CN102075164B - 一种衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种衰减器，包括第一3dB电桥，第二3dB电桥，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管和第二放大管，所述第一放大管的漏极与第一3dB电桥的第一输出端相连，所述第一放大管的源极与第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大管的漏极与第一3dB电桥的第二输出端相连，所述第二放大管的源极与第二3dB电桥的第二输入端相连；其中，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥分别设置有隔离电阻，所述隔离电阻用于吸收功率，所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连。

Description

一种衰减器
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种衰减器。
背景技术
衰减器(例如：压控衰减器)是一种应用于微波系统中的元件，用作对信号功率的衰减，从而对系统输出功率起到控制和调节的作用。假如基站以40W功率发射，一般可以覆盖半径为2Km的圆区域。当基站检测到接收终端(如手机)离基站2Km远时，基站会满功率(即40W)发射，以便接收终端能接收到基站信号。当基站检测到接收终端离基站比较近，例如只有100m距离，基站通过采用衰减器，可以降低发射功率，例如基站以2W的功率发射，接收终端就能和基站保持联系，这样，接收终端就不会因输入功率过强而烧毁。
如图1所示，一种现有的压控衰减器，由一个3dB电桥和两个PIN二极管组成。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有的衰减器至少存在以下缺点：
电压控制源Vg控制PIN管的阻值，当PIN管的阻值在50欧姆时，衰减量是最大的，如果当PIN管的阻值在50欧姆附近时，由于器件工艺或高低温等原因，容易导致阻值有一些微小改变，衰减量就会加速改变，电路很敏感，衰减量变化不稳定，从而导致电路可靠性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种衰减器，通过采用平衡结构，衰减量随着放大管源漏极的电压增大而增大，衰减量变化比较稳定，从而提高了电路的可靠性。
本发明的实施例采用如下技术方案：
一种衰减器，包括第一3dB电桥，第二3dB电桥，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管和第二放大管，所述第一放大管的漏极与第一3dB电桥的第一输出端相连，所述第一放大管的源极与第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大管的漏极与第一3dB电桥的第二输出端相连，所述第二放大管的源极与第二3dB电桥的第二输入端相连；
其中，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥分别设置有隔离电阻，所述隔离电阻用于吸收功率；
所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连。
一种可变增益放大器，包括衰减器，第一放大器，以及第二放大器，所述衰减器包括第一3dB电桥，第二3dB电桥，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管和第二放大管，所述第一放大管的漏极与第一3dB电桥的第一输出端相连，所述第一放大管的源极与第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大管的漏极与第一3dB电桥的第二输出端相连，所述第二放大管的源极与第二3dB电桥的第二输入端相连；
其中，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥分别设置有隔离电阻，所述隔离电阻用于吸收功率；
所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连；
所述第一放大器的输入端与所述衰减器的第一放大管的源极相连，所述第一放大器的输出端与所述衰减器的第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大器的输入端与所述衰减器的第二放大管的源极相连，所述第二放大器的输出端与所述衰减器的第二3dB电桥的第二输入端相连。
