CN204089876U - 一种幅度均衡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种幅度均衡器，包括П型RC滤波网络和反馈支路，输入信号从幅度均衡器的信号输入端输入，部分信号经过П型RC滤波网络和反馈支路后从幅度均衡器的信号输出端输出，由于电容具有选频特性，电阻与电容的串、并联可以优先通过某些频段的信号，从而引起不同频率信号幅度的改变，进而实现幅度均衡。本实用新型的技术方案，通过仅包括电阻和电容的串、并联所呈现的选频特性对不同频率范围的信号进行幅度均衡，解决了无源集总元件幅度均衡器在工作频率较高时因电感的寄生参数而引入设计误差的问题。

Description

一种幅度均衡器

技术领域

本实用新型涉及电子线路技术领域，特别涉及一种幅度均衡器。

背景技术

信号的传输过程中，特别是宽带信号的传输过程中，可能经常发生信号幅度出现较大的波动，这种波动主要来自于信号经传输链路中不同元器件产生的微小波动的累积和外界噪声的干扰。信号幅度的不平整性将导致整个信号链路的灵敏度和稳定性下降，幅度均衡技术用于补偿输出信号幅度的不平坦度，可以使出现波动的信号幅度重新趋于平稳。

目前，幅度均衡器主要采用同轴谐振腔、波导、微带线和集总元件来制作，但同轴谐振腔和波导均衡器在体积和重量方面都不占优势，不适用于对质量和体积要求较为严格的应用场合。微带均衡器通常一次加工成型，调试时无法改变微带相关参数，因此，要求加工与仿真几乎不能存在偏差，这在一定程度上限制了它的应用。无源集总元件幅度均衡器通常采用电容、电感和电阻制作，通过电抗元件的谐振来均衡在某一频率范围内的信号的幅度畸变。然而，由于电阻、电感和电容构成的RLC谐振网络在工作频率较高时所需要的电感值很小，通常在纳亨利量级甚至更小，小到使用无铁芯绕线电感很难实现，并且绕线电感在高频下凸显的寄生参数如寄生电容引起的自谐振也显著地增加了均衡网络的调试难度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种幅度均衡器，以解决无源集总元件幅度均衡器在工作频率较高时因电感的寄生参数而引入设计误差的问题。

本实用新型提供的一种幅度均衡器，包括П型RC滤波网络和反馈支路；

所述П型RC滤波网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第三电容C3；其中，

第三电阻R3接在所述幅度均衡器信号输入端与输出端之间，第一电容C1接在所述幅度均衡器信号输入端与第三电阻R3之间，另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2另一端接地，第三电容C3一端接在第三电阻R3与幅度均衡器信号输出端之间，另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接地；

所述反馈支路包括第二电容C2，第二电容C2一端连接在第一电容C1与第二电阻R2之间，另一端连接在第三电容C3与第四电阻R4之间。

优选地，上述幅度均衡器还可以包括第一电阻R1和第五电阻R5，第一电阻R1接在所述幅度均衡器信号输入端与第三电阻R3之间，另一端接地，第五电阻R5一端连接在第三电阻R3与所述幅度均衡器信号输出端之间，另一端接地。

本实用新型的有益效果是：输入信号从幅度均衡器的信号输入端输入，部分信号经过第二电阻R2、第一电容1第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4构成的П型RC滤波网络和由第二电容C2构成的反馈支路后从幅度均衡器的信号输出端输出，由于电容具有选频特性，电阻与电容的串、并联可以优先通过某些频段的信号，从而引起不同频率信号幅度的改变，进而实现幅度均衡。在优选方案中，调节第一电阻R1和第五电阻R5的阻值可以调节匹配、改善驻波和插入损耗。

本实用新型提供的幅度均衡器，不含有电感，仅通过电容和电阻串、并联所呈现的选频特性对不同频率范围的信号进行幅度均衡，解决了无源集总元件幅度均衡器在工作频率较高时因电感的寄生参数而引入设计误差的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种幅度均衡器电路原理图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种幅度均衡器电路原理图；

图3为本实用新型实施例提供的一种负斜率线性均衡电路仿真结果曲线图；

图4为本实用新型实施例提供的一种负斜率抛物线均衡电路仿真结果曲线图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种负斜率线性均衡电路仿真结果曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

