射频百科 | 限幅器的使用指南

前言：在射频通信电路中，限幅器防止天线输入信号功率过大，烧毁低噪放和后端AD的重要器件。来源，硬件之家

微波限幅器是一种自控衰减器，其对小信号几乎可以无衰减地通过，而对大功率信号则会产生大的衰减。限幅器最常见的功能是阻止高功率信号对微波接收系统造成破坏，防止雷达发射机功率信号直接进入接收机，烧坏后面的低噪声放大器等灵敏器件。

一、限幅器的基本知识

常见的限幅器电路有两种结构，如下图所示。

图(a)中，限幅器的高频电感为PIN二极管提供直流通路，同时作为射频开路，防止信号衰减，使整个电路的插入损耗维持在较低水平。由于结构中引入了电感，使电路工作带宽受到限制，不适合宽带应用。
图(b)中，限幅器电路由两个并联的PIN二极管组成，在微波信号的正半周和负半周，两个二极管交替为对方提供直流通路，达到限幅的目的。

当小信号输入时，PIN 二极管在电路上可以等效为一个电容，此时的 PIN 二极管的阻抗最大，电路上相当于开路，所以此时限幅器的插入损耗也最小。当输入 PIN 管限幅器功率的信号逐渐变大时， PIN 管的阻抗也在变化，输入信号衰减也逐渐变大，当输入信号通过 PIN管限幅器一段时间后，限幅输出功率不再变化达到平坦泄漏输出时，此时的输入电平称之为限幅门限电平，如下图所示。

二、限幅器的使用注意

1. 合理配置链路增益，使得限幅器的限幅电平略大于（或者设置多一点的保护间隙）限幅器后级器件的最大输入功率。

例如，限幅器后端为低噪放。低噪放最大输入功率为20dBm，则限幅器的限幅电平应该为15dBm附近，需预留一下冗余空间，防止极端情况烧毁较为昂贵的低噪放。通常在室内测试时，天线输出功率被距离较近的墙面反射，造成天线接收功率较大，极有可能烧毁低噪放。

2. 限幅器的谐波问题

使用限幅器的过程中，充分仔细地阅读过限幅器器件厂商的datasheet后，开始电路设计。然而等到全通道信号测试时，才发现一个问题：

当输入信号达到饱和功率时，输出信号谐波非常大：二次谐波抑制为-46dBc，三次谐波抑制仅为-20.3dBc。

谐波大，可能是：低噪放，增益放大器等

经过测试低噪放，后级增益模块等，发现均不是造成该谐波大的因素。当在限幅器后加一级低通滤波器，谐波完全消失了。让人始料不及的是，这么大的谐波竟然是限幅器产生的。

知道结论后，再回答这个问题：为什么限幅器会产生很大的多次谐波信号？

任何非线性器件都会产生多次谐波信号。限幅器中包含PIN二极管，其也是常用的非线性器件。

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