CN103427780A - 半分布式无源可变衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半分布式无源可变衰减器，包括0～7dB分布式衰减模块、8dB衰减模块、16dB衰减模块、输入控制转换模块，采用体端与源极相连结构、带有沟道并联电阻结构，以及堆叠结构的三种开关场效应晶体管作为控制开关，由五位数字信号独立控制工作，通过共面波导传输线进行相邻衰减模块间，以及与50Ω的输入和输出阻抗之间的匹配，工作频率范围为0～50GHz，以1dB长度步进在的0～31dB的衰减范围内，可实现共32种状态低差损低相移的信号幅度衰减。本发明具有差损低、附加相移小、线性度高、工作频段宽、电路结构简单的优点，可用于处理大功率信号的射频/微波系统。

Description

半分布式无源可变衰减器

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及射频/微波通信系统集成电路技术领域中的一种半分布式无源可变衰减器。本发明可用于超宽带射频/微波通信系统、自动增益控制系统、相控阵系统、电子对抗系统中对信号幅度实现低差损的变化增益衰减的功能模块。

背景技术

目前，射频/微波通信系统集成电路技术领域中，可变衰减器广泛用于超宽带射频/微波通信系统、自动增益控制系统、相控阵系统、电子对抗系统，实现对信号幅度低差损的变化增益衰减。较小插入相位变化量、精确衰减精度、较高线性度的数字衰减器使射频/微波通信系统省去相位校准模块所需要的额外电路，并且能够处理幅度较大的信号，还可以与数字信号处理模块兼容，实现数字信号控制。

当今成熟的单芯片可变衰减器采用由单刀双掷开关或者PIN二极管开关控制的电阻网路来实现信号幅度的可变衰减，应用广泛。但是，电阻网路衰减器的插入损耗较大，信号通过后会引起不必要的衰减。采用单刀双掷开关进行衰减控制，通常需要两条信号通路，这会增大衰减器所占的芯片面积，增加制造成本。此外，PIN二极管需要在当今成熟的芯片制造工艺的基础上增加额外的工序，这也增加了成本。利于微带线替代电阻网路实现的衰减器，已经有公开的成功，不仅差损低、附加相移小，而且能够实现良好的输入端和输出端的阻抗匹配，但是衰减范围都非常有限，因而也限制了其应用领域。

石家庄开发区华北集成电路设计有限公司拥有的专利技术“一种提高功效的数控衰减器”（授权公告号CN201533291U，申请号200920254480.9，申请日期2009.11.17）中公开了一种提高功效的数控衰减器。该衰减器采用π型结构的电阻网络结构，尽管采用了降低谐波干扰的、产生与谐波相位方向相反谐波的微带线相位补偿结构，对附加相移进行补偿，提高了衰减精度。但是，该专利技术仍然存在的不足是：该相位补偿结构增加了电路的复杂度，不适于集成系统。如果不采用相位补偿结构，π型结构电阻网络的开关衰减器的附加相移大，会降低衰减精度。此外，该衰减器的并联支路采用单一晶体管作为控制开关，该管的非线性特性会降低衰减器的线性度。

LG电子株式会社拥有的专利技术“可变衰减器系统及方法”（授权公告号CN1297036B，申请号200310119841.6，申请日期2003.11.12）中公开了一种可变衰减器系统。该衰减器系统采用PIN二极管作为控制开关，实现衰减控制。该专利技术所公开的衰减器系统存在的不足是：该可变衰减器系统作为控制开关的PIN二极管，无法利用现有的大规模集成电路制造工艺直接加工制造，需要增加额外的工艺步骤进行制造，增加了衰减器的制造成本。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，提出一种半分布式无源可变衰减器。本发明可以满足目前射频/微波通信系统集成电路的发展要求，以及对低插入损耗、低附加相移、高线性度、低功耗、小芯片面积、可用于单芯片射频/微波系统集成的可变衰减器的应用需求。

