专利名称：X波段高精密数控衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及衰减器技术领域，确切地说涉及x波段高精密数控衰减器。
背景技术：
自十九世纪麦克斯韦电磁场理论建立以来，无线电技术已经深入到人类日常活动 的各个领域。由于无线电技术的研究对象"电磁波"具有能贯穿大到宇宙空间、小到夸克粒 子，运动速率极快且不能被人感觉等其他物质都不能同时具有的诸多特殊性质，使得这种 技术在能源、交通、医疗及信息等各种工程领域得到巨大的应用。 电磁波作为一种能量或信息的载体，其最基本的物理量为幅度。随着应用的广泛 和深入，衰减器在幅度应用中具有重要的地位。衰减器的作用是使通过它的微波得到一定 量的衰减，从而使输入到负载的微波功率减小。 衰减器的主要用途是(a)衰减器最常见的用途是进行微波功率电平的调节；(b) 固定衰减器还可以用来"去耦"用，所谓去耦就是减少微波系统与微波源之间的耦合，避免 由于系统负载的变化反馈到信号源中引起工作地不稳定甚至损坏微波管的输出窗。(c)具 有精密刻度的可调衰减器可用来进行微波测量，用替代法测量元件的损耗或微波源的增
.、 1.衰减器的特征指标 衰减器的主要特征指标就是它的衰减量，衰减量往往直接被简称为"衰减"，衰减
量固定的称为固定衰减器，衰减量在一定范围内可调的称为可调或可变衰减器。 衰减器的衰减量定义为在衰减器终端负载匹配的条件下，其输入微波功率Pl与
输出微波功率P2之比的分贝数。 "101g^(必) (1.1)
尸2 根据(1. 1)式计算得到的衰减量实际包含有两个因素引起的衰减，一个是系统内 部或元件内部对微波的损耗，吸收了通过的一部分微波功率而引起的，这种衰减器称为"吸 收衰减"；另一个是由于系统或元件输入端部匹配，使一部分输入微波功率被反射引起进入 系统或元件的功率减小而造成的，相应的衰减称为"反射衰减"。 2.数控衰减器 微波数控衰减器的基本原理是通过数字信号来控制PIN二极管的偏置电压以实 现PIN 二极管的通断，使微波信号在衰减位与直通位之间切换，从而达到微波信号的衰减。 再通过基本衰减位的组合叠加实现步进衰减。应根据不同的频率、带宽以及电参数指标的 要求来选择相应的设计方案。现有技术的国外数控衰减器采用五位开关线衰减单元级联组 合而成，电路图如图l所示。 五位开关线衰减单元的衰减量分别为2dB、4dB、8dB、16dB、32dB。其中32dB这一位 采用了两个16dB的Ji型衰减网络串联的方式组成，这样做有两个目的一个是减少一个开 关线衰 单元，以降低插入损耗；二是降低单个n型网络的衰减量，以提高衰减精度等指标。 单个的开关线衰减单元的原理如图2所示。它是由单刀双掷开关和Ji型衰减网 络组成。通过改变Al、 A2的电压电流状态来选择导通支路；通过改变Rl、 R2和R3的电阻 值来调整衰减的大小。 对于Ji型衰减网络，我们可以通过下面的公式计算某一衰减量需要的电阻值 N = log—乂A/10) R1=Z(N-1)/(2VS) R2=R3=Z(VS+1)/ ( Vi7-1) 其中A-衰减量 Z——系统阻抗( 一般为50 Q或75 Q ) 上述现有技术方案存在以下缺点 1.现有技术方案频段的扩展能力较差，兼顾低端往高端扩展或兼顾高端往低端扩 展均有限。 2.受电路的局限性，现有技术方案损耗较大，难以改善。 3.现有技术方案体积较大，应用范围有限。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种能克服开关线衰减器的局限性，具 有更低的损耗和更好的平坦度的X波段高精密数控衰减器，本实用新型采用加载线与开关 线混合的技术方案，工作频率和指标均优于现有国内外产品，工作频率在9. 5 9. 