毫米波单片集成数字衰减器的研究(5)
为了提高雷达在电子战环境下的生存率必须有效地抑制天线的副瓣，这就要求各微型雷达或T/R模块的相位及幅度的调整表现出良好的同步或者跟踪特性，而实现这种跟踪特性的关键是模块微波参数的一致性。在这里对T/R模块幅度的调整就必须运用衰减器对不同路径上的信号实现幅度控制和增益均衡。在GaAs单片集成电路出现之前，上述功能的电路仅能使用PIN二极管作为开关元件，采用MIC技术实现，这类电路体积大，而且PIN二极管需要较复杂的驱动电路。 GaAs FET开关具有偏置网络简单、直流功率要求低、驱动电路简单，开关速度更快以及体积小等一系列优点而得到越来越多的应用。
1.5本文主要研究内容
本论文设计的单片衰减器采用了多级级联的数字衰减器结构，即采用吹冰个比特位级联，各比特位分别是0.5dB、1dB、2dB、4dB，8dB和16db通过改变控制元件的控制电压来实现每个衰减位FET开关的导通和截止，实现数字衰减。其中每个衰减位的设计除需要考虑衰减精确度、输入输出端口的回波损耗，还要考虑参考态的插入损耗及各衰减态的插入相移的大小，因此设计过程中需要对这些指标折中考虑。
2 数字衰减器的基本理论
为了满足日益复杂的用户要求，微波通信系统需要不断的提高其性能，完善其元件及设备。 另一方面，由于用于增益设定和控制功能的元件在很多领域皆有应用需求，因此这样的元件在需要均衡不同信道增益的多信道通信系统中非常有用。
衰减器从衰减方式上可分为可变衰减器和数字式衰减器。常用到的微波可变衰减器是电调衰减器，一般是用开关控制的电阻衰减网络，主要利用PIN二极管的反射和损耗实现衰减。由于电调衰减器的频带窄、调节控制电路复杂等缺陷，逐步被数字式衰减器所替代。数字式微波衰减器具有体积小、重量轻、开关时间短、温度稳定性好等优点，在相控阵雷达上被大量使用。
数字衰减器与数字移相器有许多相似之处，在结构上都是通过开关来选择不同支路从而实现衰减与直通，开关一般使用PIN二极管或MESFET，通过这些微波开关，使信号通过衰减网络来控制微波信号幅度。多个这样的电路串联起来，就可以构成一个多位步进衰减器。按照衰减网络的结构分别有T型、PI型、桥T型、开关型等多种形式，最常用的主要有T型电阻衰减网络和PI型电阻衰减网络两种。
2.1数字衰减器的主要技术指标
数字衰减器的主要技术指标包含：插损小，控制精度高，输入输出电压驻波好，控制简单，附加相移变化小等等。
(1) 工作频带
高性能的数字衰减器应该具有较宽的工作频带，即在频带内各频率点处的衰减量应基本一致，从而在衰减量改变时，仍能保持均匀衰减，这样才能保证衰减的信号频谱不失真。本设计的衰减频带是32-38GHz，达五个倍频程，属于超宽带范围。
(2) 电压驻波比
电压驻波比反映端口输入、输出匹配情况。一般都要求器件的输入、输出电压驻波比尽可能小，从而保证电路匹配良好。尤其对于级联的电路，必须确保达到良好的端口匹配，从而减小由于任何失配对整体性能的影响。
(3) 衰减动态范围和衰减平坦度
衰减动态范围是指最大衰减状态时的衰减量与最小衰减状态时的衰减量之差。最小衰减量利用控制元件来实现调控，比如开关控制元件，从而实现在零偏置或负偏置时自身的衰减和反射衰减。虽然单个衰减比特位的参考态插入损耗较小，但是当好几个比特位串联时，每一位的参考态插入损耗累积起来使得总的参考态插入损耗较大。平坦度是指工作频带内衰减量的起伏，经常用最大起伏来表示平坦度。