一种通信设备，包括衰减器，以及放大器，所述衰减器包括第一3dB电桥，第二3dB电桥，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管和第二放大管，所述第一放大管的漏极与第一3dB电桥的第一输出端相连，所述第一放大管的源极与第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大管的漏极与第一3dB电桥的第二输出端相连，所述第二放大管的源极与第二3dB电桥的第二输入端相连；
其中，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥分别设置有隔离电阻，所述隔离电阻用于吸收功率；
所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连；
所述放大器，用于将衰减器输出的信号进行放大。
上述技术方案中具有如下的优点：
在本发明的实施例中，通过采用具有90度相位差的3dB电桥和放大管组组成一个平衡结构，放大管的源、漏极是串联到两个3dB电桥之间的信号通道上，衰减量随着两个放大管的阻抗增大而增大，衰减量变化比较平稳，从而提高了电路的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的衰减器的示意图；
图2为本发明一种衰减器的实施例的示意图；
图3为本发明一种衰减器的实施例的衰减曲线示意图；
图4为本发明实施例中，采用LANGE耦合器的衰减器的示意图；
图5为本发明实施例中，采用等功分器的衰减器的示意图；
图6为本发明实施例中，采用1/4波长的定向耦合器的衰减器的示意图；
图7为本发明实施例中，采用分支线结构的衰减器的示意图；
图8为本发明实施例中，放大管栅极和漏极短接的衰减器的示意图；
图9为本发明实施例中，放大管栅极和源极短接的衰减器的示意图；
图10为本发明实施例中，多个放大管并联的衰减器的示意图；
图11为本发明实施例中，多个放大管串联的衰减器的示意图；
图12为本发明实施例中，另一种多个放大管串联的衰减器的示意图；
图13为本发明一种可变增益放大器的实施例的示意图；
图14为本发明一种通信设备的实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明的实施例提供一种衰减器，包括第一3dB电桥1，第二3dB电桥2，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管3和第二放大管4，所述第一放大管3的漏极与第一3dB电桥1的第一输出端11相连，所述第一放大管3的源极与第二3dB电桥2的第一输入端21相连，所述第二放大管4的漏极与第一3dB电桥1的第二输出端11相连，所述第二放大管的4源极与第二3dB电桥2的第二输入端22相连；
其中，所述第一3dB电桥1和所述第二3dB电桥2分别设置有隔离电阻5，所述隔离电阻5用于吸收功率；
所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源6或具有相同电压的不同电压源相连。
所述第一3dB电桥可以为，当从输入端输入信号时，第一输出端和第二输出端输出的信号功率相等，第一输出端的相位超前第二输出端的相位90度，并且设置有隔离电阻用于吸收功率的电桥网络。
所述第二3dB电桥可以为，当第一输入端和第二输入端端输入的信号功率相等，第二输入端的相位超前第一输入端的相位90度时，从输出端输出的信号的功率为第一输入端和第二输入端输入的信号的功率的叠加，并且设置有隔离电阻用于吸收功率的电桥网络。
所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以为设置有匹配电阻的功分器或耦合器。在芯片里，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以采用1/4波长微带线或3/4波长微带线来实现，例如：lange(兰格)3dB耦合器、二等分功分器(Wilkinson)配合1/4波长线(或3/4波长线)、分支线结构的功分器、定向耦合器。所述波长对应的频率可以为衰减器的工作频段中的某一频点，例如：1/4波长线对应的频点可以为工作频段的中心频点，如工作频段为20-40GHZ，那1/4波长线对应的频点应按30GHZ来设计。
所述衰减器可以为压控衰减器。
在本发明的实施例中，通过采用具有90度相位差的3dB电桥和放大管组组成一个平衡结构，放大管的源、漏极是串联到两个3dB电桥之间的信号通道上，衰减量随着两个放大管的阻抗增大而增大，衰减量变化比较平稳，从而提高了电路的可靠性。
如图3所示，放大管源漏阻抗R(横轴，单位为：Ω)和衰减值(纵轴，单位为：dB)的曲线关系图，衰减值随放大管源漏阻抗R的增大而增大，变化平稳。
