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光衰減器的種類及工作原理
來源: 閱(yue)讀(du):1035 發(fa)布時(shi)間:2021-07-15 10:30:47
光衰減器的種類及工作原理

衰減器(qi)是一種(zhong)提供(gong)衰減的(de)(de)電子(zi)元器(qi)件, 廣泛地(di)應(ying)用(yong)于(yu)電子(zi)設備中,它的(de)(de)主要用(yong)途是

(1)調整電路中(zhong)信號的大小;

(2)在比較法測量電路中,可用來(lai)直讀被(bei)測網絡的衰減值;

(3)改善阻(zu)抗(kang)匹配,若某些電路要求有(you)一(yi)個比較穩定的(de)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)時(shi),則可(ke)在此(ci)電路與實際(ji)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)之間插入一(yi)個衰(shuai)減器(qi),能夠緩沖阻(zu)抗(kang)的(de)變化。

原理

衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器是在(zai)指定(ding)的(de)(de)頻率范圍內,一種用(yong)以引(yin)入(ru)一預定(ding)衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)電(dian)路。一般以所(suo)引(yin)入(ru)衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)分貝數(shu)及其(qi)特性阻(zu)抗的(de)(de)歐姆數(shu)來標明。在(zai)有(you)(you)(you)線電(dian)視系統(tong)里廣(guang)泛使用(yong)衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器以便滿足多端口對(dui)電(dian)平的(de)(de)要(yao)求。如放大(da)器的(de)(de)輸入(ru)端、輸出端電(dian)平的(de)(de)控(kong)制(zhi)、分支衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)量的(de)(de)控(kong)制(zhi)。衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器有(you)(you)(you)無源衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器和(he)有(you)(you)(you)源衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器兩種。有(you)(you)(you)源衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器與其(qi)他(ta)熱(re)敏元件相配合組(zu)成(cheng)可(ke)變(bian)衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器,裝置在(zai)放大(da)器內用(yong)于自動增(zeng)益或(huo)斜率控(kong)制(zhi)電(dian)路中。無源衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器有(you)(you)(you)固(gu)定(ding)衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器和(he)可(ke)調衰(shuai)減(jian)(jian)(jian)(jian)器。

 

技術指標

 

工作頻帶

衰減(jian)器的(de)工作(zuo)頻帶(dai)是(shi)指在給定頻率(lv)范(fan)圍內使用衰減(jian)器,衰減(jian)器才能達到(dao)指標值(zhi)。由于(yu)射頻/微波

數字衰減器

結構與(yu)頻率有關,不同(tong)頻段的(de)(de)元器件,結構不同(tong),也(ye)不能通用。現代(dai)同(tong)軸結構的(de)(de)衰減器使用的(de)(de)工作頻帶相當寬,設計(ji)或使用中要加以注意。

衰減量

無(wu)論形成(cheng)功率衰(shuai)減的機理和具(ju)體結(jie)構如何,總是可以用下圖所示的兩端口網絡來(lai)描述衰(shuai)減器。

圖中,信號輸入端的(de)功(gong)率為(wei)(wei)P1,而輸出端的(de)功(gong)率為(wei)(wei)P2,衰(shuai)減器的(de)功(gong)率衰(shuai)減量為(wei)(wei)A(dB)。若P1 、P2 以(yi)分(fen)貝毫瓦(dBm)表示,則兩端功(gong)率間的(de)關系為(wei)(wei)

P2(dBm)= P1(dBm)- A(dB)

可(ke)以看出,衰(shuai)(shuai)減(jian)量(liang)描(miao)述功率(lv)通過衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)后功率(lv)的(de)變(bian)小(xiao)(xiao)程度。衰(shuai)(shuai)減(jian)量(liang)的(de)大小(xiao)(xiao)由構成衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)的(de)材(cai)料和結構確定。衰(shuai)(shuai)減(jian)量(liang)用分貝作(zuo)單位,便于整機指標計算。

功率容量

衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)是一種(zhong)能(neng)量(liang)(liang)(liang)消耗元件(jian),功率消耗后(hou)變成熱(re)量(liang)(liang)(liang)。可以想象,材料結(jie)構確定后(hou),衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)的功率容量(liang)(liang)(liang)就確定了。如果讓衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)承受的功率超過這個極限(xian)值,衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)就會(hui)被燒(shao)毀。設計和使用時,必須明確功率容量(liang)(liang)(liang)。

