[发明专利]一种新型的兼容数字式和模拟式的超宽带衰减器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于雷达、通信的电子部件，是一种低插入相移的衰减器集成电路，并且兼容数字式和模拟式。

背景技术

微波控制电路最初用于雷达系统中的天线收发开关，随着相控阵雷达、电子对抗、民用等技术应用领域的发展，微波控制电路逐渐成为通信、雷达等系统的关键部件。根据被控参量类型来划分，微波控制电路有三种：一、控制微波信号的通断与路径切换，如微波开关；二、控制微波信号功率，如衰减器；三、控制微波信号相位，如移相器。

高精度微波单片集成电路（MMIC）数字衰减器被广泛应用于相控阵雷达等电子设备。高精度MMIC数字/模拟衰减器实现对微波信号进行精确的定量衰减，其性能优劣对于电子设备的整体性能优劣有着很大的影响。随着这些电子设备愈来愈深入的渗透进社会各个应用领域，各种高性能的衰减器被急切的需求以满足日益复杂的用户要求。高精度MMIC数字/模拟衰减器具有体积较小、重量较轻、开关迅速、温度稳定性优良、衰减精度较高等优点，在相控阵雷达上被大量使用。

描述可变衰减器产品性能的主要技术指标有：1）工作频率带宽；2）衰减位数；3）总衰减量4）衰减精度；5）衰减步进；6）最小插入损耗；7）各衰减态相位差；8）各衰减态输入和输出端电压驻波比；9）各态转换速度；10）电路尺寸；11）承受功率；12）各电路之间电性能的一致性等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以控制变化衰减度，拥有大的动态范围和低插入相移，信号幅度变化而信号相位几乎不变，衰减精度高，各衰减态输入和输出端电压驻波比小，拥有超宽的工作频率带宽，减小最小插入损耗,控制简单拟，使用方便，兼容模式和数字式。

实现本发明目的的技术解决方案是：该衰减器由第一微波输入端口RFIN、第一微波输出端口RFOUT、电容C1、第一氮化镓高电子迁移率晶体管F1、第二氮化镓高电子迁移率晶体管F2、第三氮化镓高电子迁移率晶体管F3、第四氮化镓高电子迁移率晶体管F4、第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)、第十电阻(R15)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一二极管(PinDiode1)、第二二极管(PinDiode2)、第一控制电压(Vc11)、 第二控制电压(Vc12)、第三控制电压(Vc13)、第四控制电压(Vc14)和第五控制电压(Vc15)构成；第一微波输入端口(RFIN)一端接电容(C1)一端，电容(C1)另一端接电感(L1)一端，第一电感(L1)另一端接第二电感(L2)一端，第二电感L2另一端接第三电感L3一端，第三电感L3另一端接第一微波毫米波输出端口RFOUT；第一二极管(PinDiode1)的P区接第一电感(L1)和第二电感(L2)之间，第一二极管(PinDiode1)的N区接地，第二二极管(PinDiode1)的P区接第一电感(L2)和第二电感(L3)之间，第二二极管(PinDiode1)的N区接地；第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)依次串联接在第一电容(C1)和第一电感(L1)之间，第五电阻(R5)的另一端接地；第一氮化镓高电子迁移率晶体管(F1)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管(F5)的源极和漏极依次并联在第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的两端，第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)和第十电阻(R15)的一端依次接在第一氮化镓高电子迁移率晶体管(F1)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5的栅极，第六电阻R11、第七电阻R12、第八电阻R13、第九电阻R14和第十电阻R15的另一端依次接第一控制电压Vc11、 第二控制电压Vc12、 第三控制电压(Vc13)、第四控制电压 (Vc14)和 第五控制电压 (Vc15)；电路中的转换场效应晶体管MESFET通过2.5千欧的门级电阻控制，可以为每个转换场效应晶体管MESFET和控制源提供足够的射频隔离。在模拟控制情况下，转换第一场效应晶体管F1处于OFF状态高电阻, 第二场效应晶体管F2处于OFF状态高电阻, 第三场效应晶体管F13处于OFF状态高电阻, 第四场效应晶体管F4处于OFF状态高电阻, 第五场效应晶体管F5处于OFF状态高电阻。这种情况下，第一控制电压Vc11被设置在VP, 第二控制电压 Vc12被设置在VP, 第三控制电压 Vc13被设置在VP, 第四控制电压 Vc14被设置在VP, 第五控制电压 Vc15被设置在VP，VP是一个负极的场效应晶体管(MESFET)夹断电压，或者比-|VP|更小，VP一般为-5V；衰减由第一总控压(V1)电压控制，第一总控压(V1)电压控制第一二极管(PinDiode1)、第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；第一总控压V1从0V变到VP两个二极管的阻抗值从低阻抗变到高阻抗，衰减器总的衰减从最小到最大；反之，第一总控压(V1)从VP变到0V两个二极管的阻抗值从高阻抗变到低阻抗，衰减器总的衰减从最大到最小；在数字控制情况下，第一总控电压V1被固定设置为VP，通过控制第一控制电压Vc11来实现第一场效应晶体管F1的截止或者导通状态, 控制第二控制电压 Vc12来实现第二场效应晶体管F2的截止或者导通状态, 控制第三控制电压 Vc13来实现第三场效应晶体管F13的截止或者导通状态, 控制第四控制电压 Vc14来实现第四场效应晶体管F4的截止或者导通状态, 控制第五控制电压 Vc15来实现第五场效应晶体管F5的截止或者导通状态，进而控制第一二极管(PinDiode1),第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；5位的衰减分别是2，4，8，16，32dB，实现36dB动态范围内2dB的分辨率。