进一步地，因为两个支路的放大管具有相同的特性，所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连，使得放大管具有相同的电压，配合90度相位差的3dB电桥，无论放大管源漏极的阻抗是多少，衰减器的输入端的阻抗都为匹配电阻阻值，匹配良好。
进一步地，当衰减量越来越大时，信号功率可以主要由3dB电桥的隔离电阻吸收，这样有利于散热设计，进一步提高电路可靠性。
在上述的实施例中，进一步地，所述第一放大管和第二放大管的栅极与电压源之间可以连接有电阻。
另外，所述的“相连”可以为直接连接，实现电气连接；也可以为通过其他电子器件连接，实现电气连接。所述隔离电阻的阻值为匹配电阻阻值，精度可以在40％以内，如在无线通信系统里，匹配电阻为50Ω。
如图4所示，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以分别为两个耦合器，所述第一输出端为耦合器A的耦合端(图中端口2)，所述第二输出端为耦合器A的直通端(图中端口3)，所述隔离电阻连接在耦合器A和耦合器B的隔离端(图中耦合器A的端口4和耦合器B的端口2)；所述第一输入端为耦合器B的直通端(图中耦合器B的端口1)，所述第二输入端为耦合器B的耦合端(图中耦合器B的端口4)。
衰减器的衰减量：S21＝20log(1-R/(R+2Zo))，其中R为放大管源漏极间的阻抗，在衰减器应用于通信系统时，Zo为50欧姆。
所述的耦合器可以采用两输出(或输入)有90度相位差的，功率等分的耦合器，例如：Lange 3dB耦合器。如图4所示，信号从端口1输入，端口2(耦合端)和端口3(直通端)的功率相等，相位相差90度。
如图4所示，左侧的耦合器A端口1的功率在幅度上被等分成两部分，它们到达端口2和端口3时存在90度的相位差，如果连接两个耦合器的两个信号通道上的放大管没有把功率反射回去，则端口4没有输出功率。右侧的耦合器B通过引入90度附加相移，使两路输出信号恢复同相，然后将它们的功率合成起来。如果连接两个耦合器的两个信号通道上的放大管因为阻抗不匹配，把功率反射回去，由耦合器A的端口3反射回去的信号和耦合器A的端口1反射回去的信号相差180度，功率相等，所以会相抵销，总功率为0，即没有输出功率，而在耦合器A的端口4，则刚相反，两路反射信号相位差0度，功率相等，所以，两路的反射信号都由端口4的电阻吸收。所以，当两个放大管的阻抗增大，衰减量增大时，信号功率主要由两个隔离电阻吸收，这样有利于散热设计，提高电路可靠性。
如图4所示，所述耦合器A和耦合器B可以都采用LANGE 3dB耦合器。
如图5所示，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以分别为两个等功分器，左侧等功分器的两路输出信号中的一路连接有1/4波长线(或3/4波长线)，将一路输出信号延长1/4波长(或3/4波长)，实现了两路输出信号到达放大管漏极时，信号相位差90度；右侧等功分器的两路输入信号中的一路连接有另一1/4波长线(或3/4波长线)，将一路输入信号延长1/4波长(或3/4波长)，所述两个1/4波长线(或3/4波长线)分别位于连接两个耦合器的两个信号通道上，实现了两路输入信号到达右侧等功分器时，信号相位相等。
如图6所示，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以分别为两个定向耦合器，1/4波长或3/4波长定向耦合器也具有两输出(或输入)功率等分，相位差90度的特性。
如图7所示，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥可以分别为两个分支线结构的功分器。
在上面的实施例中，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥所述采用的电路形式是相同的。除此之外，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥所采用的电路形式也可以是不同的，例如：所述第一3dB电桥采用LANGE 3dB耦合器，所述第二3dB电桥采用带有1/4波长线或3/4波长线的等功分器；或者，所述第一3dB电桥采用带有1/4波长线或3/4波长线的等功分器，所述第二3dB电桥采用1/4波长或3/4波长线的定向耦合器；或者，所述第一3dB电桥采用1/4波长或3/4波长线的定向耦合器，所述第二3dB电桥采用分支线结构的功分器等等，前述实施例中第一3dB电桥和第二3dB电桥的各种电路实现形式可以任意两两组合。
如图8和图9所示，在本发明的另一实施例中，所述第一放大管和第二放大管的栅、漏、源极的之间也可以进行相连，例如：参见图8，第一放大管和第二放大管的栅极和漏极短接；参见图9，第一放大管和第二放大管的栅极和源极短接。