本发明包括一个微带线分布式的0～7dB分布式衰减模块，两个集总式晶体管网络结构的衰减模块8dB衰减模块、16dB衰减模块，一个输入控制转换模块，四个共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3。本发明的工作频率范围为0～50GHz，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的信号幅度衰减。

0～7dB分布式衰减模块，采用微带线分布式混合T-π型衰减结构，该结构以体端与源极相连结构的场效应晶体管作为控制开关，以1dB的步进长度，用于实现0～7dB的信号幅度可变衰减。

8dB衰减模块和16dB衰减模块，均采用π型衰减结构，该结构以带有沟道并联电阻结构的场效应晶体管作为串联支路的控制开关，以堆叠结构的场效应晶体管作为并联支路的控制开关，用于实现8dB和16dB的信号幅度衰减。

输入控制转换模块采用级联反相器的缓冲器结构，用于实现输入的三位数字控制信号到0～7dB分布式衰减模块的七位控制信号的转换。

共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3，分别用于实现输入端与8dB衰减模块的输入端之间、8dB衰减模块的输出端与0～7dB分布式衰减模块的输入端之间、0～7dB分布式衰减模块输出端与16dB衰减模块的输入端之间、16dB衰减模块的输出端与输出端之间的阻抗匹配。

共面波导传输线TL0的一端与输入端连接，共面波导传输线TL0的另一端与8dB衰减模块的输入端连接，8dB衰减模块与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL1与0～7dB分布式衰减模块的输入端连接，0～7dB分布式衰减模块与输入控制转换模块的七个输出端连接，0～7dB分布式衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL2与16dB衰减模块的输入端连接，输入控制转换模块的三个输入端分别与三个控制端连接，16dB衰减模块与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与共面波导传输线TL3的一端连接，共面波导传输线TL3的另一端与输出端连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

第一，本发明采用分布式微带线衰减结构的0～7dB分布式衰减模块，克服了现有技术中电阻网路衰减器中信号通路中的电阻元件与开关晶体管寄生电容引起较大的插入损耗，以及进行相位补偿的时电路结构复杂的问题。使得本发明实现信号衰减时，信号功率损耗极低，输出信号相位基本不变，能够与信号源和负载实现良好的阻抗匹配，而且结构简单，可以用于射频/微波集成电路。

第二，本发明采用带有沟道并联电阻的场效应晶体管作为并联支路的控制开关，克服了现有技术中衰减器插入损耗高、附加相移大、端口匹配特性差以及采用PIN二极管作为开关时需要增加额外工艺步骤的问题。使得本发明实现信号幅度衰减时，信号功率损耗低、输出信号相对于输入信号的附加相移小，制造时无需额外工艺步骤，而且具有良好的端口匹配特性，可以减小信号传输过程中的失配损耗。

第三，本发明采用堆叠结构的场效应晶体管作为并联支路的控制开关，克服了现有技术中并联支路采用单一晶体管作为控制开关时，其非线性特性会降低衰减器线性度的问题。使得本发明具有较高的线性度，可以处理大功率的信号。

附图说明

图1为本发明的方框图；

图2为本发明0～7dB分布式衰减模块的电原理图；

图3为本发明8dB衰减模块的电原理图；

图4为本发明16dB衰减模块的电原理图；

图5为本发明输入控制转换模块的电原理图；

图6为本发明体端与源极相连结构的场效应晶体管开关的电原理图；

图7为本发明带有沟道并联电阻结构的场效应晶体管开关的电原理图；

图8为本发明堆叠结构的场效应晶体管开关的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参照附图1，本发明的衰减器包括0～7dB分布式衰减模块、8dB衰减模块、16dB衰减模块、输入控制转换模块，四个共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3。共面波导传输线TL0的一端与该衰减器的输入端连接，共面波导传输线TL0的另一端与8dB衰减模块的输入端连接，8dB衰减模块的控制端与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL1与0～7dB分布式衰减模块的输入端连接，0～7dB分布式衰减模块的七个控制端分别与输入控制转换模块的七个输入端连接，0～7dB分布式衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL2与16dB衰减模块的输入端连接，输入控制转换模块的三个输入端分别与控制端1、控制端2、控制端3连接，16dB衰减模块的控制端与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与共面波导传输线TL3的一端连接，共面波导传输线TL3的另一端与该衰减器的输出端连接。

