yè)廣播和軍用雷達(dá)系統(tǒng)中常見(jiàn)的超過(guò)1kW的信號(hào)來(lái)說(shuō)，可靠的衰減器對(duì)任何測(cè)試系統(tǒng)都至關(guān)重要。

研發(fā)高效大功率衰減器系統(tǒng)的第一步是為應(yīng)用所預(yù)期的最高額定峰值功率和平均功率選擇合適的射頻負(fù)載。例如，若應(yīng)用要求具有10kW的平均功率處理能力，那么就應(yīng)選用一個(gè)10kW負(fù)載。對(duì)這種功率水平來(lái)說(shuō)，油(硅或礦物質(zhì))電介質(zhì)負(fù)載(圖1)是最具成本效益且最緊湊小巧的負(fù)載形式之一。若沒(méi)有油電介質(zhì)，為冷卻電阻采用的強(qiáng)制風(fēng)冷會(huì)使負(fù)載設(shè)計(jì)得大如一個(gè)機(jī)柜。

裝配大功率衰減器系統(tǒng)的第二步是采用1-5/8英寸EIA法蘭樣式的負(fù)載連接器，借助專為能滿足這種功率水平要求的同軸連接器進(jìn)行連接。此連接將負(fù)載與系統(tǒng)中的剛性線路部分連接起來(lái)，在一次測(cè)量過(guò)程中通常不會(huì)斷開(kāi)此連接。剛性線路配備1-5/8英寸連接器，該連接器一般額定可處理約30千瓦的功率。因此，與剛性線路部分的連接要考慮匹配EIA法蘭。剛性線路和負(fù)載連接器間的連接元件包括將這兩個(gè)連接器連接起來(lái)所需的全部螺栓和硬件。

裝配大功率衰減器系統(tǒng)的第三步是為連接大功率負(fù)載(圖2)確定一種采用1-5/8英寸法蘭連接的剛性線路部分。一旦選定負(fù)載連接器，就必須組裝耦接頭/傳感器模塊。它包括一個(gè)用于匹配負(fù)載部分的同軸剛性線路部分。該線路部分可以有多種配置，如：?jiǎn)?、雙或三插座。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，帶帶1-5/8英寸EIA法蘭連接器的單插座剛性線路部分可用于多種應(yīng)用。

裝配大功率衰減器系統(tǒng)的第四步涉及選擇一款RF采樣電致非指向性器件。它要有寬帶耦合環(huán)或用于使位于剛性線路內(nèi)中心部位的導(dǎo)體平行的平板。為保證寬帶特性以及使對(duì)插入損耗和電壓駐波比的影響盡可能地小，對(duì)其機(jī)械尺寸容差的要求非常嚴(yán)格。一旦插入到線路部分，則整個(gè)元件就變成為2至1000MHz的非指向性耦合器，它能夠滿足負(fù)載的額定功率要求。被稱為X-Tractors的采樣元件有一個(gè)可調(diào)設(shè)定螺釘，使用該螺釘可對(duì)預(yù)設(shè)的49dB耦合值進(jìn)行±8dB的微調(diào)(圖3)。低信號(hào)通過(guò)位于采樣元件頂部的一個(gè)BNC母接頭輸出。理論上，在采樣元件上添加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)BNC固定衰減器可進(jìn)一步降低信號(hào)水平。該衰減器應(yīng)滿足2W CW(等幅波)要求。

裝配大功率衰減器系統(tǒng)的第五步(可選)是為剛性線路部分選擇一個(gè)輸入接口。為保證真正的大功率處理能力，剛性線路部分可接受另一個(gè)1-5/8英寸耦合器和線路部分。但為了方便，剛性線路的輸入端最好采用標(biāo)準(zhǔn)同軸類型連接器，如N、HN、LC或7/16英寸EIA母接頭。為做到這一點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的同軸適配器套件可對(duì)接多種不同類型的同軸連接器，從而能對(duì)許多不同應(yīng)用提供支持。應(yīng)該指出，該衰減器總成的這個(gè)部分會(huì)需要一個(gè)額外的耦合器(圖4)。采用商業(yè)現(xiàn)成部件和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)同軸連接器組裝的最終系統(tǒng)可覆蓋2到1000MHz頻率、在約50MHz以上頻段具有優(yōu)異的振幅平坦度(圖5)。對(duì)低于這個(gè)頻率、要求高精度的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可選用定頻衰減器和窄頻帶方案。

為大功率測(cè)試和其它大功率應(yīng)用具體研制一款具成本效益的衰減器系統(tǒng)并不需定制產(chǎn)品，也無(wú)需很長(zhǎng)的交貨周期，無(wú)需多家供應(yīng)商的參與和很高的一次性工程(NRE)支出。使用可完美匹配的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成產(chǎn)品，可節(jié)約時(shí)間、降低成本、節(jié)省空間。下表給出了一個(gè)通常如何將標(biāo)準(zhǔn)模式產(chǎn)品用于一個(gè)頻率高于1GHz、很高功率水平的1-5/8英寸衰減器系統(tǒng)的范例。