首先对实施例所使用的技术名词、简写或缩写解释如下：

负斜率均衡器：是指随着频率的增加，均衡器的衰减量逐渐减小；

线性：是指均衡器的衰减量与频率近似成线性关系；

抛物线：是指均衡器的衰减量与频率近似成抛物线函数关系；

分贝(dB)：是一种度量信号输出幅度与输入幅度比值的方法，如果输出与输入量均为电压量，且分别表示为uo与ui，则分贝可以表示为dB＝20lg(uo/ui)，其中lg是以10为底数的对数函数符号；

freq，GHz：是指频率，单位为吉赫兹，即10⁹赫兹；

dB(S(2,1))：是指输出(端口2)幅度与输入(端口1)幅度的比值，并用分贝表示；

插入损耗：是指与没有均衡网络相比，增加均衡网络后通带内信号幅度损耗的最小值，并用分贝表示。

参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种幅度均衡器电路原理图。本发明实施例提供的幅度均衡器包括：П型RC滤波网络和反馈支路；

所述П型RC滤波网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第三电容C3；其中，

第三电阻R3接在所述幅度均衡器信号输入端与信号输出端之间，第一电容C1接在所述幅度均衡器信号输入端与第三电阻R3之间，另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2另一端接地，第三电容C3一端接在第三电阻R3与幅度均衡器信号输出端之间，另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接地；

所述反馈支路包括第二电容C2，第二电容C2一端连接在第一电容C1与第二电阻R2之间，另一端连接在第三电容C3与第四电阻R4之间。

本实用新型的幅度均衡器，信号经过端口1输入，部分信号经过第二电阻R2、第一电容1第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4构成的П型RC滤波网络和由第二电容C2构成的反馈支路后由端口2输出，由于电容具有选频特性，上述电阻与上述电容的串、并联构成的П型RC滤波网络和反馈支路可以优先通过某些频段的信号，从而引起不同频率信号幅度的改变，进而实现幅度均衡。

优选的，参见图2，图2为本实用新型实施例提供的另一种幅度均衡器电路原理图。在本实施例中所述幅度均衡器还包括第一电阻R1和第五电阻R5，第一电阻R1接在所述П型RC滤波网络信号输入端与第三电阻R3之间，另一端接地，第五电阻R5一端连接在第三电阻R3与所述П型RC滤波网络信号输出端之间，另一端接地。在该优选实施例中，第一电阻R1和第五电阻R5用于调节匹配、改善驻波和插入损耗。

在实际应用中，本实用新型的幅度均衡器处理的信号为1～8GHz的宽带信号。所述的电阻为带封装的电阻或者不带封装的薄膜电阻，所述带封装电阻的封装形式包括表贴封装，所述不带封装的薄膜电阻的薄膜材料包括氮化钽材料。

所述的电容为带封装的电容或者不带封装的薄膜电容、叉指电容，所述的带封装电容的封装形式包括表贴封装，所述不带封装的薄膜电容、叉指电容所使用的介质材料包括二氧化硅材料。

优选的，所述电阻和所述电容为0402、0603、0805表贴封装形式。

所述幅度均衡器还包括用于连接所述电阻和/或电容的微带线或者导线。

优选的，所述的微带线阻抗为50Ω，厚度为1μm～5mm之间，材料为铜。

优选的，所述的导线为有绝缘外壳的导线，金属导体材质为铜、铝或银。

所述幅度均衡器还包括用于制造所述幅度均衡器的板材，所述板材材料可以为FR-4epoxy，厚度为1毫米；优选为罗杰斯RO4003(Rogers RO4003)板材，厚度为0.1mm～5mm。

本实用新型优选实施例提供了五个电阻、三个电容，用于连接电容和电阻的微带线和相应的板材材料。通过改变上述电阻、电容的值来调整均衡器的幅度衰减量来匹配需要均衡的信号。本实用新型除了采用印刷电路板工艺之外，所述电容、电阻还可以采用低温共烧陶瓷工艺(LTCC)进行三维空间集成，由此带来的显著优点为：(1)体积更小；(2)重量更轻；(3)可靠性高；(4)电气性能更好；(5)使用安装更方便。因此，非常适合用于移动通信终端及对体积和质量有严格要求的应用场合。