如图10所示，在本发明的另一实施例中，所述放大管组还可以包括第三放大管7和第四放大管8，所述第三放大管7的栅极与第一放大管3的栅极相连，所述第三放大管7的源极与第一放大管3的源极相连，所述第三放大管7的漏极与第一放大管3的漏极相连。所述第四放大管8的栅极与第二放大管4的栅极相连，所述第四放大管8的源极与第二放大管4的源极相连，所述第四放大管8的漏极与第二放大管4的漏极相连。
可以看出，所述第三放大管与第一放大管并联，所述第四放大管与所述第二放大管并联，除了第三放大管和第四放大管之外，还可以为第一和第二放大管并联更多的放大管。通过在电路上设置多个并联的放大管，把输入功率分配到并联的多个放大管上，降低了单个放大管承受的功率，提高了单个放大管的可靠性；另外，随着管子的增加，一起可以承担的总功率可以更高，这样提高了衰减器可以承受的总功率。
如图11所示，在本发明的另一实施例中，所述第三放大管7和第四放大管8可以采用串联的方式分别与第一和第二放大管相连，如图中所示，所述第三放大管7的漏极与第一放大管3的源极相连，所述第三放大管7的源极与第二3dB电桥2的第一输入端(在图中指的是耦合器B的端口1)相连，所述第四放大管8的漏极与第二放大管4的源极相连，所述第四放大管8的源极与第二3dB电桥2的第二输入端(在图中指的是耦合器B的端口4)相连，所述第一至第四放大管的栅极可以分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连，所述第三放大管7和第四放大管8与所述电压源之间可以进一步连接有电阻。如图12所示，所述第一和第二放大管的栅极分别与同一电压源A61或具有相同电压的不同电压源相连，所述第三至第四放大管的栅极分别与同一电压源B62或具有相同电压的不同电压源相连，电压源A和电压源B的的电压值可以不一致。另外，可以对该电压源A61和电压源B62设定不同的固定值，通过打开或关闭该两电压源，可以得到不同组合的固定衰减值，打开或关闭该两电压源可以通过输出高低电平的数字控制电路实现。
所述第三放大管7和第四放大管8与所述电压源B62之间可以连接有电阻。
可以看出，所述第三放大管与第一放大管串联，所述第四放大管与所述第二放大管串联，除了第三放大管和第四放大管之外，还可以为第一和第二放大管串联更多的放大管，通过在电路上设置多个串联的放大管，可以增加衰减器的衰减范围，例如：在连接两个耦合器的两个信号通道上各只有一个放大管，并且衰减范围只有10dB时，在串联多一个放大管后，总衰减范围为20dB，为两个放大管衰减范围的叠加。
如图13所示，在本发明还提供一种可变增益放大器的实施例，所述可变增益放大器包括衰减器，第一放大器91和第二放大器92。所述衰减器为前述实施例中的衰减器，此处不再介绍。
所述第一放大器91的输入端与衰减器的第一放大管3的源极相连，所述第一放大器91的输出端与衰减器的第二3dB电桥2的第一输入端(在图中指的是端口1)相连，所述第二放大器92的输入端与衰减器的第二放大管4的源极相连，所述第二放大器92的输出端与衰减器的第二3dB电桥2的第二输入端(在图中指的是端口4)相连。
通过在连接两个3dB电桥的两个信号通道上增加放大器，放大器的增益是恒定的，通过调节衰减器的衰减量，使整个电路的增益发生变化，实现可变增益放大器。
如图14所示，本发明还提供一种通信设备的实施例，所述通信设备包括衰减器81和放大器82。所述衰减器为前述实施例中的衰减器，此处不再介绍。
所述放大器82，用于将衰减器输出的信号进行放大。
所述通信设备可以为GSM(Global System of Mobile communications，全球移动通信系统)基站、或WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)，宽带码分多址)基站、或LTE(Long Term Evolution，长期演进)基站、或TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，分时一同步分码多工存取)基站、或通信终端(例如：手机终端)、或电台、或雷达、或点对点通信系统(例如：ODU(OutDoor Unit，室外设备单元))。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种衰减器，其特征在于，包括第一3dB电桥，第二3dB电桥，及放大管组，其中，所述放大管组包括第一放大管和第二放大管，所述第一放大管的漏极与第一3dB电桥的第一输出端相连，所述第一放大管的源极与第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大管的漏极与第一3dB电桥的第二输出端相连，所述第二放大管的源极与第二3dB电桥的第二输入端相连；
其中，所述第一3dB电桥和所述第二3dB电桥分别设置有隔离电阻，所述隔离电阻用于吸收功率；