7GHZ，具 有良好的衰减特性，插入损耗低，电压驻波比低，工作运行可靠性高。 本实用新型是通过下述技术方案实现的 —种X波段高精密数控衰减器，其特征在于包括信号输入通道，五位衰减单元、 信号输出通道和偏置电路，五位衰减单元的基本衰减位分别为2dB、4dB、8dB、16dB和32dB， 其中，2dB和4dB两个衰减单元采用加载线方式联接，8dB、 16dB和32dB三个衰减单元采用 开关线方式联接，4dB衰减单元依次联接16dB衰减单元、32dB衰减单元和8dB衰减单元，信 号输入通道与2dB衰减单元联接，信号输出通道与8dB衰减单元联接。 所述2dB衰减单元、4dB衰减单元、8dB衰减单元、16dB衰减单元和32dB衰减单元 上分别对应设置有为TTL控制的驱动器输出给衰减器的，并用于控制PIN 二极管导通和隔 离的Al控制端口 、 A2控制端口 、 A3控制端口 、 A4控制端口和A5控制端口 。 所述偏置电路上设置有四分之一波长的微带线。 每个衰减单元设置有衰减芯片，用来代替传统的Ji型网络电阻衰减。 本实用新型的优点表现在 1.同国外同类产品指标对比，工作频率及指标远优于国外类似产品。本实用新型 的技术指标如下 (1)工作频率9. 5 9. 7GHZ (2)插入损耗《5dB (3)输入驻波比《1. 5 (4)衰减步进2dB[0036]
(5) 总衰减量60dB
(6) 衰减精度《士ldB(衰减量〈20dB)
《±1. 5dB(20dB《衰减量《40dB) 《士2dB(衰减量〉40dB) (7)带内幅度平坦度《±0. 5dB (8)同频相位重复度《±3° (9)相位非线性度《±2° (10)承受功率0. 5W 2.本产品频率更高，为X波段衰减器，具有良好的衰减特性。 3.采用衰减芯片实现高衰减的精度与平坦度的要求。 4.较低的插入损耗。为减小插损选用低介质损耗的高频基板，短的微带线长度和 小尺寸的微波元器件。 5.较低的电压驻波比。为降低驻波比精确计算各微波二极管、电容、微带传输线之 间的良好阻抗匹配和合适的电长度。 6.高可靠性。为了提高可靠性设计并没有用裸芯片而采用了 PIN梁式二极管；采 用高速的大电流的模块式驱动器来保证可承受功率和长期可靠性。
下面将结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明，其 中 图1为国外进口数控衰减器电路图 图2为开关线衰减单元原理图 图3为本实用新型电路原理图 图4a为本实用新型外形结构图 图4b为图4a中俯视结构示意图 图5为本实用新型的工艺流程图 图中标记 RFin、信号输入通道，Rfout、信号输出通道，Al-A5、控制端口 。
具体实施方式
X波段高精密数控衰减器采用了加载线和开关线这种方案。电路原理图如图3所 示。图中，RFin为信号输入通道，RFout为信号输出通道，A1、A2、A3、A4、A5分别为TTL控 制的驱动器输出给衰减器的控制端口 ，用于控制PIN 二极管的导通和隔离，使模块按照要 求处于衰减工作状态或者处于直通工作状态。五位基本衰减位分别为2dB、4dB、8dB、16dB、 32dB。通过A1、A2、A3、A4、A5不同状态的组合来实现基本衰减位的组合叠加以达到不同的 衰减量。 2dB和4dB两个小衰减位采用加载线的方式，减小了产品的插损。偏置电路方面并 没有选择集总元器件电感电容，而是通过两极四分之一波长的微带线实现偏置。大大提高 了产品的可靠性。衰减方面，选择了用衰减片代替传统的n型网络电阻衰减。在高频时对
