射频百科-限幅器

前言:在射频通信电路中,限幅器防止天线输入信号功率过大,烧毁低噪放和后端AD的重要器件。


微波限幅器是一种自控衰减器,其对小信号几乎可以无衰减地通过,而对大功率信号则会产生大的衰减。限幅器最常见的功能是阻止高功率信号对微波接收系统造成破坏,防止雷达发射机功率信号直接进入接收机,烧坏后面的低噪声放大器等灵敏器件。
一、限幅器的基本知识

常见的限幅器电路有两种结构,如下图所示。
射频百科-限幅器
图(a)中,限幅器的高频电感为PIN二极管提供直流通路,同时作为射频开路,防止信号衰减,使整个电路的插入损耗维持在较低水平。由于结构中引入了电感,使电路工作带宽受到限制,不适合宽带应用。
图(b)中,限幅器电路由两个并联的PIN二极管组成,在微波信号的正半周和负半周,两个二极管交替为对方提供直流通路,达到限幅的目的。

当小信号输入时,PIN 二极管在电路上可以等效为一个电容,此时的 PIN 二极管的阻抗最大,电路上相当于开路,所以此时限幅器的插入损耗也最小。当输入 PIN 管限幅器功率的信号逐渐变大时, PIN 管的阻抗也在变化,输入信号衰减也逐渐变大,当输入信号通过 PIN管限幅器一段时间后,限幅输出功率不再变化达到平坦泄漏输出时,此时的输入电平称之为限幅门限电平,如下图所示。
射频百科-限幅器
二、限幅器的使用注意

  1. 合理配置链路增益,使得限幅器的限幅电平略大于(或者设置多一点的保护间隙)限幅器后级器件的最大输入功率。

例如,限幅器后端为低噪放。低噪放最大输入功率为20dBm,则限幅器的限幅电平应该为15dBm附近,需预留一下冗余空间,防止极端情况烧毁较为昂贵的低噪放。通常在室内测试时,天线输出功率被距离较近的墙面反射,造成天线接收功率较大,极有可能烧毁低噪放。

2. 限幅器的谐波问题

使用限幅器的过程中,充分仔细地阅读过限幅器器件厂商的datasheet后,开始电路设计。然而等到全通道信号测试时,才发现一个问题:
当输入信号达到饱和功率时,输出信号谐波非常大:二次谐波抑制为-46dBc,三次谐波抑制仅为-20.3dBc。
谐波大,可能是:低噪放,增益放大器等

经过测试低噪放,后级增益模块等,发现均不是造成该谐波大的因素。当在限幅器后加一级低通滤波器,谐波完全消失了。让人始料不及的是,这么大的谐波竟然是限幅器产生的。
射频百科-限幅器知道结论后,再回答这个问题:为什么限幅器会产生很大的多次谐波信号?

任何非线性器件都会产生多次谐波信号。限幅器中包含PIN二极管,其也是常用的非线性器件。


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