回波損耗

回波損耗就是(shi)衰(shuai)減(jian)器(qi)的(de)(de)駐(zhu)波比,要求(qiu)衰(shuai)減(jian)器(qi)兩(liang)端(duan)的(de)(de)輸入輸出駐(zhu)波比應盡可(ke)能(neng)小。我們(men)希(xi)望的(de)(de)衰(shuai)減(jian)器(qi)是(shi)一個功率消耗元件,不能(neng)對兩(liang)端(duan)電(dian)路有影響,也就是(shi)說,與(yu)兩(liang)端(duan)電(dian)路都是(shi)匹配的(de)(de)。設計衰(shuai)減(jian)器(qi)時要考慮這一因素。

功率系數

當輸入功(gong)(gong)率(lv)從(cong)(cong)10mW變化到(dao)額定功(gong)(gong)率(lv)時(shi),衰(shuai)減(jian)(jian)量(liang)的變化系(xi)數表(biao)示為(wei)(wei)dB/(dB*W)。衰(shuai)減(jian)(jian)量(liang)的變化值的具體算法是(shi)將系(xi)數乘(cheng)以總衰(shuai)減(jian)(jian)量(liang)功(gong)(gong)率(lv)(W)。如:一個(ge)功(gong)(gong)率(lv)容量(liang)50W,標稱衰(shuai)減(jian)(jian)量(liang)為(wei)(wei)40dB的衰(shuai)減(jian)(jian)器的功(gong)(gong)率(lv)系(xi)數為(wei)(wei)0.001dB/(dB*W),意味著輸入功(gong)(gong)率(lv)從(cong)(cong)10mW加到(dao)50W時(shi),其衰(shuai)減(jian)(jian)量(liang)會(hui)變化0.001*40*50=2dB之(zhi)多!

基本構成

構成射頻/微波功率衰減器的基(ji)本材料是電阻性材料。

通(tong)常的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)是(shi)衰(shuai)減(jian)器的(de)(de)(de)一種基本形(xing)(xing)式,由此(ci)形(xing)(xing)成的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)衰(shuai)減(jian)器網絡(luo)就(jiu)(jiu)是(shi)集總參數衰(shuai)減(jian)器。通(tong)過一定(ding)的(de)(de)(de)工藝(yi)把電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)材料(liao)放置到不同波段的(de)(de)(de)射頻(pin)/微波電(dian)(dian)(dian)路(lu)結構中(zhong)就(jiu)(jiu)形(xing)(xing)成了(le)相應(ying)頻(pin)率的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)器。如果是(shi)大功(gong)率衰(shuai)減(jian)器,體積(ji)肯定(ding)要加(jia)大,關鍵(jian)就(jiu)(jiu)是(shi)散熱(re)設計。隨著現代電(dian)(dian)(dian)子(zi)技術的(de)(de)(de)發展(zhan),在(zai)許多(duo)場合(he)要用到快速調整衰(shuai)減(jian)器。這種衰(shuai)減(jian)器通(tong)常有兩(liang)種實現方式,一是(shi)半(ban)導體小(xiao)功(gong)率快調衰(shuai)減(jian)器,如PIN管或FET單片集成衰(shuai)減(jian)器;二是(shi)開(kai)關控制(zhi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)衰(shuai)減(jian)網絡(luo),開(kai)關可以(yi)(yi)是(shi)電(dian)(dian)(dian)子(zi)開(kai)關,也可以(yi)(yi)是(shi)射頻(pin)繼電(dian)(dian)(dian)器。

相關參數

 

1)衰(shuai)減:用(yong)于描述傳輸過程中從一端(duan)(duan)到另一端(duan)(duan)的(de)信號減少的(de)量值(zhi)。可用(yong)倍數(shu)或(huo)分(fen)貝數(shu)來表達(da)。

2)VSWR:等于特性阻(zu)抗與連接在傳輸線輸出端(duan)的負(fu)載(zai)阻(zu)抗的比值。

3)max平均功(gong)率(lv):在衰(shuai)減器(qi)輸(shu)出端(duan)接特性阻抗時(shi),在指定的max工作溫度(du)(du)上可長期(qi)加(jia)到衰(shuai)減器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)的max功(gong)率(lv)。當工作溫度(du)(du)降(jiang)至20ºC,輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)降(jiang)到10mW時(shi),衰(shuai)減器(qi)的其它指標不應(ying)該發生變(bian)化(hua)。

4)插入(ru)損耗(hao)的(de)功率(lv)系數:當輸入(ru)功率(lv)從10mW到(dao)額定功率(lv)時,插入(ru)損耗(hao)的(de)變化值(dB)。