参照附图2，本发明的0～7dB分布式衰减模块包括一个射频输入端口RFin，一个射频输出端口RFout，七个直流控制端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7，十五段微带传输线TL11、TL12、TL13、TL14、TL15、TL16、TL17、TL18、TL21、TL22、TL23、TL24、TL25、TL26、TL27，七个开关场效应晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。

射频输入端口RFin与微带传输线TL11的一端连接，微带传输线TL11的另一端分别与微带传输线TL12的一端和开关场效应晶体管M1的漏极连接，微带传输线TL12的另一端分别与微带传输线TL13的一端和开关场效应晶体管M2的漏极连接，微带传输线TL13的另一端分别与微带传输线TL14的一端和开关场效应晶体管M3的漏极连接，微带传输线TL14的另一端分别与微带传输线TL15的一端和开关场效应晶体管M4的漏极连接，微带传输线TL15的另一端分别与微带传输线TL16的一端和开关场效应晶体管M5的漏极连接，微带传输线TL16的另一端分别与微带传输线TL17的一端和开关场效应晶体管M6的漏极连接，微带传输线TL17的另一端分别与微带传输线TL18的一端和开关场效应晶体管M7的漏极连接，微带传输线TL18的另一端与射频输出端口RFout连接。

开关场效应晶体管M1的栅极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与直流控制端口K1连接，开关场效应晶体管M1的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M1的源极与微带传输线TL21的一端连接，微带传输线TL21的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M2的栅极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与直流控制端口K2连接，开关场效应晶体管M2的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M2的源极与微带传输线TL22的一端连接，微带传输线TL22的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M3的栅极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与直流控制端口K3连接，开关场效应晶体管M3的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M3的源极与微带传输线TL23的一端连接，微带传输线TL23的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M4的栅极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与直流控制端口K4连接，开关场效应晶体管M4的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M4的源极与微带传输线TL24的一端连接，微带传输线TL24的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M5的栅极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与直流控制端口K5连接，开关场效应晶体管M5的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M5的源极与微带传输线TL25的一端连接，微带传输线TL25的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M6的栅极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与直流控制端口K6连接，开关场效应晶体管M6的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M6的源极与微带传输线TL26的一端连接，微带传输线TL26的另一端与电源地连接。

开关场效应晶体管M7的栅极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与直流控制端口K7连接，开关场效应晶体管M7的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M7的源极与微带传输线TL27的一端连接，微带传输线TL27的另一端与电源地连接。

参照附图3，本发明的8dB衰减模块包括一个射频输入端口In8，一个射频输出端口Out8，一个直流控制端口控制端4，一个反相器Inv1，九个开关场效应晶体管M8、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16和十一个电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18。

射频输入端口In8分别与开关场效应晶体管M8的漏极、电阻R18的一端、开关场效应晶体管M9的漏极连接，开关场效应晶体管M8的源极与射频输出端口Out8连接，开关场效应晶体管M8的栅极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接与反相器Inv1的输出端连接，开关场效应晶体管M8的体端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与开关场效应晶体管M8的源极连接。

开关场效应晶体管M9的栅极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接，开关场效应晶体管M9的体端与源极相连，开关场效应晶体管M9的源极与开关场效应晶体管M10的漏极相连，开关场效应晶体管M10的栅极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M10的体端与源极相连，开关场效应晶体管M10的源极与开关场效应晶体管M11的漏极相连，开关场效应晶体管M11的栅极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M11的体端与源极相连，开关场效应晶体管M11的源极与开关场效应晶体管M12的漏极相连，开关场效应晶体管M12的栅极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M12的体端与源极相连，开关场效应晶体管M12的源极与电源地相连。