所述第一放大管和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连。
2.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述第一3dB电桥或第二3dB电桥为功分器或耦合器。
3.如权利要求2所述的衰减器，其特征在于，所述功分器或耦合器采用1/4波长微带线或3/4波长微带线实现。
4.如权利要求2所述的衰减器，其特征在于，所述第一3dB电桥和第二3dB电桥分别为第一耦合器和第二耦合器，所述第一输出端为所述第一耦合器的耦合端，所述第二输出端为所述第一耦合器的直通端，所述隔离电阻连接在所述第一耦合器和所述第二耦合器的隔离端；所述第一输入端为所述第二耦合器的直通端，所述第二输入端为所述第二耦合器的耦合端。
5.如权利要求4所述的衰减器，其特征在于，所述第一耦合器或第二耦合器为LANGE 3dB耦合器。
6.如权利要求2所述的衰减器，其特征在于，所述第一3dB电桥或第二3dB电桥为带有1/4波长线或3/4波长线的等功分器。
7.如权利要求2所述的衰减器，其特征在于，所述第一3dB电桥或第二3dB电桥为定向耦合器。
8.如权利要求2所述的衰减器，其特征在于，所述第一3dB电桥或第二3dB电桥为分支线结构的功分器。
9.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述第一放大管和所述第二放大管的栅极和漏极短接；或者，所述第一放大管和所述第二放大管的栅极和源极短接。
10.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述放大管组还包括第三放大管和第四放大管，所述第三放大管的栅极与所述第一放大管的栅极相连，所述第三放大管的源极与所述第一放大管的源极相连，所述第三放大管的漏极与所述第一放大管的漏极相连，所述第四放大管的栅极与所述第二放大管的栅极相连，所述第四放大管的源极与所述第二放大管的源极相连，所述第四放大管的漏极与所述第二放大管的漏极相连。
11.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述放大管组还包括第三放大管和第四放大管，所述第三放大管的漏极与所述第一放大管的源极相连，所述第三放大管的源极与所述第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第四放大管的漏极与所述第二放大管的源极相连，所述第四放大管的源极与所述第二3dB电桥的第二输入端相连，所述第一和第二放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连，所述第三和第四放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连。
12.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述放大管组还包括第三放大管和第四放大管，所述第三放大管的漏极与所述第一放大管的源极相连，所述第三放大管的源极与所述第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第四放大管的漏极与所述第二放大管的源极相连所述第四放大管的源极与所述第二3dB电桥的第二输入端相连，所述第一和第四放大管的栅极分别与同一电压源或具有相同电压的不同电压源相连。
13.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述隔离电阻的阻值为匹配电阻阻值，精度在40％以内。
14.一种可变增益放大器，其特征在于，包括如权利要求1至13中任一项中所述的衰减器以及第一放大器、第二放大器，所述第一放大器的输入端与所述衰减器的第一放大管的源极相连，所述第一放大器的输出端与所述衰减器的第二3dB电桥的第一输入端相连，所述第二放大器的输入端与所述衰减器的第二放大管的源极相连，所述第二放大器的输出端与所述衰减器的第二3dB电桥的第二输入端相连。
15.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至13中任一项中所述的衰减器以及放大器，
所述放大器，用于将所述衰减器输出的信号进行放大。
16.如权利要求15所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备为GSM基站、或WCDMA基站、或LTE基站、或TD-SCDMA基站、或通信终端、或电台、或雷达、或点对点通信系统。
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