专利名称：高动态、高精度l波段数控衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于雷达、通信、制导的电子装置，尤其是能实现高动态范围、高衰减精度和能够实现温度自适应的L波段数控衰减器。
背景技术：
目前，公知的构成射频/微波功率衰减器的基本材料是电阻性材料。通常的电阻是衰减器的一种基本形式，由此形成的电阻衰减器网络就是集总参数衰减器。通过一定的工艺把电阻材料放置到不同波段的射频/微波电路结构中就形成了相应频率的衰减器。如果是大功率衰减器，体积肯定要加大，关键就是散热设计。随着现代电子技术的发展，在许多场合要用到快速调整衰减器。这种衰减器通常有两种实现方式，一是半导体小功率快调衰减器，如PIN管或FET单片集成衰减器；二是开关控制的电阻衰减网络，开关可以是电子开关，也可以是射频继电器。功率衰减器的主要用途为1)控制功率电平在微波超外差接收机中对本振的输出功率进行控制，可以获得最佳噪声系数和变频损耗，达到最佳接收效果。在微波接收机中，能实现自动增益控制，从而改善动态范围。2)去耦元件作为振荡器与负载之间的去耦合元件。3)相对标准作为比较功率电平的相对标准。4)用于雷达抗干扰中的跳变衰减器是一种衰减量能突变的可变衰减器，平时不引入衰减，遇到外界干扰时，突然加大衰减。从微波网络的观点看，衰减器是一个二端口的有耗微波网络，它属于通过型微波元件。数控衰减器是一种主要用于数字微波通信、雷达、电子对抗、制导等电子系统设备中的电子部件。在宽带微波频段的控制电路中，L波段数控衰减器是主要控制电路之一，描述这种产品性能的主要技术指标有1)工作频率带宽；幻衰减位数；幻总衰减量；4)衰减精度；5)衰减步进；6)最小插入损耗；7)输入和输出端电压驻波比；8)转换速度；9)电路尺寸；10)承受功率等。目前所使用的小功率快调数控单片集成衰减器同类产品能满足大多数场合的应用，但是遇到需要高动态范围、高精度以及在温度变化范围较大的场合时，仅使用单个单片集成衰减器往往不能满足电性能指标要求。
实用新型内容本实用新型需要解决的技术问题是提供一种不仅能实现常规的功率衰减控制，而且能实现功率衰减器在高动态范围、高精度和温度变化范围较大的场合应用的高动态、高精度L波段数控衰减器。为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是一种高动态、高精度L波段数控衰减器，包括金属壳体和电路模块，其中电路模块包括数字控制模块和衰减模块，数字控制模块和衰减模块之间双向通信连接，衰减模块包括衰减模块1、衰减模块2、衰减模块3， 三个衰减模块依次串联连接，各模块之间设置有用于减少耦合干扰的金属隔断。所述数字控制模块包括一个用于输出控制数据的高性能单片机以及将控制数据转换为电压的高精度数字-模拟转换器及其外围电路。所述衰减模块是两个微波单片集成电调衰减器和一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。所述衰减模块是由两个微波单片集成开关、位于两个微波单片集成开关中间的一个衰减网络、一个微波单片集成电调衰减器以及一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。所述高性能单片机为带内置温度传感器的单片机C8051F350。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本新型采用单片机数控电路来控制衰减模块，具有以下优点(1)衰减动态范围大该数控衰减器由三个衰减器串联或者将开关控制的衰减网络与两个个衰减器串联，突破了单个微波单片集成衰减器衰减动态范围小的缺点；( 衰减精度高，调节速度快该数控衰减器装置由单片机控制高速、高精度的数字-模拟转换器输出精准的控制电压，保证了数控衰减器衰减量的高精度。本实用新型采用了一种带内置温度传感器的单片机C8051F350，根据不同的温度段，建立一系列不同的衰减量控制的数据表，实际使用中，单片机根据实时测量的环境温度，查询相应温度下的数据表，得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器，数字-模拟转换器根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器，得到需要的衰减量，实现衰减量在不同环境温度下的高精度，做到温度的自适应。
