CN103178801A - 一种高三阶交调点可变衰减器 - Google Patents

一种高三阶交调点可变衰减器 Download PDF

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戴永胜
朱勤辉
施淑媛
罗鸣
杨静霞
张�林
冯辰辰
顾家
陈湘治
方思慧
陈龙
朱丹
邓良
李雁
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Abstract

本发明公开了一种高三阶交调点可变衰减器，在微波输入端口RFIN和微波输出端口RFOUT间级联N个场效应晶体管（FET）,在输入端口RFIN和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间间级联N个场效应晶体管(FET)，在输出端口RFOUT和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间级联N个场效应晶体管(FET)。本发明是一种用于雷达、通信的电子部件，是一种高三阶交调点的线性电压控制衰减器集成电路。具有小型，轻量级，高出产量，低成本等特点，并且简单易用，低功率耗散。

Description

一种高三阶交调点可变衰减器
技术领域
本发明涉及一种用于雷达、通信的电子部件，特别是一种低插入相移的电压控制衰减器集成电路。
背景技术
微波控制电路最初用于雷达系统中的天线收发开关，随着相控阵雷达、电子对抗、民用等技术应用领域的发展，微波控制电路逐渐成为通信、雷达等系统的关键部件。根据被控参量类型来划分，微波控制电路有三种：一、控制微波信号的通断与路径切换，如微波开关；二、控制微波信号功率，如衰减器；三、控制微波信号相位，如移相器。衰减器通常分为模拟衰减器和数字衰减器，相比模拟衰减器，数字衰减器在高频段范围内拥有更多优良的性能。相应的控制器件有PIN管二极管、MESFET管场效应晶体管、PHEMT管假赝高电子迁移率晶体管等。
电压控制可变衰减器，被广泛应用于现代高级电子系统和设备，如自动损失控制ALC组件的宽频增益控制块、宽频脉冲调制器、宽频无反射的单刀单掷SPST开关等。电压控制可变衰减器拥有小型，轻量级，高出产量，低成本等特点，并且简单易用，低功率耗散。鉴于上述应用，可变衰减器拥有大的动态范围和低插入相移，引起社会广泛的关注。
由于设计采用的电路拓扑和工艺实现途径的缺陷，尤其对频带宽、衰减量大的应用需求时，通常电性能指标难以满足要求。主要缺点有：1）电路拓扑复杂；2）设计难度大；3）工艺加工难度大；4）衰减精度低；5）工作频带窄；6）各衰减态之间的相位差大，即信号幅度变化时，伴随的信号相位变化大；7）各衰减态的输入和输出端电压驻波比差别大；8）受工艺控制参数影响，电路间电性能一致性较差；9）电路尺寸较大。尤其各衰减态之间的相位差大是诸多同类产品中的共同缺点，这限制了该类产品在相控阵雷达系统和许多先进的通信系统及武器系统中的广泛应用。
传统的二极管通路结构具有动态范围小，带宽窄，衰减难以控制，温度稳定性差的缺点。本发明采用场效应晶体管FET级联，有效克服了上述缺点。
描述可变衰减器产品性能的主要技术指标有：1）工作频率带宽；2）衰减位数；3）总衰减量4）衰减精度；5）衰减步进；6）最小插入损耗；7）各衰减态相位差；8）各衰减态输入和输出端电压驻波比；9）各态转换速度；10）电路尺寸；11）承受功率；12）各电路之间电性能的一致性等。
三阶交调是三阶交调截取点IP3，Third-order Intercept Point，的简称，在射频或微波多载波通讯系统中，三阶交调截取点IP3，Third-order Intercept Point，是一个衡量线性度或失真的重要指标。交调失真对模拟微波通信来说，会产生邻近信道的串扰，对数字微波通信来说，会降低系统的频谱利用率，并使误码率恶化；因此容量越大的系统，要求IP3越高，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。交调失真是具有不同频率的两个或更多的输入信号经过功率放大器而产生的混合分量，它是由于功率放大器的非线性造成的。若输入l个信号，其角频率分别是w1、w2、…、wl，由于功率放大器的非线性作用，输出分量中将包含许多混合分量。等幅信号输入功率放大器时，输出信号中存在各种阶次的交调分量，其中三阶交调分量2wi– wi+1和wi+1–2wi和与基波信号角频率，wi和wi+1，非常接近，不可能把它从信道中滤除，因此，三阶交调分量就成为干扰信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高三阶交调点可变衰减器，通过传统的PI结构级联场效应晶体管FET可以控制变化衰减度，拥有大的动态范围和高3阶截止点，良好的温度补偿和线性度。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种高三阶交调点可变衰减器，在微波输入端口RFIN和微波输出端口RFOUT间级联N个场效应晶体管（FET）,N为大于等于2的整数；微波输入端口RFIN与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与微波输出端口RFOUT相连；在输入端口RFIN和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间间级联N个场效应晶体管(FET)，微波输入端口RFIN与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与地相连；在输出端口RFOUT和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间级联N个场效应晶体管(FET)，微波输出端口RFOUT与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与地相连。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、可以控制变化衰减度，衰减精度高；2、拥有超宽的工作频率带宽，拥有大的动态范围和低插入相移，信号幅度变化而信号相位变化小；3、控制简单，使用方便，兼容模拟式和数字式；4、电路之间电性能批量一致性好；5、电路尺寸小；6、成本低。 
