電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

陶芳勝,宋淼,張寧,趙金鵬

（中電科思儀科技股份有限公司，山東青島，266555）

0 引言

自動(dòng)電平控制系統(tǒng)[1]是微波信號(hào)源等信號(hào)發(fā)生設(shè)備中用于保證輸出微波信號(hào)快速、穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定功率電平的關(guān)鍵電路，其中電調(diào)衰減器是自動(dòng)電平穩(wěn)幅電路的重要器件。電調(diào)衰減器在模擬電壓的控制下，可以實(shí)現(xiàn)衰減量的連續(xù)調(diào)節(jié)，非常適合電平穩(wěn)幅電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是典型的電調(diào)衰減器需要2個(gè)電壓控制信號(hào)，而且控制信號(hào)之間需要始終保持固定關(guān)系，以保證在獲得變化的衰減量同時(shí)，保持良好的阻抗匹配關(guān)系。

1 電調(diào)衰減器的控制特性

典型的自動(dòng)電平控制電路原理框圖如圖1所示。由耦合器/電橋獲取的取樣信號(hào)經(jīng)過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換為與微波信號(hào)電平（對(duì)數(shù)值）成線性關(guān)系的中頻電壓信號(hào)，經(jīng)過電平調(diào)理電路，與參考電平值比較后，進(jìn)入比例積分電路，比例積分電路產(chǎn)生的控制量通過電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)電調(diào)衰減器的衰減量，直至通過耦合器/電橋獲取的取樣信號(hào)符合參考電平幅度設(shè)定值。

圖1 典型的自動(dòng)電平控制電路原理框圖

典型的電調(diào)衰減器（AMMC-6640）內(nèi)部原理如圖2所示。電調(diào)衰減器[2-6]主要由多個(gè)串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管、并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管組成，它們共同構(gòu)成T型衰減器[7-10]。通過控制串聯(lián)、并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電壓調(diào)節(jié)各場(chǎng)效應(yīng)管的等效阻抗，阻抗變化的場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成衰減量變化的衰減器，通過串聯(lián)、并聯(lián)控制電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)衰減量的連續(xù)、單調(diào)變化。

圖2 電調(diào)衰減器內(nèi)部原理圖

電調(diào)衰減器（AMMC-6640）的相對(duì)衰減量與控制電壓之間的關(guān)系如圖3所示。串聯(lián)控制電壓Vse、并聯(lián)控制電壓Vsh分別與相對(duì)衰減量之間存在對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，串聯(lián)控制電壓隨著相對(duì)衰減量的增加逐漸減小，呈現(xiàn)負(fù)斜率；并聯(lián)控制電壓隨著相對(duì)衰減量的增加逐漸增加，呈現(xiàn)正斜率；雖然兩條曲線呈現(xiàn)單調(diào)特性，但是斜率并不固定。

圖3 相對(duì)衰減量與控制電壓關(guān)系圖

電調(diào)衰減器的調(diào)節(jié)過程需要串聯(lián)控制電壓Vse、并聯(lián)控制電壓Vsh保持圖3所示的相對(duì)電壓關(guān)系，從而在衰減量進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的過程中，電調(diào)衰減器的阻抗匹配特性也能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，否則雖然電調(diào)衰減器的衰減量可以調(diào)節(jié)，但是駐波比的指標(biāo)會(huì)變差，影響整個(gè)射頻通道的頻響性能。

2 電調(diào)衰減器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

電調(diào)衰減器的相對(duì)衰減量與控制電壓之間的關(guān)系可以由式1、式2表示，兩個(gè)公式分別表征了圖3中兩條控制曲線。其中Vse為串聯(lián)控制電壓、Vsh為并聯(lián)控制電壓，Vctrl為驅(qū)動(dòng)電路輸入控制電壓，通過控制電壓Vctrl的變化實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制電壓Vse、Vsh的同時(shí)、協(xié)調(diào)改變，以保證電調(diào)衰減器處于相應(yīng)衰減量下的最佳匹配狀態(tài)。

針對(duì)式1設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬電路如圖4所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數(shù)共同實(shí)現(xiàn)正斜率β，由N3中參數(shù)實(shí)現(xiàn)截距B。

由電路圖4推導(dǎo)出的正斜率β、截距B分別如下式所示。

圖4 并聯(lián)控制電壓產(chǎn)生電路

通過參數(shù)的設(shè)計(jì)，斜率的表達(dá)式可以進(jìn)行簡化為下式所示。

針對(duì)式2設(shè)計(jì)相應(yīng)的模擬電路如圖5所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數(shù)共同實(shí)現(xiàn)負(fù)斜率α，由N3中參數(shù)實(shí)現(xiàn)截距A。

圖5 串聯(lián)控制電壓產(chǎn)生電路

由電路圖5推導(dǎo)出的負(fù)斜率α、截距A分別如下式所示。

通過參數(shù)的設(shè)計(jì)，斜率的表達(dá)式可以進(jìn)行簡化為下式所示。

3 電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證

由圖3獲取電調(diào)衰減器AMMC-6640衰減量為2dB～20dB段的Vsh控制曲線斜率0.036，截距0.324；Vse控制曲線斜率為-0.01，截距為0.44。據(jù)此設(shè)計(jì)的電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路的Saber仿真電路圖如下圖6所示。

圖6 電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路仿真圖

由圖6電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路仿真得到的控制電壓曲線如圖7所示，控制電壓曲線的斜率、截距符合圖3相對(duì)衰減量與控制電壓關(guān)系圖。

圖7 電調(diào)衰減器控制電壓仿真圖

4 結(jié)論

本文分析了電調(diào)衰減器相對(duì)衰減量與控制電壓之間的關(guān)系特點(diǎn)，提出了電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法，并通過提取電調(diào)衰減器AMMC-6640控制曲線的特征斜率、截距，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)，通過仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。按照此方案設(shè)計(jì)的電調(diào)衰減器驅(qū)動(dòng)電路在某型微波信號(hào)源、某型收發(fā)一體模塊中得到了成功的應(yīng)用。