图1是本实用新型原理框图；图2是本实用新型实施例一的构造原理图；图3是本实用新型实施例二的构造原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述如图1所示，本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器，由数字控制模块和衰减模块组成，数字控制模块和衰减模块之间双向通信连接，衰减模块包括衰减模块1、衰减模块2、衰减模块3，三个衰减模块依次串联连接。所述衰减模块是两个微波单片集成电调衰减器和一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。所述衰减模块是由两个微波单片集成开关、位于两个微波单片集成开关中间的一个衰减网络、一个微波单片集成电调衰减器以及一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。所述的衰减模块是由两个微波单片集成电调衰减器和微波单片集成数控衰减器依次串联组成，或者是由两个微波单片集成开关、一个电阻衰减网络一个微波单片集成电调衰减器以及一个微波单片集成数控衰减器依次串联组成，所述的数字控制模块由一个高精度数字一模拟转换器、一个高性能单片机一C8051F350、一个三端可调电流源、一个电压基准芯片和一个电压转换芯片构成。数字控制模块经由数据接口收发数据指令，处理分析后控制调节三个衰减模块的衰减量，微波信号经过三个可调的衰减模块后即可实现指标要求的衰减量。 实施例1 参考图1、图2，采用三个微波单片集成衰减器依次串联的方式组成可调衰减部分(衰减模块)，将数字控制模块和衰减模块收容固纳在金属盒体Bl中、盒体上设置一个数据收发端口、一个微波信号输入端端口、一个微波信号输出端端口、一个电源输入端口，其中两个微波单片集成电调衰减器D1、D2采用HMC473MS8、一个微波单片集成数控衰减器D3采用HMC472LP4，数字控制模块的高精度数字-模拟转换器D7采用TLV5638)、高性能单片机D8采用C8051F350。端口 Pl为微波信号输入端，该端口 Pl连接微带线Wl的一端， 该微带线Wl的另一端接微波单片集成电调衰减器Dl的信号输入端，该微波单片集成电调衰减器Dl的信号输出端接微带线W2的一端，微带线W2的另一端接微波单片集成电调衰减器D2的信号输入端，该微波单片集成电调衰减器D2的信号输出端接微带线W3的一端，微带线W3的另一端接微波单片集成数控衰减器D3的信号输入端，该微波单片集成数控衰减器D3的信号输出端接微带线W4的一端，微带线W4的另一端接微波信号输出端P2。端口 m 为电源输入端，该端口 W连接微波单片集成数控衰减器D3的电源输入端口、三端可调电流源D4的正极和电压转换芯片D6的输入端，电压转换芯片D6的输出端接微波单片集成电调衰减器D1、微波单片集成电调衰减器D2、数字-模拟转换器D7和单片机D8的电源输入端， 三端可调电流源D4的负极接电压基准芯片D5的阳极，电压基准芯片D5的阴极接数字-模拟转换器D7的电压基准输入端，数字-模拟转换器D7的电压输出端口 1接微波单片集成电调衰减器Dl的压控输入端，数字-模拟转换器D7的电压输出端口 2接微波单片集成电调衰减器D2的压控输入端，单片机D8的I/O端口接微波单片集成数控衰减器D3的控制端口、数字-模拟转换器D7的数据输入端口和SPI串行控制信号端口 P3。微波单片集成电调衰减器配合使用高精度，高速度的数字-模拟转换器即DAC，可以实现较高的衰减量控制精度，本实用新型采用了 12位的数字-模拟转换器TLV5638，可以满足指标要求的衰减量控制精度。但是单个微波单片集成电调衰减器(HMC473MS8)的动态范围为40dB，单个微波单片集成数控衰减器(HMC472LP4)的动态范围为30dB，为满足本实用新型所需求的动态范围 80dB，采用了将两个微波单片集成电调衰减器和一个微波单片集成数控衰减器串联的设计方法，实现高动态范围的应用。使用时，在0 IOdB的衰减范围内，将微波单片集成电调衰减器Dl和微波单片集成电调衰减器D2设置固定的衰减量OdB，通过控制微波单片集成数控衰减器D3实现0 IOdB快速，精准的衰减量控制，在10 45dB的衰减范围内，将微波单片集成电调衰减器Dl设置固定的衰减量OdB，将微波单片集成电调衰减器D2作为IOdB大步进衰减，将微波单片集成数控衰减器D3作为0 IOdB的微调，通过控制微波单片集成电调衰减器D2和微波单片集成数控衰减器D3的衰减量，实现10 45dB衰减量的精确控制， 在45 SOdB的衰减范围内，将微波单片集成电调衰减器Dl设置固定的衰减量35dB，作为固定衰减器，将微波单片集成电调衰减器D2作为IOdB大步进衰减，将微波单片集成数控衰减器D3作为0 IOdB的微调，通过控制微波单片集成电调衰减器D2和微波单片集成数控衰减器D3的衰减量，实现45 SOdB衰减量的精确控制。