电阻R18的另一端与射频输出端口Out8和开关场效应晶体管M13的漏极连接，开关场效应晶体管M13的栅极与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M13的体端与源极相连，开关场效应晶体管M13的源极与开关场效应晶体管M14的漏极相连，开关场效应晶体管M14的栅极与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M14的体端与源极相连，开关场效应晶体管M14的源极与开关场效应晶体管M15的漏极相连，开关场效应晶体管M15的栅极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M15的体端与源极相连，开关场效应晶体管M15的源极与开关场效应晶体管M16的漏极相连，开关场效应晶体管M16的栅极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接。

开关场效应晶体管M16的体端与源极相连，开关场效应晶体管M16的源极与电源地相连。

参照附图4，本发明的16dB衰减模块包括一个射频输入端口In16，一个射频输出端口Out16，一个直流控制端口控制端5，一个反相器Inv2，九个开关场效应晶体管M17、M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24、M25和十一个电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29。

射频输入端口In16分别与开关场效应晶体管M17的漏极、电阻R21的一端、开关场效应晶体管M18的漏极连接，开关场效应晶体管M17的源极与射频输出端口Out16连接，开关场效应晶体管M17的栅极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端连接与反相器Inv2的输出端连接，开关场效应晶体管M17的体端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与开关场效应晶体管M17的源极连接。

开关场效应晶体管M18的栅极与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接，开关场效应晶体管M18的体端与源极相连，开关场效应晶体管M18的源极与开关场效应晶体管M19的漏极相连，开关场效应晶体管M19的栅极与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M19的体端与源极相连，开关场效应晶体管M19的源极与开关场效应晶体管M20的漏极相连，开关场效应晶体管M20的栅极与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M20的体端与源极相连，开关场效应晶体管M20的源极与开关场效应晶体管M21的漏极相连，开关场效应晶体管M21的栅极与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M21的体端与源极相连，开关场效应晶体管M21的源极与电源地相连。

所述射频输出端口Out16和开关场效应晶体管M22的漏极连接与电阻R21的相连，开关场效应晶体管M22的栅极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M22的体端与源极相连，开关场效应晶体管M22的源极与开关场效应晶体管M23的漏极相连，开关场效应晶体管M23的栅极与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M23的体端与源极相连，开关场效应晶体管M23的源极与开关场效应晶体管M24的漏极相连，开关场效应晶体管M24的栅极与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M24的体端与源极相连，开关场效应晶体管M24的源极与开关场效应晶体管M25的漏极相连，开关场效应晶体管M25的栅极与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接。

开关场效应晶体管M25的体端与源极相连，开关场效应晶体管M25的源极与电源地相连。

参照附图5，本发明的输入控制转换模块包括三个直流输入端口控制端1、控制端2、控制端3，七个直流输出端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7和十个反相器I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10。控制端1与反相器I1的输入端连接，控制端2与反相器I2的输入端连接，控制端3与反相器I3的输入端连接，反相器I1的输出端与反相器I7的输入端连接，反相器I2的输出端分别与反相器I4的输入端和反相器I10的输入端连接，反相器I3的输出端分别与反相器I5的输入端、反相器I6的输入端、反相器I8的输入端和反相器I9的输入端连接，反相器I4的输出端与直流输出端口K1连接，反相器I5的输出端与直流输出端口K2连接，反相器I6输出端与直流输出端口K3连接，反相器I7输出端与直流输出端口K4连接，反相器I8输出端与直流输出端口K5连接，反相器I9输出端与直流输出端口K6连接，反相器I10输出端与直流输出端口K7连接。