如图2所示，假设端口1的输入信号电压幅度为uo与端口2的输出信号电压幅度为ui，电路工作频率为w，根据电路的拓扑约束和元件约束，可以得到：

$\begin{array}{c}\frac{\mathrm{uo}\left(\mathrm{jw}\right)}{\mathrm{ui}\left(\mathrm{jw}\right)}=\\ \frac{\frac{R_4{w}^2{C}_3-\mathrm{jw}}{R3}-\frac{{R_4}^2{R}_5{w}^3{C}_2{C}_3+R_2{R}_4{R}_5{w}^3{C}_1{C}_2+{\mathrm{jw}}^4{R}_2{R}_3{R}_4{R}_5{C}_1{C}_2{C}_3}{(R_4-R_2)R_3{R}_5{\mathrm{wC}}_2+R_2{R}_3{R}_5{\mathrm{wC}}_1-{\mathrm{jR}}_3{R}_5}}{w^2{C}_3+(R_4{w}^2{C}_3-\mathrm{jw})(\frac{1}{R_3}+\frac{1}{R_5})+\frac{(R_3-R_5){R_4}^2{w}^3{C}_2{C}_3-(R_3+R_5)R_2{R}_4{w}^3{C}_1{C}_2-{\mathrm{jw}}^4{R}_2{R}_3{R}_4{R}_5{C}_1{C}_2{C}_3}{(R_4-R_2)R_3{R}_5{\mathrm{wC}}_2+R_2{R}_3{R}_5{\mathrm{wC}}_1-{\mathrm{jR}}_3{R}_5}}\end{array}---\left(1\right)$

令 ${\left|\frac{\mathrm{uo}\left(\mathrm{jw}\right)}{\mathrm{ui}\left(\mathrm{jw}\right)}\right|}^2=\frac{{\left|B\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2/{\left|C\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2}{{\left|D\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2/{\left|E\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2}=\frac{{\left|B\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2{\left|E\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2}{{\left|C\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2{\left|D\left(\mathrm{jw}\right)\right|}^2}---\left(2\right)$

其中：

|B(jw)|²＝[(C₁C₃-C₂C₃+C₁C₂)R₂R₃R₄R₅w³-R₃R₅w]²                            (3)

+[R₂R₃ ²R₄R₅w⁴C₁C₂C₃-(R₂C₂+R₂C₁-R₄C₃-R₄C₂)R₃R₅w²]²

|C(jw)|²＝[(R₄-R₂)R₃ ²R₅wC₂+R₂R₃ ²R₅wC₁]²+R₃ ⁴R₅ ²                    (4)

|D(jw)|²＝[(R₃R₄R₅-R₂R₃R₄-R₂R₄R₅)w³C₂C₃+R₂R₃R₅w³C₁C₃+(R₃+R₅)(C₃-C₂)R₂R₄w³C₁

                         (5)

-(R₃+R₅)w]²+[(R₃+R₅)(C₁R₂-C₂R₂+C₃R₄)w²+(R₃-R₅)R₄w²C₂]²

|E(jw)|²＝[(R₄-R₂)R₃R₅wC₂+R₂R₃R₅wC₁]²+R₃ ²R₅ ²                   (6)

根据(1)～(6)式可知，幅度均衡器的幅度随频率特性的改变由所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3调节实现。

所述幅度均衡器的通带内信号衰减幅度表示为:

dB＝20lg(uo/ui)                 (7)

如图2所示，所述的幅度均衡器中所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5、所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3采用0603封装形式，微带线敷铜厚度为5μm，宽度为1.2mm，板材材料为FR-4epoxy，厚度为1mm，调节上述电阻值或者上述电容值，获得幅度均衡器的仿真结果。

需要说明的是，上述的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、所述第四电阻R4、第五电阻R5可以通过多个电阻串联、并联实现不同电阻值；上述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3可以采用多个电容串联和/或并联实现不同电容值。

一种实施例，第一电阻R1＝1.2KΩ、第二电阻R2＝1KΩ、第三电阻R3＝100Ω、第四电阻R4＝600Ω、第五电阻R5＝100KΩ，第一电容C1＝43nF、第二电容C2＝87nF、第三电容C3＝0.5pF，仿真结果如图3所示。

图3是本实用新型实施例提供的一种负斜率线性均衡电路仿真结果曲线图，在本实施例中，幅度均衡器的衰减幅度dB(S(2,1))与信号频率freq近似成线性关系，衰减幅度范围是-6.5dB～-2.5dB，信号频率范围是1GHz～8GHz，幅度均衡量为4dB，通带内插入损耗为2.5dB。

