（本页是纯文字版，点此阅读完整版全文）

用于毫米波和亚太赫兹测量的直读式可编程波导衰减器

Eravant, formerly Sage Millimeter Inc.，www.eravant.com

几十年来，直读式波导衰减器一直为用户提供在大动态范围内轻松控制微波信号电平的能力，其精度一般可达0.1dB。自从1950年代首次亮相，直读式波导衰减器因其读数的精确性、耐用性和频率响应的平坦性而成为微波实验室一个主要标准测试设备。

直读式波导衰减器的工作原理是建立在圆波导TE11模上利用波导中的电阻性衰减叶片来实现衰减。衰减量由叶片相对入射电磁波的角度决定。当电磁波被分解成两个正交分量后，与叶片平行的电场分量被高度衰减，而垂直的电场分量不受影响。因此通过旋转电阻性衰减叶片可以完成不同的衰减量。衰减量遵循一个精确的三角函数，即叶片相对于入射波形的角度大小。

传统手动操作的直读式衰减器的衰减量由一个鼓型机械数字刻度表来直接读取。刻度表和包含旋转电阻性衰减叶片的圆形波导与旋转机械相连。这种结构对加工、装配安定调试都有很高的要求。任何由工件加工、安装和定标带来的误差都会直接影响衰减器的精度。另外，这类直读式衰减器一般没有可编程能力。

近年，直读式衰减器的工作频率已延伸到亚太赫兹。利用步进电机和微处理器，这种衰减器可设计成可编程或程控式以用于自动测试系统中的远程控制。Eravant的升级版直读式可编程衰减器加上了程控功能，在直读的基础上，不但保证了传统衰减器所具有的准确性和易用性，还具备了自动测试系统所需的编程和远程控制功能。该升级版产品实物如图1。表1归纳了Eravant升级版直读式可编程衰减器家族的完整型号。该家族有12个型号。其波导口径从WR-42到WR-03以覆盖从18到330GHz的毫米波和亚太赫兹频段。

图1 直读式可编程式衰减器。

Eravant升级版直读式可编程衰减器去除了传统的鼓型机械数字刻度表。它采用了数字实时校正方案来完成手动或自动定标以避免对机械结构和精度要求的复杂性和苛刻性。这不但降低了产品的生产门槛，而且也保证了产品的精度和一致性。另外，该系列产品更改善了用户的使用体验。在手动操作时，用户可以通过旋转机械旋钮来调整衰减器，同时在LCD显示窗上直接读出衰减量。另外，该衰减器还有内部可充电电池用于野外或无交流电场景。在编程或远程控制模式时，该衰减器可通过USB与主机连接以实现全自动计算机操作和控制。串行USB端口为自动测试和测量程序（如LabVIEW或VEE）提供了可靠的接口。计算机指令可将衰减器的衰减量设置为系统需要的量级或读取当前的衰减量。

衰减器的频响平坦度和精确性是任何衰减器的关键指标。Eravant的直读式可编程衰减器提供了完美的表现。从图2可以看到STA-60-15-S1型的工作频率为50至75GHz，精确度为±0.1dB或读数的3%，最高可达60dB。衰减到10dB的分辨率为0.1dB，衰减在10至30dB的分辨率为0.2dB，衰减在30至40dB的分辨率为0.5dB。回波损耗典型值为20dB。

图2 STA-60-15-S1的频率响应。

常见的放大器测试是在不同的输入功率下测量增益（S21），以确定1dB的增益压缩点。在同轴测试环境中，这种测试很容易使用自动网络分析仪手动进行。此时操作者可方便地改变输入信号的幅度。先从小信号开始，将输入信号所测得的放大器增益记录下来，随后与在不断增加的输入信号下测得的增益进行比较。当增益轨迹减少1dB时，就达到了预期的1dB压缩点，测试就结束了。但当在毫米波网络分析仪应用场景时，就需要采用图3中的波导系统来测量放大器1dB压缩点。如前所述，当在同轴测试环境中，采用网络分析仪进行这种测量时，可以使用仪器内部的可变衰减器在很大范围内调整信号源的功率。然而，当涉及到波导扩频器时，测试信号的功率不能由网络分析仪准确控制。通过在测试信号路径上增加一个波导直读式可编程衰减器，就可以准确地控制放大器的输入信号功率。对波导扩频器之间的信号路径中使用外部衰减器时，衰减器和DUT的组合响应要针对不同的衰减进行测量。因此，手动寻找1dB压缩点的工作比较繁琐。如果只使用一个可变衰减器，测试系统操作员必须在固定的高电平和可变的低电平之间反复改变衰减，每次都要将S21的变化与衰减器设置的变化进行比较。如果在放大器的输入和输出端口使用两个可变衰减器，那么在两次增益测量之间，两个衰减器可以在相反的方向上进行等量调整，从而在一定程度上简化了测量任务。无论采用哪种方法，该过程都很耗时，而且容易出现操作错误，因此采用可编程衰减器是自动测试的最佳方案。

图3 用50至75GHz的测试系统测量放大器的1dB增益压缩点

使用可编程衰减器可以自动测量或校准各种其他组件，包括信号检测器、混合器、调制器和接收机。通过手动操作或远程自动控制，Eravant的直读式可编程衰减器可以同时支持系统校准或验证过程中经常需要的手动调整。该衰减器使手动和自动操作模式的切换变得快捷可靠。这为各种测试系统需求提供了最大的灵活性。另外，该衰减器实现了一机两用。它既是一款手动直读式衰减器，又是一款可编程的远程可控衰减器。它在研发和项目经费受限的应用场景更显出其经济实用的价值。