参照附图6，本发明的体端与源极相连结构的场效应晶体管开关包括一个开关场效应晶体管M26和一个电阻R30。开关场效应晶体管M26的漏极与该开关的输入端连接，开关场效应晶体管M26的源极与该开关的输出端连接，开关场效应晶体管M26的栅极与电阻R30的一端连接，电阻R30的另一端与该开关的控制端连接，开关场效应晶体管M26的体端与该晶体管的源极连接。

参照附图7，本发明的带有沟道并联电阻结构的场效应晶体管开关包括一个开关场效应晶体管M27和两个电阻R31、R32。开关场效应晶体管M27的漏极与该开关的输入端连接，开关场效应晶体管M27的源极与该开关的输出端连接，开关场效应晶体管M27的栅极与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与该开关的控制端连接，开关场效应晶体管M27的体端与电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端与开关场效应晶体管M27的源极连接。

参照附图8，本发明的堆叠结构的场效应晶体管开关包括四个开关场效应晶体管M28、M29、M30、M31和四个电阻R33、R34、R35、R36。该开关的控制端分别与电阻R33、R34、R35、R36的一端连接，电阻R33的另一端与开关场效应晶体管M28的栅极连接，电阻R34的另一端与开关场效应晶体管M29的栅极连接，电阻R35的另一端与开关场效应晶体管M30的栅极连接，电阻R36的另一端与开关场效应晶体管M31的栅极连接，该开关的输入端与开关场效应晶体管M28的漏极连接，开关场效应晶体管M28的体端与源极连接，开关场效应晶体管M28的源极与开关场效应晶体管M29的漏极连接，开关场效应晶体管M29的体端与源极连接，开关场效应晶体管M29的源极与开关场效应晶体管M30的漏极连接，开关场效应晶体管M30的体端与源极连接，开关场效应晶体管M30的源极与开关场效应晶体管M31的漏极连接，开关场效应晶体管M31的体端与源极连接，开关场效应晶体管M31的源极与该开关的输出端连接。

下面结合实施例对本发明的工作过程做进一步详细描述。

实施例1：结合图1、图2，本发明的实施例1采用微带线分布式混合T-π型衰减结构，以图6所示的体端与源极相连结构的场效应晶体管开关作为并联支路的控制开关。0～7dB分布式衰减模块由七位数字信号在七个控制端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7，进行联合控制，以1dB的步进长度，实现0～7dB的衰减。各控制端输入控制信号的不同电平状态与对应的信号振幅衰减状态如下表所示。表中，0表示低电平，1表示高电平。

由上表可以看出，本发明的0～7dB分布式衰减模块通过七个控制端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7分别改变输入控制信号的高低电平状态改变，以1dB的步进长度，在0～50GHz的工作频率范围内，实现了0～7dB的8种状态的信号幅度衰减。

实施例2：结合图1、图3，本发明的实施例2采用π型衰减结构，以图7所示的带有沟道并联电阻结构场效应晶体管作为串联支路的控制开关，以图8所示的堆叠结构场效应晶体管作为并联支路的控制开关。8dB衰减模块由一位数字信号在控制端4进行衰减控制。当控制端4为低电平时，反相器Inv1输入为低电平，反相器Inv1输出为高电平，开关场效应晶体管M8导通，开关场效应晶体管M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15和M16均关断，8dB衰减模块处于参考状态。当控制端4为高电平时，反相器Inv1输入为高电平，反相器Inv1输出为低电平，开关场效应晶体管M8关断，开关场效应晶体管M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15和M16均导通，8dB衰减模块处于衰减状态。该衰减模块可以实现上述两种状态输出信号幅度相差8dB的固定值衰减。

实施例3：结合图1、图4，本发明的实施例3采用π型衰减结构，以图7所示的带有沟道并联电阻结构场效应晶体管作为串联支路的控制开关，以图8所示的堆叠结构场效应晶体管作为并联支路的控制开关。16dB衰减模块由一位数字信号在控制端5进行衰减控制。当控制端5为低电平时，反相器Inv2输入为低电平，反相器Inv2输出为高电平，开关场效应晶体管M17导通，开关场效应晶体管M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24和M25均关断，16dB衰减模块处于参考状态。当控制端5为高电平时，反相器Inv2输入为高电平，反相器Inv2输出为低电平，开关场效应晶体管M17关断，开关场效应晶体管M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24和M25均导通，16dB衰减模块处于衰减状态。该衰减模块可以实现上述两种状态输出信号幅度相差16dB的固定值衰减。

