一種高三階交調點可變衰減器的製作方法

2023-05-15 23:21:11

專利名稱：一種高三階交調點可變衰減器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於雷達、通信的電子部件，特別是一種低插入相移的電壓控制衰減器集成電路。
背景技術：
微波控制電路最初用於雷達系統中的天線收發開關，隨著相控陣雷達、電子對抗、民用等技術應用領域的發展，微波控制電路逐漸成為通信、雷達等系統的關鍵部件。根據被控參量類型來劃分，微波控制電路有三種:一、控制微波信號的通斷與路徑切換，如微波開關；二、控制微波信號功率，如衰減器；三、控制微波信號相位，如移相器。衰減器通常分為模擬衰減器和數字衰減器，相比模擬衰減器，數字衰減器在高頻段範圍內擁有更多優良的性能。相應的控制器件有PIN管二極體、MESFET管場效應電晶體、PHEMT管假贗高電子遷移率電晶體等。電壓控制可變衰減器，被廣泛應用於現代高級電子系統和設備，如自動損失控制ALC組件的寬頻增益控制塊、寬頻脈衝調製器、寬頻無反射的單刀單擲SPST開關等。電壓控制可變衰減器擁有小型，輕量級，高出產量，低成本等特點，並且簡單易用，低功率耗散。鑑於上述應用，可變衰減器擁有大的動態範圍和低插入相移，引起社會廣泛的關注。由於設計採用的電路拓撲和工藝實現途徑的缺陷，尤其對頻帶寬、衰減量大的應用需求時，通常電性能指標難以滿足要求。主要缺點有:1)電路拓撲複雜；2)設計難度大；
3)工藝加工難度大；4)衰減精度低；5)工作頻帶窄；6)各衰減態之間的相位差大，即信號幅度變化時，伴隨的信號相位變化大；7)各衰減態的輸入和輸出端電壓駐波比差別大；8)受工藝控制參數影響，電路間電性能一致性較差；9)電路尺寸較大。尤其各衰減態之間的相位差大是諸多同類產品中的共同缺點，這限制了該類產品在相控陣雷達系統和許多先進的通信系統及武器系統中的廣泛應用。傳統的二極體通路結構具有動態範圍小，帶寬窄，衰減難以控制，溫度穩定性差的缺點。本發明採用場效應電晶體FET級聯，有效克服了上述缺點。描述可變衰減器產品性能的主要技術指標有:1)工作頻率帶寬；2)衰減位數；3)總衰減量4)衰減精度；5)衰減步進；6)最小插入損耗；7)各衰減態相位差；8)各衰減態輸入和輸出端電壓駐波比；9)各態轉換速度；10)電路尺寸；11)承受功率；12)各電路之間電性能的一致性等。三階交調是三階交調 截取點IP3, Third-order Intercept Point,的簡稱,在射頻或微波多載波通訊系統中，三階交調截取點IP3, Third-order Intercept Point,是一個衡量線性度或失真的重要指標。交調失真對模擬微波通信來說，會產生鄰近信道的串擾，對數字微波通信來說，會降低系統的頻譜利用率，並使誤碼率惡化；因此容量越大的系統，要求IP3越高，IP3越高表示線性度越好和更少的失真。交調失真是具有不同頻率的兩個或更多的輸入信號經過功率放大器而產生的混合分量，它是由於功率放大器的非線性造成的。若輸入I個信號，其角頻率分別是《1、《2、…、wl，由於功率放大器的非線性作用，輸出分量中將包含許多混合分量。等幅信號輸入功率放大器時，輸出信號中存在各種階次的交調分量，其中三階交調分量2w1- wi+1和wi+1 -2wi和與基波信號角頻率，wi和wi+Ι，非常接近，不可能把它從信道中濾除，因此，三階交調分量就成為幹擾信號。

發明內容
本發明的目的在於提供一種高三階交調點可變衰減器，通過傳統的PI結構級聯場效應電晶體FET可以控制變化衰減度，擁有大的動態範圍和高3階截止點，良好的溫度補償和線性度。實現本發明目的的技術解決方案是:一種高三階交調點可變衰減器，在微波輸入埠 RFIN和微波輸出埠 RFOUT間級聯N個場效應電晶體(FET)，N為大於等於2的整數；微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與微波輸出埠 RFOUT相連；在輸入埠 RFIN和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間間級聯N個場效應電晶體(FET)，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與地相連；在輸出埠 RFOUT和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間級聯N個場效應電晶體(FET)，微波輸出埠RFOUT與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與地相連。本發明與現有技術相比，其顯著優點是:1、可以控制變化衰減度，衰減精度高；2、擁有超寬的工作頻率帶寬，擁有大的動態範圍和低插入相移，信號幅度變化而信號相位變化小；3、控制簡單，使用方便，兼容模擬式和數字式；4、電路之間電性能批量一致性好；5、電路尺寸小；6、成本低。