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器根据微波单片集成电调衰减器Dl和微波单片集成电调衰减器D2的电压调节曲线，建立了一个衰减量控制的数据表，根据所需要的衰减量大小，由单片机D8进行查表， 得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器D7，数字-模拟转换器D7根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器Dl和微波单片集成电调衰减器D2，得到需要的衰减量。采用该设计方法的好处是可以实现衰减量的快速调节。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器使用温度范围为-40°C 85°C。在不同的环境温度下，微波单片集成电调衰减器Dl和微波单片集成电调衰减器D2的电压调节曲线会有少量的漂移， 会导致在不同的环境温度下，衰减器的衰减精度不同。为了克服这个缺点，本实用新型采用了一种带内置温度传感器的单片机C8051F350，该单片机的温度测量精度为士3°C。因为电调衰减器的电压调节曲线随温度的变化较小，士3°C温度测量精度满足使用要求。根据不同的温度段，同样建立一系列不同的衰减量控制的数据表，实际使用中，单片机D8根据实时测量的环境温度，查询相应温度下的数据表，得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器D7，数字-模拟转换器D7根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器Dl和电调衰减器D2，得到需要的衰减量。采用该设计方法的好处是可以实现衰减量在不同环境温度下的高精度，做到温度的自适应。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器安装在金属壳体Bl中使用。通过加装金属隔断，将数字部分与模拟部分分开，尽量减少芯片之间的耦合干扰，将微波单片集成电调衰减器Dl、电调衰减器D2和数控衰减器D3 之间也加装金属隔断，提高电调衰减器D1、电调衰减器D2和数控衰减器D3之间的隔离度， 减少耦合干扰，从而提高本实用新型的动态范围和衰减精度。主机发出衰减量数据指令，通过SPI串行控制信号接口 P3将数据指令送入单片机D8，单片机D8分析处理后输出控制指令给数控衰减器D3和数字-模拟转换器D7，数字-模拟转换器D7将接收到的数据信号转换为相应的电压值输出。数字-模拟转换器TLV5638可以实现独立双路电压输出，因此可以分别控制各个电调衰减器的衰减量。数字一模拟转换器D4将输出的两路电压信号分别送至微波单片集成电调衰减器Dl和电调衰减器D2的电压调节控制端，实现微波信号衰减量的精准控制。同时，对单片机D8输出的控制指令进行监测，保证数据传输的正确性。微波信号从输入端口 Pl输入，经过电调衰减器Dl、电调衰减器D2和数控衰减器D3后，由输出端口 P2输出，可以满足指标要求的衰减量。 实施例2 参考图1、图3，采用两个微波单片集成开关与一个电阻衰减网络组成的衰减器和两个微波单片集成衰减器相互串联的方式组成可调衰减部分(衰减模块)，将数字控制模块和衰减模块收容固纳在金属盒体Bll中、盒体上设置一个数据收发端口、一个微波信号输入端端口、一个微波信号输出端端口、一个电源输入端口，其中两个微波单片集成开关Dll、D22采用HMC194MS8，一个微波单片集成电调衰减器D33采用HMC473MS8、一个微波单片集成数控衰减器D44采用HMC472LP4，数字控制模块的高精度数字一模拟转换器 D88采用TLV5638、高性能单片机D99采用C8051F350。端口 Pll为微波信号输入端，该端口 Pll连接微带线Wll的一端，该微带线Wll的另一端接微波单片集成开关Dll的信号端口 3，该微波单片集成开关Dll的信号端口 1接微带线W22的一端，微带线W22的另一端接微波单片集成开关D22的信号端口 1，该微波单片集成开关D22的信号端口 3接微带线W33 的一端，微带线W33的另一端接微波单片集成电调衰减器D33的信号输入端，该微波单片集成电调衰减器D33的信号输出端接微带线W44的一端，微带线W44的另一端接微波单片集成数控衰减器D44，该微波单片集成数控衰减器D44的信号输出端接微带线W55的一端，微带线W55的另一端接微波信号输出端P22。