实施例4：结合图1、图5，本发明的实施例4采用级联反相器的缓冲器结构，用于实现从控制端1、控制端2、控制端3输入的三位数字信号到0～7dB分布式衰减模块的七位控制信号K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7的转换。输入控制转换模块的各输入端状态与各输出端状态的对应关系如下表所示。表中，0表示低电平，1表示高电平。

由上表可以看出，本发明的输入控制转换模块实现了由控制端1、控制端2、控制端3共同组成的输入信号共同组成的三位输入数字控制信号到用于0～7dB分布式衰减模块的七个开关控制信号K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7的转换。该模块的输出端与0～7dB分布式衰减模块的输入端连接，可以实现由控制端1、控制端2、控制端3共同组成的输入信号控制0～7dB分布式衰减模块，以1dB的步进长度，在0～50GHz的工作频率范围内，实现了0～7dB的8种状态的信号幅度衰减。

本发明的衰减器由8dB衰减模块、0～7dB分布式衰减模块、16dB衰减模块顺序级联构成，0～7dB分布式衰减模块的七位控制由输入控制转换模块控制，其工作频率范围为0～50GHz，工作过程为以上四个实施例的组合，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的信号幅度的低差损低相移衰减。

Claims (5)

1.一种半分布式无源可变衰减器，包括一个微带线分布式的0～7dB分布式衰减模块，两个集总式晶体管网络结构的衰减模块8dB衰减模块、16dB衰减模块，一个输入控制转换模块，四个共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3；所述衰减器的工作频率范围为0～50GHz，以1dB的步进长度在0～31dB的衰减范围内，实现总共32种状态的信号幅度衰减；其中，

所述的0～7dB分布式衰减模块，采用微带线分布式混合T-π型衰减结构，该结构以体端与源极相连结构的场效应晶体管作为控制开关，以1dB的步进长度，用于实现0～7dB的信号幅度可变衰减；

所述的8dB衰减模块和16dB衰减模块，均采用π型衰减结构，该结构以带有沟道并联电阻结构的场效应晶体管作为串联支路的控制开关，以堆叠结构的场效应晶体管作为并联支路的控制开关，用于实现8dB和16dB的信号幅度衰减。

所述的输入控制转换模块采用级联反相器的缓冲器结构，用于实现输入的三位数字控制信号到0～7dB分布式衰减模块的七位控制信号的转换；

所述的共面波导传输线TL0、TL1、TL2、TL3，分别用于实现输入端与8dB衰减模块的输入端之间、8dB衰减模块的输出端与0～7dB分布式衰减模块的输入端之间、0～7dB分布式衰减模块输出端与16dB衰减模块的输入端之间、16dB衰减模块的输出端与输出端之间的阻抗匹配；

所述的共面波导传输线TL0的一端与输入端连接，共面波导传输线TL0的另一端与8dB衰减模块的输入端连接；所述的8dB衰减模块与控制端4连接，8dB衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL1与于0～7dB分布式衰减模块的输入端连接；所述的0～7dB分布式衰减模块与输入控制转换模块的七个输出端连接，0～7dB分布式衰减模块的输出端通过共面波导传输线TL2与16dB衰减模块的输入端连接；所述的输入控制转换模块的三个输入端分别与控制端1、控制端2、控制端3连接；所述的16dB衰减模块与控制端5连接，16dB衰减模块的输出端与共面波导传输线TL3的一端连接，共面波导传输线TL3的另一端与输出端连接。

