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

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

1 電調衰減器的控制特性

典型的自動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經過對數(shù)轉換電路后轉換為與微波信號電平（對數(shù)值）成線性關系的中頻電壓信號，經過電平調理電路，與參考電平值比較后，進入比例積分電路，比例積分電路產生的控制量通過電調衰減器驅動電路調節(jié)電調衰減器的衰減量，直至通過耦合器/電橋獲取的取樣信號符合參考電平幅度設定值。

圖1 典型的自動電平控制電路原理框圖

典型的電調衰減器（AMMC-6640）內部原理如圖2所示。電調衰減器[2-6]主要由多個串聯(lián)場效應管、并聯(lián)場效應管組成，它們共同構成T型衰減器[7-10]。通過控制串聯(lián)、并聯(lián)場效應管的偏置電壓調節(jié)各場效應管的等效阻抗，阻抗變化的場效應管構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)調節(jié)，實現(xiàn)衰減量的連續(xù)、單調變化。

圖2 電調衰減器內部原理圖

電調衰減器（AMMC-6640）的相對衰減量與控制電壓之間的關系如圖3所示。串聯(lián)控制電壓Vse、并聯(lián)控制電壓Vsh分別與相對衰減量之間存在對應的數(shù)學關系，串聯(lián)控制電壓隨著相對衰減量的增加逐漸減小，呈現(xiàn)負斜率；并聯(lián)控制電壓隨著相對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)單調特性，但是斜率并不固定。

圖3 相對衰減量與控制電壓關系圖

電調衰減器的調節(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所示的相對電壓關系，從而在衰減量進行連續(xù)調節(jié)的過程中，電調衰減器的阻抗匹配特性也能同時達到最優(yōu)，否則雖然電調衰減器的衰減量可以調節(jié)，但是駐波比的指標會變差，影響整個射頻通道的頻響性能。

2 電調衰減器的驅動電路設計

電調衰減器的相對衰減量與控制電壓之間的關系可以由式1、式2表示，兩個公式分別表征了圖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為驅動電路輸入控制電壓，通過控制電壓Vctrl的變化實現(xiàn)兩個控制電壓Vse、Vsh的同時、協(xié)調改變，以保證電調衰減器處于相應衰減量下的最佳匹配狀態(tài)。

針對式1設計相應的模擬電路如圖4所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數(shù)共同實現(xiàn)正斜率β，由N3中參數(shù)實現(xiàn)截距B。

由電路圖4推導出的正斜率β、截距B分別如下式所示。

圖4 并聯(lián)控制電壓產生電路

通過參數(shù)的設計，斜率的表達式可以進行簡化為下式所示。

針對式2設計相應的模擬電路如圖5所示，由N1、N2、N3、N3的電路參數(shù)共同實現(xiàn)負斜率α，由N3中參數(shù)實現(xiàn)截距A。

圖5 串聯(lián)控制電壓產生電路

由電路圖5推導出的負斜率α、截距A分別如下式所示。

通過參數(shù)的設計，斜率的表達式可以進行簡化為下式所示。

3 電調衰減器驅動電路設計驗證

由圖3獲取電調衰減器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。據此設計的電調衰減器驅動電路的Saber仿真電路圖如下圖6所示。

圖6 電調衰減器驅動電路仿真圖

由圖6電調衰減器驅動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相對衰減量與控制電壓關系圖。

圖7 電調衰減器控制電壓仿真圖

4 結論

本文分析了電調衰減器相對衰減量與控制電壓之間的關系特點，提出了電調衰減器驅動電路的設計方法，并通過提取電調衰減器AMMC-6640控制曲線的特征斜率、截距，設計了相應的驅動電路參數(shù)，通過仿真進行了驗證。按照此方案設計的電調衰減器驅動電路在某型微波信號源、某型收發(fā)一體模塊中得到了成功的應用。