射频基础知识---一文读懂射频衰减器

射频衰减器在很多射频电路设计和系统里，能有各种各样的用途。这些射频衰减器可以是固定的、可切换的，甚至是能连续调节的。

衰减器也能用各种不同的射频电路设计技术来做：有的用固定电阻来实现固定衰减值，有的是可切换的，还有些类型可能会用半导体技术来实现可调节功能。

不管用的是哪种技术和射频设计方法，所有衰减器的作用都是降低信号强度，有意思的是，这在不同场景下能带来不少好处。

如上图所示是一个小型固定衰减器两端都有SMA连接器。

一、什么是衰减器呢？

顾名思义，射频衰减器就是降低信号强度的，也就是对信号进行衰减。通常衰减量用dB来表示，固定衰减器有好几种不同的衰减级别可以选。

有时候需要衰减器来保护电路模块，避免它接收的信号太强。另外，衰减器还能用来实现精确的阻抗匹配，因为大多数固定衰减器都有明确的阻抗值。还有很多地方需要控制信号强度，这些时候也可能会用到衰减器。

射频衰减器的用途有很多，虽然一开始可能没那么容易想到，但它们在各种射频电路设计和不同类型的射频系统里应用得很广泛。

有些情况下，射频衰减器需要降低大功率信号，这种时候可能就得装个散热片，确保功率能好好散出去。能看到，一些大功率的射频衰减器就是为了这个才带散热片的。

二、射频衰减器的类型

根据性能和所用技术，衰减器可以分成好几类：

固定射频衰减器：顾名思义，固定衰减器的衰减值是固定的，不能改。它们有好几种形式，有的是小型串联式的，和连接器适配器差不多；有的是带连接器的小盒子；还有的是集成在设备里面的。

固定衰减器甚至可以直接集成到射频电路设计中，可能就设计在印刷电路板上。这种固定射频衰减器设计起来简单，很多电路设计里都能见到。

切换式射频衰减器：切换式射频衰减器经常用在需要改变信号强度的测试系统里。它们通常是带几个开关的小盒子，开关对应的衰减量一般是1、2、4、8dB之类的。这些衰减量往往是2的n次方，这样通过打开或关闭衰减器的不同部分，就能实现连续的衰减切换了。

测试设备里也可能有切换式衰减器，用来改变信号强度，比如信号发生器的输出。手动控制的射频衰减器用普通的手动开关就行，不过需要电子控制的话，可以用reed继电器，也经常会用PIN二极管。

切换式射频衰减器主要有两种类型：

- 分段切换式射频衰减器：从这种射频衰减器的电路设计名字就能看出来，它有好几个部分，通过切换不同的部分接入或退出电路，来得到需要的衰减量，如下图所示。

下图所示是一个分段式可变衰减器，如果需要改变衰减量，可以通过切换不同的衰减分段来实现。另外，要是需要大衰减量，通常最好用多个分段来实现。

- 元件切换式射频衰减器：这种切换式衰减器，需要调节各个电阻来得到不同的衰减量。

理论上来说，这种衰减器可以用普通开关，但考虑到需要三个开关，所以通常会用场效应管（FETs）。在单片微波集成电路（MMIC）或者射频集成电路（RFIC）里的射频衰减器，经常会采用这种方式，如下图所示。

开关之间总会有一些信号泄漏，对于衰减值比较大的衰减器来说，这可能会导致精度问题。有个经验法则是，要是开关的总隔离度比想要的衰减值大20dB，那么通过隔离短路路径泄漏的信号，对衰减量的影响就不会超过1dB。

可变射频衰减器：可变射频衰减器一般用在需要连续调节信号强度的场景里。通常来说，这种衰减器是通过改变输入控制线的模拟电压来实现信号强度连续变化的。它们大多用某种电压控制方式，作用在PIN二极管这类可变元件上，再配合其他电子元件，就能提供可以连续调节的衰减量了。

连续可变的射频衰减器，一般用在对精度要求不高、而且有模拟电压可用的地方。它们可能会用在射频电路设计的某些部分，比如控制信号强度的反馈回路里，或者其他类似的应用中。