一种实施例，第一电阻R1＝750Ω、第二电阻R2＝500Ω、第三电阻R3＝2.2KΩ、第四电阻R4＝200Ω、第五电阻R5＝40KΩ，第一电容C1＝51nF、第二电容C2＝90nF、第三电容C3＝0.8pF，仿真结果如图4所示。

图4是本实用新型实施例提供的一种负斜率抛物线均衡电路仿真结果曲线图，在该实施例中，幅度均衡器的衰减幅度dB(S(2,1))与信号频率freq近似成抛物线函数关系，衰减幅度范围是-10dB～-2dB，信号频率范围是1GHz～8GHz，幅度均衡量为8dB，通带内插入损耗为2dB。

再一种实施例，第一电阻R1＝69KΩ、第二电阻R2＝98KΩ、第三电阻R3＝350Ω、第四电阻R4＝70KΩ、第五电阻R5＝100KΩ，第一电容C1＝31nF、第二电容C2＝90nF、第三电容C3＝0.2pF，仿真结果如图5所示。

图5是本实用新型实施例中的另一种负斜率线性均衡电路仿真结果曲线图，在该实施例中，幅度均衡器的衰减幅度dB(S(2,1))与信号频率freq近似成线性关系，衰减幅度范围是-6.5dB～-2.5dB，信号频率范围是1GHz～8GHz，幅度均衡量为8dB，通带内插入损耗为4dB。

综上，本实用新型幅度均衡器的幅度衰减和插入损耗可通过所述的第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、所述第五电阻R5和所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第三电容C3的值来调整，幅度均衡器的衰减幅度可调、衰减规律可调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种幅度均衡器，其特征在于，包括:П型RC滤波网络和反馈支路；

所述П型RC滤波网络包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第三电容C3；其中，

第三电阻R3接在所述幅度均衡器信号输入端与信号输出端之间，第一电容C1一端接在所述幅度均衡器信号输入端与第三电阻R3之间，另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2另一端接地，所述第三电容C3一端接在第三电阻R3与幅度均衡器信号输出端之间，另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端接地；

所述反馈支路包括第二电容C2，所述第二电容C2一端连接在第一电容C1与第二电阻R2之间，另一端连接在第三电容C3与第四电阻R4之间。

2.根据权利要求1所述的幅度均衡器，其特征在于，还包括第一电阻R1和第五电阻R5；所述第一电阻R1一端接在所述幅度均衡器信号输入端与第三电阻R3之间，另一端接地，所述第五电阻R5一端连接在第三电阻R3与所述幅度均衡器信号输出端之间，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的幅度均衡器，其特征在于，所述幅度均衡器处理的信号为1～8GHz的宽带信号。

4.根据权利要求3所述的幅度均衡器，其特征在于，所述幅度均衡器的幅度衰减量由所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、或所述第五电阻R5的阻值调整，或者由由所述第一电容C1、所述第二电容C2、或所述第三电容C3的容值调整。

5.根据权利要求4所述的幅度均衡器，其特征在于，

所述第一电阻R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4、或所述第五电阻R5的不同电阻值通过多个电阻串联和/或并联实现；

所述第一电容C1、所述第二电容C2、或所述第三电容C3的不同电容值通过多个电容串联和/或并联实现。

6.根据权利要求2所述的幅度均衡器，其特征在于，所述的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4或第五电阻R5为带封装的电阻或者不带封装的薄膜电阻；所述带封装电阻的封装形式包括表贴封装，所述不带封装的薄膜电阻的薄膜材料包括氮化钽材料。

7.根据权利要求2所述的幅度均衡器，其特征在于，所述的第一电容C1、第二电容C2、或第三电容C3为带封装的电容或者不带封装的薄膜电容、叉指电容；所述的带封装电容的封装形式包括表贴封装，所述不带封装的薄膜电容、叉指电容所使用的介质材料包括二氧化硅材料。

8.根据权利要求1或2所述的幅度均衡器，其特征在于，还包括用于连接所述电阻和/或电容的微带线或者导线。

9.根据权利要求8所述的幅度均衡器，其特征在于，所述的微带线阻抗为50Ω，厚度为1μm-5mm之间，材料为铜；所述的导线为有绝缘外壳的导线，金属导体材质为铜、铝或银。

10.根据权利要求1或2所述的幅度均衡器，其特征在于，还包括用于制造所述幅度均衡器的板材，所述板材包括FR-4epoxy、罗杰斯RO4003板材。