附图说明     
图1是本发明可变衰减器电路结构示意图。
图2是不同控制电压下衰减量S21随频率变化的曲线。
图3是不同温度下3阶交调点随衰减量改变的曲线。
图4是不同温度下衰减量随控制电压变化的曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种高三阶交调点可变衰减器。如图1所示，本发明包括场效应晶体管FET，应用级联场效应晶体管FET来使RF信号产生低三阶交调点，场效应晶体管FET的栅极偏置通过高阻值电阻，使得在RF工作点上具有高阻抗。通过控制场效应晶体管FET栅极电压的大小来实现衰减的大小。
如图1所示，本场效应晶体管FET衰减器采用传统的PI型结构，在微波输入端口RFIN和微波输出端口RFOUT间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET, 微波输入端口RFIN与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管FET的漏极与微波输出端口RFOUT相连；在输入端口RFIN和与其连接的第一个场效应晶体管FET之间的点和地之间间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET，微波输入端口RFIN与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管FET的漏极与低相连；在输出端口RFOUT和与其连接的第一个场效应晶体管FET之间的点和地之间间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET, 微波输出端口RFOUT与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管FET的漏极与地相连。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本场效应晶体管FET衰减器采用传统的PI型结构，在微波输入端口RFIN和微波输出端口RFOUT间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET, 微波输入端口RFIN与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管FET的漏极与微波输出端口RFOUT相连；在输入端口RFIN和与其连接的第一个场效应晶体管FET之间的点和地之间间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET, 微波输入端口RFIN与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管FET的漏极与低相连；在输出端口RFOUT和与其连接的第一个场效应晶体管FET之间的点和地之间间级联N个，N为大于等于2的整数，场效应晶体管FET, 微波输出端口RFOUT与场效应晶体管FET的源极相连，场效应晶体管FET的漏极与下一个场效应晶体管FET的源极相连，依次级联N个，N为大于等于2的整数，第N个场效应晶体管FET的漏极与地相连。
本发明高三阶交调点可变衰减器的工作过程如下：射频输入信号从第一信号输入端INPUT输入，当控制信号输入端控制电压从零伏电压向场效应晶体管的夹断电压连续变化时，或从场效应晶体管的夹断电压向零伏电压连续变化，对应的场效应晶体管的电路参数发生连续变化，电路对应不同的阻抗值，信号经过支路从输出端口OUTPUT输出,通过控制场效应晶体管FET的栅极电压来控制衰减的大小。当串联支路和并联支路的场效应晶体管FET的栅极电压由5V逐渐减小至0V时，衰减量逐渐变大；当串联支路和并联支路的场效应晶体管FET的栅极电压由0V逐渐减小至5V时，衰减量逐渐变小。在N等于三的情况下，该衰减器动态范围为30dB,IIP3大于47dBm。

Claims (3)

1.一种高三阶交调点可变衰减器，其特征在于：在微波输入端口RFIN和微波输出端口RFOUT间级联N个场效应晶体管（FET）,N为大于等于2的整数；微波输入端口RFIN与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与微波输出端口RFOUT相连；在输入端口RFIN和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间间级联N个场效应晶体管(FET)，微波输入端口RFIN与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与地相连；在输出端口RFOUT和与其连接的第一个场效应晶体管(FET)之间的点和地之间级联N个场效应晶体管(FET)，微波输出端口RFOUT与场效应晶体管(FET)的源极相连，场效应晶体管(FET)的漏极与下一个场效应晶体管(FET)的源极相连，依次级联N个，第N个场效应晶体管(FET)的漏极与地相连。
2.根据权利要求1所述的高三阶交调点可变衰减器，其特征在于：所述场效应晶体管（FET）衰减器采用PI型结构。
3.根据权利要求1所述的高三阶交调点可变衰减器，其特征在于：通过控制场效应晶体管（FET）的栅极电压来控制衰减的大小。
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