5)max峰值功(gong)率(lv):在(zai)衰(shuai)(shuai)減器(qi)(qi)輸(shu)出端接特性(xing)阻抗時,在(zai)指(zhi)(zhi)定的(de)max工作溫度上(shang),在(zai)指(zhi)(zhi)定的(de)時間內,加到(dao)衰(shuai)(shuai)減器(qi)(qi)輸(shu)入(ru)(ru)端的(de)5ms脈沖寬度max峰值功(gong)率(lv)。當工作溫度降至20ºC,輸(shu)入(ru)(ru)功(gong)率(lv)降到(dao)10mW時,衰(shuai)(shuai)減器(qi)(qi)的(de)其它指(zhi)(zhi)標不應該發生變(bian)化(hua)。

6)溫(wen)度(du)系數:在max工作溫(wen)度(du)范圍內插(cha)入損耗的max變(bian)化,用dB/ºC表(biao)示。

7)沖擊和(he)振動:衰減(jian)器必須(xu)承受(shou)三個方向的沖擊和(he)振動試驗。

8)插(cha)入損耗的頻率響(xiang)應:在20ºC時,整個頻率范圍內損耗值的變(bian)化量(dB)。

9)工作溫度上限:衰減器(qi)工作在max輸入功率時的max溫度(ºC)。

10)標稱插(cha)入(ru)(ru)損耗(hao)的(de)偏(pian)差:在20ºC,輸入(ru)(ru)功率10mW時測得的(de)插(cha)入(ru)(ru)損耗(hao)和標稱值的(de)偏(pian)差。

11)接頭壽(shou)(shou)命(ming):正(zheng)常(chang)連(lian)接/斷(duan)開的(de)次數;在規定(ding)的(de)壽(shou)(shou)命(ming)內所(suo)有的(de)電氣和機械指標(biao)應該滿(man)足指標(biao)要(yao)求。

12)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)失(shi)(shi)真(zhen):互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)失(shi)(shi)真(zhen)由雜(za)散信號組成(cheng),它是由于器件中(zhong)的(de)非線性因素而產生的(de)。尤其需要(yao)關注(zhu)的(de)是三(san)(san)(san)階(jie)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)失(shi)(shi)真(zhen),因為三(san)(san)(san)階(jie)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)產物max而且不可被(bei)濾除。三(san)(san)(san)階(jie)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)電平的(de)測(ce)試方法是將(jiang)二個等幅(fu)的(de)純凈(jing)信號(f1和(he)f2)注(zhu)入到被(bei)測(ce)器件中(zhong),三(san)(san)(san)階(jie)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)將(jiang)出現(xian)在輸出頻(pin)譜的(de)2f1-f2和(he)2f2-f1處。三(san)(san)(san)階(jie)互(hu)(hu)(hu)(hu)調(diao)(diao)產物由相對(dui)于f1或f2的(de)大小來定義,由-dBc來表示(shi)。

 

種類

位移型光衰減器

當(dang)兩段光(guang)(guang)(guang)(guang)纖進(jin)行連接(jie)時,必須(xu)達到相當(dang)高的(de)(de)(de)對(dui)中精度,才能使(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)信號以較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)損耗(hao)傳輸(shu)過(guo)去(qu)。反(fan)過(guo)來,如果將(jiang)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖的(de)(de)(de)對(dui)中精度做適當(dang)的(de)(de)(de)調(diao)整,就(jiu)可(ke)以控制(zhi)(zhi)其衰(shuai)(shuai)減(jian)量(liang)(liang)(liang)。位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)就(jiu)是(shi)根(gen)據這個原(yuan)理,有意讓光(guang)(guang)(guang)(guang)纖在(zai)對(dui)接(jie)時,發生一(yi)(yi)(yi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)錯位(wei)(wei)。使(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)能量(liang)(liang)(liang)損失(shi)一(yi)(yi)(yi)些,從(cong)而達到控制(zhi)(zhi)衰(shuai)(shuai)減(jian)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de),位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)又分為兩種(zhong)(zhong):橫(heng)向(xiang)位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)、軸向(xiang)位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)。橫(heng)向(xiang)位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)是(shi)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)比較(jiao)傳統的(de)(de)(de)方(fang)法,由于橫(heng)向(xiang)位(wei)(wei)移參(can)數的(de)(de)(de)數量(liang)(liang)(liang)級(ji)均在(zai)微米(mi)級(ji),所以一(yi)(yi)(yi)般不用(yong)來制(zhi)(zhi)作可(ke)變衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi),僅用(yong)于固(gu)定(ding)(ding)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)作中,并采用(yong)熔接(jie)或(huo)粘接(jie)法,到目前仍有較(jiao)大的(de)(de)(de)市場(chang),其優點(dian)在(zai)于回波損耗(hao)高,一(yi)(yi)(yi)般都大于60dB。軸向(xiang)位(wei)(wei)移型(xing)(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)在(zai)工藝設計上只要用(yong)機械(xie)的(de)(de)(de)方(fang)法將(jiang)兩根(gen)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖拉開一(yi)(yi)(yi)定(ding)(ding)距離進(jin)行對(dui)中,就(jiu)可(ke)實現衰(shuai)(shuai)減(jian)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。這種(zhong)(zhong)原(yuan)理主(zhu)要用(yong)于固(gu)定(ding)(ding)光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)和一(yi)(yi)(yi)些小(xiao)型(xing)(xing)可(ke)變光(guang)(guang)(guang)(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)作。