不同类型的射频衰减器，用在不同的电路应用里，都能提供需要的性能。其实，它们能达到的性能水平还挺高的。不同类型的射频衰减器，可以用不同的电子元件来设计。一般来说，衰减器的类型决定了要用什么样的元件。

电阻式射频衰减器：电阻式衰减器是用来提供固定衰减量的。用的是固定电阻，这样能实现精确的衰减量，但所用的电阻不能有电感特性，而且电路布局得保证信号不会在各个元件之间泄漏，下图是我们常见的π型衰减电路。具体内容请参考射频基础知识---π型和T型衰减器是啥？

PIN二极管射频衰减器：PIN二极管衰减器用在需要连续可变衰减量的设计中。

它们在切换式衰减器里也用得很多，通过PIN二极管可以把不同元件切换进电路或者切出电路。

场效应管（FET）射频衰减器：场效应管衰减器能用于需要连续可变衰减量的设计中。和PIN二极管衰减器一样，场效应管衰减器可以用模拟控制电压来控制衰减量。它们也能用来切换不同电子元件的数值进入电路，以达到需要的衰减水平。

下图是一个二维压控衰减器（VCA）由四个双分流堆叠场效应管（FET）部分组成，采用分布式结构设计。每个分流臂都用了三重堆叠场效应管结构。

这些只是射频衰减器的大致分类——根据应用场景和所用的衰减器技术，还能有很多不同的分类方式。

三、射频衰减器符号

在电路原理图里，常常需要画出衰减器的方块符号，而不必把所有单个元件都画出来。

现在已经有一个被广泛采用的衰减器符号了，如下图所示。

有些应用场景里，可能需要用到可变衰减器的符号，如下图所示。

四、射频衰减器的应用场景

射频衰减器在射频电路里的应用场景很多，是射频设计中很多领域都会用到的关键组件：

降低信号强度：衰减器的基本作用就是降低信号强度。电路里可能需要控制信号强度，让它们保持在要求的范围内。一个典型的用途就是测试大功率射频信号，比如发射机里的信号，得先降低强度才能接到测试设备上。

改善阻抗匹配：阻抗匹配的射频衰减器本身就有改善阻抗匹配的作用。这在驱动对匹配很敏感的射频混频器时特别有用，要是匹配不好，混频器的性能就会下降。

可变电平控制：射频衰减器可以用在信号发生器这类设备的输出端，用来控制电平。最好是让信号发生器本身输出一个精确的固定电平，然后用切换式衰减器把信号降到需要的强度。

出于各种原因，射频衰减器在射频电路设计中用得很广泛。好在这些衰减器设计起来不难，而且用了表面贴装技术后，杂散电感很低，性能会非常好。

五、射频衰减器的参数

在为射频设计、系统或其他用途选射频衰减器时，最好能充分了解它的各项参数。虽然基本的衰减量参数很重要，但还有其他很多参数需要考虑。

像衰减精度、步进范围、衰减范围、温度稳定性等等，都得考虑进去。

衰减量：这是射频衰减器最主要的参数——所有射频衰减器都把这个当作首要参数。它指的是输出功率和输入功率的比值，通常用dB来表示。

因为这个参数对衰减器来说太关键了，所以衰减量是这个电子元件基本说明的一部分——它一般是核心参数之一，通常会写在衰减器的基本说明里。

功率耗散：功率耗散水平可能是射频衰减器第二重要的参数。为了降低信号强度，射频衰减器会耗散或吸收多余的功率。

在很多小信号应用里，功率耗散不是问题，但在其他信号强度较高的应用中，得确保射频衰减器能妥善处理预期的功率水平。

一个典型的大功率射频衰减器，注意那些散热鳍片，是用来散掉功率的。

射频衰减器的功率能力通常用W表示，也可能用dBW。

得确保不超过功率额定值，不然可能会损坏衰减器。另外，如果温度升得太高，衰减器的阻抗可能会有轻微变化，这就可能出问题。因为功率额定值这个参数很重要，所以它通常会在这个电子元件的顶层说明里提到。