微波单片集成开关Dll的信号端口 2接电阻Rl 和电阻R2的一端，该电阻R2的另一端接地，电阻Rl的另一端接微波单片集成开关D22的信号端口 2和电阻R3的一端，该电阻R3的另一端接地。端口 Nl 1为电源输入端，该端口 Nl 1 连接微波单片集成数控衰减器D44的电源输入端口、三端可调电流源D55的正极和电压转换芯片D77的输入端，电压转换芯片D77的输出端接微波单片集成电调衰减器D33、单片机 D99、数字一模拟转换器D88的电源输入端，三端可调电流源D55的负极接电压基准芯片D66 的阳极，电压基准芯片D66的阴极接数字-模拟转换器D88的电压基准输入端，数字-模拟转换器D88的电压输出端口接微波单片集成电调衰减器D33的压控输入端，单片机D99的 I/O端口接微波单片集成数控衰减器D44的控制端口、数字-模拟转换器D88的数据输入端口和SPI串行控制信号端口 P33。微波单片集成电调衰减器配合使用高精度，高速度的数字-模拟转换器即DAC，可以实现较高的衰减量控制精度，本实用新型采用了 12位的数字-模拟转换器TLV5638，可以满足指标要求的衰减量控制精度。但是单个微波单片集成电调衰减器(HMC473MS8)的动态范围为40dB，单个微波单片集成数控衰减器(HMC472LP4) 的动态范围为30dB，为满足本实用新型所需求的动态范围80dB，采用了控制开关切换使用固定衰减网络的设计方法，并将一个微波单片集成电调衰减器和一个微波单片集成数控衰减器串联的设计方法，实现高动态范围的应用。使用时，在0 IOdB的衰减范围内，控制微波单片集成开关Dll和微波单片集成开关D22，使微波信号不经过固定衰减网络，直接送至微波单片集成电调衰减器D33，将微波单片集成电调衰减器D33设置固定的衰减量OdB， 通过控制微波单片集成数控衰减器D44实现0 IOdB快速，精准的衰减量控制，在10 45dB的衰减范围内，控制微波单片集成开关Dl 1和微波单片集成开关D22，使微波信号经过固定35dB衰减网络，将微波单片集成电调衰减器D33设置固定的衰减量OdB，将微波单片集成数控衰减器D44作为0 IOdB的微调，通过控制微波单片集成数控衰减器D44的衰减量，实现10 45dB衰减量的精确控制，在45 SOdB的衰减范围内，控制微波单片集成开关Dll和微波单片集成开关D22，使微波信号经过固定35dB衰减网络，将微波单片集成电调衰减器D33作为IOdB大步进衰减，将微波单片集成数控衰减器D44作为0 IOdB的微调，通过控制微波单片集成电调衰减器D33和微波单片集成数控衰减器D44的衰减量，实现 45 SOdB衰减量的精确控制。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器根据微波单片集成电调衰减器D33的电压调节曲线，建立了一个衰减量控制的数据表，根据所需要的衰减量大小，由单片机D99进行查表，得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器D88，数字-模拟转换器D88根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器 D33，得到需要的衰减量。采用该设计方法的好处是可以实现衰减量的快速调节。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器使用温度范围为-40°C 85°C。在不同的环境温度下，微波单片集成电调衰减器D33的电压调节曲线会有少量的漂移，会导致在不同的环境温度下，衰减器的衰减精度不同。为了克服这个缺点，本实用新型采用了一种带内置温度传感器的单片机C8051F350，该单片机的温度测量精度为士3°C。因为电调衰减器的电压调节曲线随温度的变化较小，士3°C温度测量精度满足使用要求。根据不同的温度段，同样建立一系列不同的衰减量控制的数据表，实际使用中，单片机D99根据实时测量的环境温度，查询相应温度下的数据表，得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器D88，数字-模拟转换器D88根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器D33，得到需要的衰减量。采用该设计方法的好处是可以实现衰减量在不同环境温度下的高精度，做到温度的自适应。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器安装在金属壳体Bll中使用。通过加装金属隔断，将数字部分与模拟部分分开，尽量减少芯片之间的耦合干扰，将将开关控制衰减网络、微波单片集成电调衰减器D33和数控衰减器D44之间也加装金属隔断， 提高隔离度，减少耦合干扰，从而提高本实用新型的动态范围和衰减精度。