圖1是本發明可變衰減器電路結構示意圖。圖2是不同控制電壓下衰減量S21隨頻率變化的曲線。圖3是不同溫度下3階交調點隨衰減量改變的曲線。圖4是不同溫度下衰減量隨控制電壓變化的曲線。
具體實施例方式本發明提供了一種高三階交調點可變衰減器。如圖1所示，本發明包括場效應電晶體FET，應用級聯場效應電晶體FET來使RF信號產生低三階交調點，場效應電晶體FET的柵極偏置通過高阻值電阻，使得在RF工作點上具有高阻抗。通過控制場效應電晶體FET柵極電壓的大小來實現衰減的大小。如圖1所示，本場效應電晶體FET衰減器採用傳統的PI型結構，在微波輸入埠RFIN和微波輸出埠 RFOUT間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體FET的漏極與微波輸出埠RFOUT相連；在輸入埠 RFIN和與其連接的第一個場效應電晶體FET之間的點和地之間間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體FET的漏極與低相連；在輸出埠 RFOUT和與其連接的第一個場效應電晶體FET之間的點和地之間間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET,微波輸出埠 RFOUT與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體FET的漏極與地相連。下面結合附圖對本發明做進一步說明。如圖1所示，本場效應電晶體FET衰減器採用傳統的PI型結構，在微波輸入埠RFIN和微波輸出埠 RFOUT間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體FET的漏極與微波輸出埠RFOUT相連；在輸入埠 RFIN和與其連接的第一個場效應電晶體FET之間的點和地之間間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體FET的漏極與低相連；在輸出埠 RFOUT和與其連接的第一個場效應電晶體FET之間的點和地之間間級聯N個，N為大於等於2的整數，場效應電晶體FET,微波輸出埠 RFOUT與場效應電晶體FET的源極相連，場效應電晶體FET的漏極與下一個場效應電晶體FET的源極相連，依次級聯N個，N為大於等於2的整數，第N個場效應電晶體FET的漏極與地相連。本發明高三階交調點可變衰減器的工作過程如下:射頻輸入信號從第一信號輸入端INPUT輸入，當控制信號輸入端控制電壓從零伏電壓向場效應電晶體的夾斷電壓連續變化時，或從場效應電晶體的夾斷電壓向零伏電壓連續變化，對應的場效應電晶體的電路參數發生連續變化，電路對應不同的阻抗值，信號經過支路從輸出埠 OUTPUT輸出，通過控制場效應電晶體FET的柵極電壓來控制衰減的大小。當串聯支路和並聯支路的場效應電晶體FET的柵極電壓由5V逐漸減小至OV時，衰減量逐漸變大；當串聯支路和並聯支路的場效應電晶體FET的柵極電壓由OV逐漸減小至5V時，衰減量逐漸變小。在N等於三的情況下，該衰減器動態範圍為30dB，IIP3大於47dBm。
權利要求
1.一種高三階交調點可變衰減器，其特徵在於:在微波輸入埠 RFIN和微波輸出埠RFOUT間級聯N個場效應電晶體(FET)，N為大於等於2的整數；微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與微波輸出埠 RFOUT相連；在輸入埠 RFIN和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間間級聯N個場效應電晶體(FET)，微波輸入埠 RFIN與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與地相連；在輸出埠 RFOUT和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間級聯N個場效應電晶體(FET)，微波輸出埠 RFOUT與場效應電晶體(FET)的源極相連，場效應電晶體(FET)的漏極與下一個場效應電晶體(FET)的源極相連，依次級聯N個，第N個場效應電晶體(FET)的漏極與地相連。
2.根據權利要求1所述的高三階交調點可變衰減器，其特徵在於:所述場效應電晶體(FET)衰減器採用PI型結構。
3.根據權利要求1所述的高三階交調點可變衰減器，其特徵在於:通過控制場效應電晶體(FET)的柵極電壓來控制衰減的大小。
全文摘要
本發明公開了一種高三階交調點可變衰減器，在微波輸入埠RFIN和微波輸出埠RFOUT間級聯N個場效應電晶體(FET),在輸入埠RFIN和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間間級聯N個場效應電晶體(FET)，在輸出埠RFOUT和與其連接的第一個場效應電晶體(FET)之間的點和地之間級聯N個場效應電晶體(FET)。本發明是一種用於雷達、通信的電子部件，是一種高三階交調點的線性電壓控制衰減器集成電路。具有小型，輕量級，高出產量，低成本等特點，並且簡單易用，低功率耗散。
文檔編號H03H7/24GK103178801SQ201310080990
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者戴永勝, 朱勤輝, 施淑媛, 羅鳴, 楊靜霞, 張 林, 馮辰辰, 顧家, 陳湘治, 方思慧, 陳龍, 朱丹, 鄧良, 李雁 申請人:江蘇奕揚電子科技股份有限公司