大功率衰减器系统的设计方案
Dave Distler
来源：21IC电子网
摘要： 市场上的大多数衰减器基于丝网印刷在或沉积在陶瓷基板(通常是氧化铍)上的厚或薄膜阻抗设计，这种技术需要特殊的处理、工艺和流程。这种方法非常适合于小功率衰减器，但要达到1kW水平，会很困难也会很昂贵。幸运的是，选用标准现成产品实现衰减器，以具成本效益的方式提供了大的平均功率和峰值功率处理能力。本文讨论如何借助现有标准元件配置一个可用于广播、电磁兼容(EMC)、半导体、军事、医疗、科学及其它大功率应用的1到12.5kW的大功率衰减器系统。
Abstract：
Key words :
市场上的大多数衰减器基于丝网印刷在或沉积在陶瓷基板(通常是氧化铍)上的厚或薄膜阻抗设计，这种技术需要特殊的处理、工艺和流程。这种方法非常适合于小功率衰减器，但要达到1kW水平，会很困难也会很昂贵。幸运的是，选用标准现成产品实现衰减器，以具成本效益的方式提供了大的平均功率和峰值功率处理能力。本文讨论如何借助现有标准元件配置一个可用于广播、电磁兼容(EMC)、半导体、军事、医疗、科学及其它大功率应用的1到12.5kW的大功率衰减器系统。
大功率信号处理和测试需要高频衰减器，这些衰减器要能处理大功率信号且不会影响信号性能。特别是对诸如在商业广播和军用雷达系统中常见的超过1kW的信号来说，可靠的衰减器对任何测试系统都至关重要。
研发高效大功率衰减器系统的第一步是为应用所预期的最高额定峰值功率和平均功率选择合适的射频负载。例如，若应用要求具有10kW的平均功率处理能力，那么就应选用一个10kW负载。对这种功率水平来说，油(硅或矿物质)电介质负载(图1)是最具成本效益且最紧凑小巧的负载形式之一。若没有油电介质，为冷却电阻采用的强制风冷会使负载设计得大如一个机柜。
研发高效大功率衰减器系统的第一步是为应用所预期的最高额定峰值功率和平均功率选择合适的射频负载。例如，若应用要求具有10kW的平均功率处理能力，那么就应选用一个10kW负载。对这种功率水平来说，油(硅或矿物质)电介质负载(图1)是最具成本效益且最紧凑小巧的负载形式之一。若没有油电介质，为冷却电阻采用的强制风冷会使负载设计得大如一个机柜。
装配大功率衰减器系统的第二步是采用1-5/8英寸EIA法兰样式的负载连接器，借助专为能满足这种功率水平要求的同轴连接器进行连接。此连接将负载与系统中的刚性线路部分连接起来，在一次测量过程中通常不会断开此连接。刚性线路配备1-5/8英寸连接器，该连接器一般额定可处理约30千瓦的功率。因此，与刚性线路部分的连接要考虑匹配EIA法兰。刚性线路和负载连接器间的连接元件包括将这两个连接器连接起来所需的全部螺栓和硬件。
装配大功率衰减器系统的第三步是为连接大功率负载(图2)确定一种采用1-5/8英寸法兰连接的刚性线路部分。一旦选定负载连接器，就必须组装耦接头/传感器模块。它包括一个用于匹配负载部分的同轴刚性线路部分。该线路部分可以有多种配置，如：单、双或三插座。为简单起见，带带1-5/8英寸EIA法兰连接器的单插座刚性线路部分可用于多种应用。
装配大功率衰减器系统的第四步涉及选择一款RF采样电致非指向性器件。它要有宽带耦合环或用于使位于刚性线路内中心部位的导体平行的平板。为保证宽带特性以及使对插入损耗和电压驻波比的影响尽可能地小，对其机械尺寸容差的要求非常严格。一旦插入到线路部分，则整个元件就变成为2至1000MHz的非指向性耦合器，它能够满足负载的额定功率要求。被称为X-Tractors的采样元件有一个可调设定螺钉，使用该螺钉可对预设的49dB耦合值进行±8dB的微调(图3)。低信号通过位于采样元件顶部的一个BNC母接头输出。理论上，在采样元件上添加一个标准BNC固定衰减器可进一步降低信号水平。该衰减器应满足2W
CW(等幅波)要求。
装配大功率衰减器系统的第五步(可选)是为刚性线路部分选择一个输入接口。为保证真正的大功率处理能力，刚性线路部分可接受另一个1-5/8英寸耦合器和线路部分。但为了方便，刚性线路的输入端最好采用标准同轴类型连接器，如N、HN、LC或7/16英寸EIA母接头。为做到这一点，标准的同轴适配器套件可对接多种不同类型的同轴连接器，从而能对许多不同应用提供支持。应该指出，该衰减器总成的这个部分会需要一个额外的耦合器(图4)。采用商业现成部件和行业标准同轴连接器组装的最终系统可覆盖2到1000MHz频率、在约50MHz以上频段具有优异的振幅平坦度(图5)。对低于这个频率、要求高精度的应用来说，可选用定频衰减器和窄频带方案。
为大功率测试和其它大功率应用具体研制一款具成本效益的衰减器系统并不需定制产品，也无需很长的交货周期，无需多家供应商的参与和很高的一次性工程(NRE)支出。使用可完美匹配的标准现成产品，可节约时间、降低成本、节省空间。下表给出了一个通常如何将标准模式产品用于一个频率高于1GHz、很高功率水平的1-5/8英寸衰减器系统的范例。
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