主机发出衰减量数据指令，通过SPI串行控制信号接口 P3将数据指令送入单片机D99，单片机D99分析处理后输出控制指令给微波单片集成开关D11、微波单片集成开关D22、数控衰减器D44和数字-模拟转换器D88，数字-模拟转换器D88将接收到的数据信号转换为相应的电压值输出，数字-模拟转换器D88将输出的电压控制信号送至微波单片集成电调衰减器D33的电压调节控制端，实现微波信号衰减量的精准控制。同时，对单片机D99输出的控制指令进行监测，保证数据传输的正确性。微波信号从输入端口 Pll输入，经过开关控制衰减网络、电调衰减器D33和数控衰减器D44后，由输出端口 P22输出，可以满足指标要求的衰减量。 本新型采用单片机数控电路来控制衰减模块，与现有技术相比，具有以下优点 (1)衰减动态范围大该数控衰减器由三个衰减器串联或者将开关控制的衰减网络与两个个衰减器串联，突破了单个微波单片集成衰减器衰减动态范围小的缺点；( 衰减精度高， 调节速度快该数控衰减器装置由单片机控制高速、高精度的数字-模拟转换器输出精准的控制电压，保证了数控衰减器衰减量的高精度。本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器根据微波单片集成电调衰减器的电压调节曲线，建立了一个衰减量控制的数据表， 根据所需要的衰减量大小，由单片机进行查表，得出对应的控制指令输出给数字-模拟转换器，数字-模拟转换器根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器，得到需要的衰减量。采用该设计方法的好处是可以实现衰减量的快速调节。(3)环境温度适应性强本实用新型的高动态、高精度L波段数控衰减器使用温度范围为-40°C 85°C。在不同的环境温度下，微波单片集成电调衰减器的电压调节曲线会有少量的漂移，会导致在不同的环境温度下，衰减器的衰减精度不同。为了克服这个缺点，本实用新型采用了一种带内置温度传感器的单片机C8051F350，该单片机的温度测量精度为士3°C。因为电调衰减器的电压调节曲线随温度的变化较小，士3°C温度测量精度满足使用要求。根据不同的温度段，建立一系列不同的衰减量控制的数据表，实际使用中，单片机根据实时测量的环境温度，查询相应温度下的数据表，得出对应的控制指令输出给数字一模拟转换器，数字一模拟转换器根据控制指令转换为对应的控制电压，控制微波单片集成电调衰减器，得到需要的衰减量，实现衰减量在不同环境温度下的高精度，做到温度的自适应。
权利要求1.一种高动态、高精度L波段数控衰减器，其特征在于包括金属壳体和电路模块，其中电路模块包括数字控制模块和衰减模块，数字控制模块和衰减模块之间双向通信连接， 衰减模块包括衰减模块(1)、衰减模块O)、衰减模块(3)，三个衰减模块依次串联连接，各模块之间设置有用于减少耦合干扰的金属隔断。
2.根据权利要求1所述的高动态、高精度L波段数控衰减器，其特征在于所述数字控制模块包括一个用于输出控制数据的高性能单片机以及将控制数据转换为电压的高精度数字-模拟转换器及其外围电路。
3.根据权利要求1所述的高动态、高精度L波段数控衰减器，其特征在于所述衰减模块是两个微波单片集成电调衰减器和一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。
4.根据权利要求1所述的高动态、高精度L波段数控衰减器，其特征在于所述衰减模块是由两个微波单片集成开关、位于两个微波单片集成开关中间的一个衰减网络、一个微波单片集成电调衰减器以及一个微波单片集成数控衰减器依次串联连接构成的。
5.根据权利要求2所述的高动态、高精度L波段数控衰减器，其特征在于所述高性能单片机为带内置温度传感器的单片机C8051F350。
专利摘要本实用新型公开了一种高动态、高精度L波段数控衰减器，包括金属壳体和电路模块，其中电路模块包括数字控制模块和衰减模块，数字控制模块和衰减模块之间双向通信连接，衰减模块包括衰减模块1、衰减模块2、衰减模块3，三个衰减模块依次串联连接，各模块之间设置有用于减少耦合干扰的金属隔断。本新型采用单片机数控电路来控制衰减模块，具有以下优点(1)衰减动态范围大；(2)衰减精度高，调节速度快；(3)环境温度适应性强。
文档编号H03H17/00GK202094853SQ201120131648
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者夏明飞, 宋伟, 赵守伟, 赵熠明, 陈雄方, 马飒飒 申请人:马飒飒