5衰减的平坦度和精度有了很不错的改善。 本提案为2dB步进直至60dB衰减，多达31个工作状态，需要同时考核465个技术 指标，在9. 5 9. 7GHz较高的频率下工作。各种元器件和工艺的寄生参数对模块指标的影 响较大，技术指标完全满足要求难度极大。由于工作频率较高、衰减量较大，故在满足插入 损耗的指标要求下，总衰减量和衰减精度的指标要求实现起来十分困难，表面因素，边界条 件以及众多的工艺因素都会对衰减量和衰减精度造成不利影响，难以实现，且物理分析也 十分困难复杂，带来本提案指标分解实现的极大困难。 提高技术指标的措施为减小插损宜选用低介质损耗的高频基板，短的微带线长 度和小尺寸的微波元器件；为降低驻波比精确计算各微波二极管、电容、微带传输线之间的 良好阻抗匹配和合适的电长度；为达到衰减的精度与平坦度的要求采用衰减芯片实现衰 减。
提高可靠性的措施为了提高可靠性设计并没有用裸芯片而采用了 PIN梁式二极
管；采用高速的大电流的模块式驱动器来保证可承受功率和长期可靠性。 本模块工作频率较高，工艺的离散性对技术指标影响较大，制造过程中工艺控制
稍有偏差就会导致指标超标，工艺的精确控制十分困难。合金烧结基片工艺控制很难，要求
高温焊料在同一内腔中的镀金层上面熔融充分，焊接牢固，同时又必须在某几个特定的位
置完全不留焊料的预留出要求的规则图形；合金粘片工艺控制很难，要求在同一受热平面
上焊接上众多的芯片，衰减芯片平整度、端正度对于指标都有明显影响，同时温度又不能太
高，以免对前面工序工艺带来不利影响。密封工艺难度较大。由于本模块体积较大，对外接
口多，做到满足密封考核很难实现。在材料、焊接工艺、工件加工精度等方面必须全面满足
时，密封要求才有可能达到。
权利要求一种X波段高精密数控衰减器，其特征在于包括信号输入通道(Rfin)，五位衰减单元、信号输出通道(Rfout)和偏置电路，五位衰减单元的基本衰减位分别为2dB、4dB、8dB、16dB和32dB，其中，2dB和4dB两个衰减单元采用加载线方式联接，8dB、16dB和32dB三个衰减单元采用开关线方式联接，4dB衰减单元依次联接16dB衰减单元、32dB衰减单元和8dB衰减单元，信号输入通道(Rfin)与2dB衰减单元联接，信号输出通道(Rfout)与8dB衰减单元联接。
2. 根据权利要求1所述的X波段高精密数控衰减器，其特征在于所述2dB衰减单元、 4dB衰减单元、8dB衰减单元、16dB衰减单元和32dB衰减单元上分别对应设置有为TTL控 制的驱动器输出给衰减器的，并用于控制PIN二极管导通和隔离的A1控制端口、A2控制端 口 、 A3控制端口 、 A4控制端口和A5控制端口 。
3. 根据权利要求1所述的X波段高精密数控衰减器，其特征在于所述偏置电路上设 置有四分之一波长的微带线。
4. 根据权利要求1所述的X波段高精密数控衰减器，其特征在于每个衰减单元设置 有衰减芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种X波段高精密数控衰减器，包括信号输入通道，五位衰减单元、信号输出通道和偏置电路，五位衰减单元的基本衰减位分别为2dB、4dB、8dB、16dB和32dB，其中，2dB和4dB两个衰减单元采用加载线方式联接，8dB、16dB和32dB三个衰减单元采用开关线方式联接，4dB衰减单元依次联接16dB衰减单元、32dB衰减单元和8dB衰减单元，信号输入通道与2dB衰减单元联接，信号输出通道与8dB衰减单元联接。本实用新型采用加载线与开关线混合的技术方案，工作频率和指标均优于现有国内外产品，工作频率在9.5～9.7GHz，具有良好的衰减特性，插入损耗低，电压驻波比低，工作运行可靠性高。
文档编号H03H17/00GK201467081SQ20092008310
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者王雪松, 王韧 申请人:成都亚光电子股份有限公司