射頻百科 | 限幅器的使用指南


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前言:在射頻通信電路中,限幅器防止天線輸入信號功率過大,燒毀低噪放和后端AD的重要器件。


微波限幅器是一種自控衰減器,其對小信號幾乎可以無衰減地通過,而對大功率信號則會產生大的衰減。限幅器最常見的功能是阻止高功率信號對微波接收系統造成破壞,防止雷達發射機功率信號直接進入接收機,燒壞后面的低噪聲放大器等靈敏器件。

一、限幅器的基本知識

常見的限幅器電路有兩種結構,如下圖所示。

射頻百科 | 限幅器

圖(a)中,限幅器的高頻電感為PIN二極管提供直流通路,同時作為射頻開路,防止信號衰減,使整個電路的插入損耗維持在較低水平。由於結構中引入了電感,使電路工作帶寬受到限制,不適合寬帶應用。
圖(b)中,限幅器電路由兩個並聯的PIN二極管組成,在微波信號的正半周和負半周,兩個二極管交替為對方提供直流通路,達到限幅的目的。

當小信號輸入時,PIN 二極管在電路上可以等效為一個電容,此時的 PIN 二極管的阻抗最大,電路上相當於開路,所以此時限幅器的插入損耗也最小。當輸入 PIN 管限幅器功率的信號逐漸變大時, PIN 管的阻抗也在變化,輸入信號衰減也逐漸變大,當輸入信號通過 PIN管限幅器一段時間后,限幅輸出功率不再變化達到平坦泄漏輸出時,此時的輸入電平稱之為限幅門限電平,如下圖所示。

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二、限幅器的使用注意

  1. 合理配置鏈路增益,使得限幅器的限幅電平略大於(或者設置多一點的保護間隙)限幅器后級器件的最大輸入功率。

例如,限幅器后端為低噪放。低噪放最大輸入功率為20dBm,則限幅器的限幅電平應該為15dBm附近,需預留一下冗余空間,防止極端情況燒毀較為昂貴的低噪放。通常在室內測試時,天線輸出功率被距離較近的牆面反射,造成天線接收功率較大,極有可能燒毀低噪放。

2. 限幅器的諧波問題

使用限幅器的過程中,充分仔細地閱讀過限幅器器件廠商的datasheet后,開始電路設計。然而等到全通道信號測試時,才發現一個問題:

當輸入信號達到飽和功率時,輸出信號諧波非常大:二次諧波抑制為-46dBc,三次諧波抑制僅為-20.3dBc。

諧波大,可能是:低噪放,增益放大器等

經過測試低噪放,后級增益模塊等,發現均不是造成該諧波大的因素。當在限幅器后加一級低通濾波器,諧波完全消失了。讓人始料不及的是,這么大的諧波竟然是限幅器產生的。

射頻百科 | 限幅器知道結論后,再回答這個問題:為什么限幅器會產生很大的多次諧波信號?

任何非線性器件都會產生多次諧波信號。限幅器中包含PIN二極管,其也是常用的非線性器件。


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