衰减器性能：有些衰减器是固定值的，很容易接到射频系统里。还有些是可切换的或者可变的，选的时候得考虑到这一点。

可变衰减器往往是直接设计在射频电路里的，用来组成某种反馈回路，比如维持固定的信号强度之类的。

可切换衰减器一般采用二进制切换方式，1、2、4、8……dB这些分段的衰减器可以根据需要切换接入。选这种衰减器的时候，要确保它的范围和最小切换步进符合要求，还要保证能满足驱动需求。切换可以用半导体器件或者干簧继电器。半导体的使用寿命往往更长，尤其是在需要大量切换操作的时候。不过话说回来，现在干簧继电器也挺可靠的。

阻抗：衰减器的阻抗是第三个重要参数。因为大多数射频功率传输都是在50Ω系统里进行的，所以这是最常用的阻抗值。偶尔会用到75Ω系统，一些特殊应用中可能会用其他阻抗值。

衰减精度：通常需要知道衰减器衰减量的精度。特别是在测试设备的应用中，衰减精度可能很重要。这种情况下，会给出标称衰减量的公差范围。

频率响应：衰减器的衰减量会随频率变化。这可能是因为射频衰减器里用的电阻或其他元件有频率依赖性，也可能是因为输入和输出之间的耦合有频率依赖性。有些衰减器如果对衰减的绝对量有要求，可能会提供校准图表，标明在一个频段内不同点频上的绝对衰减量。

电压驻波比（VSWR）：数据手册里可能会包含电压驻波比的参数。这反映了射频衰减器的匹配情况。一般来说，频率越高，这个指标可能越差。要确保它能满足要求的电压驻波比水平。

衰减器的机械细节：机械细节可能包括尺寸、重量等方面。连接器的信息也可能包含在这部分参数里。

环境细节：很多衰减器用在实验室这种环境较好的地方，环境条件不是问题。但有些应用可能需要考虑环境因素，比如振动、温度、湿度之类的。

选射频衰减器时的其他重要方面，除了主要的参数规格，为射频电路设计选购衰减器时还有其他需要考虑的地方。

有时候，那些非规格方面的问题可能和基本的射频参数一样重要。选射频衰减器的时候，得全面了解这个电子元件的各个方面，从它的规格参数，到其他可能影响它是否适合加入射频电路设计的问题，都得看。

六、有几个问题需要考虑

成本：买射频衰减器的时候，成本显然是个问题，尤其是如果要用到可能要生产很多台的射频电路设计里，成本会被放大很多倍，要是能节省成本，积累起来也是一笔不小的数目。如果只是用在一次性的系统里，可能没那么重要，但不管怎么说，成本还是个重要问题。

通常来说，成本这个因素需要和其他因素平衡，比如预期的可靠性、供货情况、是否符合规格要求，还有很多其他因素。

质量和可靠性：产品质量对大多数射频电路设计来说都很重要，因为出故障的代价可能很高，尤其是当整个设备出厂后还需要维修的时候。为了保证最佳质量，要从可靠的供应商那里采购射频衰减器，还可以看看平均无故障时间（MTBF）的数据，了解一下它的长期可靠性。

供应商：射频衰减器的供应商可能很关键。和好的供应商能建立良好的合作关系，而且在合理范围内，能在需要的时候拿到产品。这些因素对射频电路设计过程帮助很大，能显著影响研发和生产的顺利程度等。

供货情况：有些产品可能在需要的时候很难买到。如果不能按时拿到射频衰减器，或者供货断断续续，那这很可能是换一种产品的好理由，或许可以换个厂家。不管产品多好，买不到就没用。

这些以及其他更多项目特定的要求，都应该作为整体决策过程的一部分来考虑，以便为特定应用选出最合适的射频衰减器。

为一个项目选射频衰减器，不管是用于批量生产的射频电路设计，还是用于测试系统之类的、数量较少的应用，都有很多因素需要考虑，从这个电子元件是否符合规格要求，到供货情况、可靠性评价和采购渠道。所有这些因素都对某个衰减器是否合适有重大影响。

好了，以上便是衰减器的一些基础知识介绍，希望对大家有所帮助。