薄膜型光衰減器

 

這種衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)利(li)用光(guang)在金屬(shu)(shu)薄膜(mo)表(biao)面的(de)反射光(guang)強(qiang)與(yu)薄膜(mo)厚(hou)度(du)(du)有關的(de)原理制成。如果玻璃襯(chen)底(di)(di)上蒸鍍(du)的(de)金屬(shu)(shu)薄膜(mo)的(de)厚(hou)度(du)(du)固定(ding),就制成固定(ding)光(guang)衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)。如果在光(guang)纖中斜(xie)向插入蒸鍍(du)有不(bu)同厚(hou)度(du)(du)的(de)一(yi)系列圓(yuan)盤型金屬(shu)(shu)薄臘的(de)玻璃襯(chen)底(di)(di),使光(guang)路中插入不(bu)同厚(hou)度(du)(du)的(de)金屬(shu)(shu)薄膜(mo),就能改變反射光(guang)的(de)強(qiang)度(du)(du),即可得到不(bu)同的(de)衰(shuai)減(jian)量,制成可變衰(shuai)減(jian)器(qi)(qi)。

衰減片型光衰減器

衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)片(pian)型光(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)器(qi)直接將具有吸收(shou)特性的(de)衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)片(pian)固定(ding)在光(guang)纖的(de)端面上或光(guang)路(lu)中(zhong),達(da)到(dao)衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)光(guang)信號的(de)目的(de),這(zhe)種方法不僅可(ke)以用(yong)來制作固定(ding)光(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)器(qi),也可(ke)用(yong)來制作可(ke)變光(guang)衰(shuai)(shuai)減(jian)(jian)器(qi)。

 

注意事項

1、頻響:即頻率(lv)帶寬,一(yi)般用兆赫茲(MHz)或(huo)吉赫茲(GHz)表(biao)示。通用的衰減器一(yi)般帶寬為5GHz左右(you),max要到50GHz。

2、衰減(jian)范圍與結構形(xing)式:

衰減(jian)范(fan)圍指衰減(jian)比例(li),一般(ban)為3dB、10dB、14dB、20dB不等,max可達110dB。其衰減(jian)公式為:10lg(輸入(ru)/輸出),例(li):10dB表征(zheng):輸入(ru)∶輸出=衰減(jian)倍數=10倍。

結構形式(shi)(shi)一(yi)(yi)般分兩種形式(shi)(shi):固(gu)(gu)定比例(li)(li)衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)與(yu)步(bu)進比例(li)(li)可調衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)。固(gu)(gu)定衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)是指在一(yi)(yi)定頻(pin)率范圍固(gu)(gu)定比例(li)(li)倍數的衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)。步(bu)進衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)是以一(yi)(yi)定固(gu)(gu)定值(例(li)(li)1dB)等(deng)間隔可調比例(li)(li)倍數的衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi),又(you)分為手動步(bu)進衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)和(he)程控步(bu)進衰(shuai)(shuai)(shuai)減(jian)器(qi)。

3、連接(jie)頭(tou)形式和連接(jie)尺寸:

連(lian)接(jie)頭形式分為BNC型(xing)、N型(xing)、TNC型(xing)、SMA型(xing)、SMC型(xing)等(deng),同時(shi)連(lian)接(jie)頭形狀具(ju)有陰、陽兩種。

連(lian)(lian)接(jie)(jie)尺寸分為(wei)公制與(yu)英制形式,以上(shang)根(gen)據使用要求(qiu)決定;如(ru)果連(lian)(lian)接(jie)(jie)頭的型式多樣需要連(lian)(lian)接(jie)(jie),可以配用相(xiang)應的連(lian)(lian)接(jie)(jie)轉換頭,例(li):BNC轉N型頭等。

4、衰減指標:

衰(shuai)減指標,有(you)多方面的(de)要求,主要有(you)以下幾方面:衰(shuai)減精(jing)度、承受功率、特性(xing)(xing)阻抗、可靠性(xing)(xing)、重(zhong)復性(xing)(xing)等。

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