2.根据权利要求1所述的半分布式无源可变衰减器，其特征在于：所述的0～7dB分布式衰减模块包括一个射频输入端口RFin，一个射频输出端口RFout，七个直流控制端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7，十五段微带传输线TL11、TL12、TL13、TL14、TL15、TL16、TL17、TL18、TL21、TL22、TL23、TL24、TL25、TL26、TL27，七个开关场效应晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7和七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7；

所述的射频输入端口RFin与微带传输线TL11的一端连接，微带传输线TL11的另一端分别与微带传输线TL12的一端和开关场效应晶体管M1的漏极连接，微带传输线TL12的另一端分别与微带传输线TL13的一端和开关场效应晶体管M2的漏极连接，微带传输线TL13的另一端分别与微带传输线TL14的一端和开关场效应晶体管M3的漏极连接，微带传输线TL14的另一端分别与微带传输线TL15的一端和开关场效应晶体管M4的漏极连接，微带传输线TL15的另一端分别与微带传输线TL16的一端和开关场效应晶体管M5的漏极连接，微带传输线TL16的另一端分别与微带传输线TL17的一端和开关场效应晶体管M6的漏极连接，微带传输线TL17的另一端分别与微带传输线TL18的一端和开关场效应晶体管M7的漏极连接，微带传输线TL18的另一端与射频输出端口RFout连接；

所述的开关场效应晶体管M1的栅极与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与直流控制端口K1连接，开关场效应晶体管M1的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M1的源极与微带传输线TL21的一端连接，微带传输线TL21的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M2的栅极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与直流控制端口K2连接，开关场效应晶体管M2的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M2的源极与微带传输线TL22的一端连接，微带传输线TL22的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M3的栅极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与直流控制端口K3连接，开关场效应晶体管M3的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M3的源极与微带传输线TL23的一端连接，微带传输线TL23的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M4的栅极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与直流控制端口K4连接，开关场效应晶体管M4的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M4的源极与微带传输线TL24的一端连接，微带传输线TL24的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M5的栅极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与直流控制端口K5连接，开关场效应晶体管M5的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M5的源极与微带传输线TL25的一端连接，微带传输线TL25的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M6的栅极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与直流控制端口K6连接，开关场效应晶体管M6的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M6的源极与微带传输线TL26的一端连接，微带传输线TL26的另一端与电源地连接；

所述的开关场效应晶体管M7的栅极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与直流控制端口K7连接，开关场效应晶体管M7的体端与其源极连接，开关场效应晶体管M7的源极与微带传输线TL27的一端连接，微带传输线TL27的另一端与电源地连接。

3.根据权利要求1所述的半分布式无源可变衰减器，其特征在于：所述的8dB衰减模块包括一个射频输入端口In8，一个射频输出端口Out8，一个直流控制端口控制端4，一个反相器Inv1，九个开关场效应晶体管M8、M9、M10、M11、M12、M13、M14、M15、M16和十一个电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18；

所述的射频输入端口In8分别与开关场效应晶体管M8的漏极、电阻R18的一端、开关场效应晶体管M9的漏极连接，开关场效应晶体管M8的源极与射频输出端口Out8连接，开关场效应晶体管M8的栅极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端连接与反相器Inv1的输出端连接，开关场效应晶体管M8的体端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与开关场效应晶体管M8的源极连接；

所述的开关场效应晶体管M9的栅极与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接，开关场效应晶体管M9的体端与源极相连，开关场效应晶体管M9的源极与开关场效应晶体管M10的漏极相连，开关场效应晶体管M10的栅极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M10的体端与源极相连，开关场效应晶体管M10的源极与开关场效应晶体管M11的漏极相连，开关场效应晶体管M11的栅极与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M11的体端与源极相连，开关场效应晶体管M11的源极与开关场效应晶体管M12的漏极相连，开关场效应晶体管M12的栅极与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M12的体端与源极相连，开关场效应晶体管M12的源极与电源地相连；

