集总参数衰减器的大功率稳定性探讨

前言大功率集总参数衰减器是一种常见的射频和微波控制器件，其主要功能之一就是降低射频信号的幅度。在测试和测量中经常会用到衰减器，要说这种器件的使用概率仅次于电缆和连接器也不为过。通常，无论是生产厂家在出厂检验、用户收货时的验收、或者计量院对衰减器进行校准时，都是采用矢量网络分析仪来进行测量，其主要指标就是输入驻波比和衰减量。这已是实行多年的行业规则。你是否考虑过这样一个问题：既然衰减器是工作在大功率条件下，而矢量网络分析仪的输出仅为0dBm，那么在这种条件下测得的指标是否真实反应了这个衰减器的性能呢?显然，这是多年来射频工程师都“看得见”的“盲区”。并非大家不愿意进一步研究衰减器的大功率特性，以笔者与同行的交流以及经验来分析，大致有以下两条原因：1这么多年来都是这样用的，即使大功率和小功率测试有点误差，也很难察觉到，没有人对最终测试结果“较真”；2大功率的测试有点麻烦，不测也罢。完全是出于对射频测试和测量的兴趣，笔者对衰减器的大功率特性进行了一些探讨性的测试，并发现了一些有趣的结果，在此提交给同行们讨论。为什么要研究衰减器的大功率特性当一个50W的大功率信号经过一个衰减量为20dB的衰减器后，信号被衰减了100倍，剩下0.5W的信号从出现在输出端，那49.5W的功率能量去哪了?当然你马上会说，这些射频信号能量被衰减器吸收并转化为热能了，最终通过衰减器的散热片消耗在空气中了（图1）。

图1衰减器的基本作用完全正确！衰减器在大功率条件下，其表面温度会随着时间的变化逐渐升高（超过70C），而内部的温度更高（超过200C）。也就是说，在大功率条件下，器件的物理环境发生了变化，那么器件的性能必然也会随之变化！究竟有多少变化?会不会影响到最终的测试结果呢?这就是本文要探讨的话题。在本文中，通过实验描述了一个衰减器在大功率条件下性能的变化。实验方法和结果试验对象是一个50W，3GHz，30dB的固定衰减器，我们采用了PM2010A47型大功率测试平台进行测试（图2）。在图2中，放大器产生2GHz、47dBm（50W）的连续波功率，输入取样电路分别测量输入到被测衰减器的信号47dBm(a1)以及被衰减器反射回来的信号b1；经过被测衰减器的30dB衰减后，还有约+17dBm(b2)被输出取样电路检测到。将b2减去a1，即可得出被测衰减器在大功率状态下的衰减量，而b1和a1的比值即为VSWR。

图2 衰减器的大功率特性测试采用这种方法的最大好处就是完全抵消了放大器输出的不稳定性。同时为了保证试验结果的精度，系统中均采用了耐高温的PTFE介质材料的电缆，并预先进行了归一化校准。测试进行了1个小时，在整个过程中，每隔5分钟进行一次记录，最终的测试结果如图3所示。

图3 a) 衰减量的变化

图3 b) VSWR的变化图3 大功率状态下衰减量随时间的变化从图3可以发现，当50W的功率持续加载到衰减器的一个小时之内，衰减量变化了约0.08dB，而VSWR则从1.3上升到了1.4。用温度计测量衰减器的温度上升情况，变化趋势的一致的。实验结果分析上述实验结果显示衰减器在大功率的持续作用下，其衰减量和VSWR都会发生变化，显然这与衰减器内部温度的变化是密切相关的。结束语关于集总参数衰减器的大功率稳定性评估，并无适合的标准可依，常见的方法是采用直流替代法。但是笔者认为这种方法与被测衰减器的实际使用环境不符。本文中所描述的试验是在真实的使用环境下进行的，更具有实际应用价值。或许你会认为这个实验结果所呈现的变化可以忽略不计；也或许在一些精密测试场合，测试工程师会关注这一现象并愿意对此进行更加深入的研究和探讨，这也是笔者所希望的。在后续的实验中，我们将继续对一些衰减器进行大功率测试，并对衰减器的功率系数进行探讨。需要注意的是，衰减器是一种高温工作的器件，在使用时要注意安全。Weinschel、Keysight、博讯通等品牌现货都在FindRF在线商城特价促销中，点击“阅读原文”即可访问哦！射频君码字累，还请猛戳右上角关注FindRF哦！任何错误指正欢迎大家随时留言^-^投稿请联系findrf@max-rf.com，录用有稿费哦！原创声明：除非特殊声明，FindRF文章均系原创，转载请注明！公众号ID：FindRF欢迎关注FindRF

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