所述的电阻R18的另一端与射频输出端口Out8和开关场效应晶体管M13的漏极连接，开关场效应晶体管M13的栅极与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M13的体端与源极相连，开关场效应晶体管M13的源极与开关场效应晶体管M14的漏极相连，开关场效应晶体管M14的栅极与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M14的体端与源极相连，开关场效应晶体管M14的源极与开关场效应晶体管M15的漏极相连，开关场效应晶体管M15的栅极与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M15的体端与源极相连，开关场效应晶体管M15的源极与开关场效应晶体管M16的漏极相连，开关场效应晶体管M16的栅极与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端分别与控制端4和反相器Inv1的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M16的体端与源极相连，开关场效应晶体管M16的源极与电源地相连。

4.根据权利要求1所述的半分布式无源可变衰减器，其特征在于：所述的16dB衰减模块包括一个射频输入端口In16，一个射频输出端口Out16，一个直流控制端口控制端5，一个反相器Inv2，九个开关场效应晶体管M17、M18、M19、M20、M21、M22、M23、M24、M25和十一个电阻R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29；

所述的射频输入端口In16分别与开关场效应晶体管M17的漏极、电阻R21的一端、开关场效应晶体管M18的漏极连接，开关场效应晶体管M17的源极与射频输出端口Out16连接，开关场效应晶体管M17的栅极与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端连接与反相器Inv2的输出端连接，开关场效应晶体管M17的体端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与开关场效应晶体管M17的源极连接；

所述的开关场效应晶体管M18的栅极与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接，开关场效应晶体管M18的体端与源极相连，开关场效应晶体管M18的源极与开关场效应晶体管M19的漏极相连，开关场效应晶体管M19的栅极与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M19的体端与源极相连，开关场效应晶体管M19的源极与开关场效应晶体管M20的漏极相连，开关场效应晶体管M20的栅极与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M20的体端与源极相连，开关场效应晶体管M20的源极与开关场效应晶体管M21的漏极相连，开关场效应晶体管M21的栅极与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M21的体端与源极相连，开关场效应晶体管M21的源极与电源地相连；

所述射频输出端口Out16和开关场效应晶体管M22的漏极连接与电阻R21的相连，开关场效应晶体管M22的栅极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M22的体端与源极相连，开关场效应晶体管M22的源极与开关场效应晶体管M23的漏极相连，开关场效应晶体管M23的栅极与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M23的体端与源极相连，开关场效应晶体管M23的源极与开关场效应晶体管M24的漏极相连，开关场效应晶体管M24的栅极与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M24的体端与源极相连，开关场效应晶体管M24的源极与开关场效应晶体管M25的漏极相连，开关场效应晶体管M25的栅极与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端分别与控制端5和反相器Inv2的输入端连接；

所述的开关场效应晶体管M25的体端与源极相连，开关场效应晶体管M25的源极与电源地相连。

5.根据权利要求1所述的半分布式无源可变衰减器，其特征在于：所述的输入控制转换模块包括三个直流输入端口控制端1、控制端2、控制端3，七个直流输出端口K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7和十个反相器I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、I8、I9、I10；所述的控制端1与反相器I1的输入端连接；所述的控制端2与反相器I2的输入端连接；所述的控制端3与反相器I3的输入端连接；所述的反相器I1的输出端与反相器I7的输入端连接；所述的反相器I2的输出端分别与反相器I4的输入端和反相器I10的输入端连接；所述的反相器I3的输出端分别与反相器I5的输入端、反相器I6的输入端、反相器I8的输入端和反相器I9的输入端连接；所述的反相器I4的输出端与直流输出端口K1连接；所述的反相器I5的输出端与直流输出端口K2连接；所述的反相器I6输出端与直流输出端口K3连接；所述的反相器I7输出端与直流输出端口K4连接；所述的反相器I8输出端与直流输出端口K5连接；所述的反相器I9输出端与直流输出端口K6连接；所述的反相器I10输出端与直流输出端口K7连接。

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