一種改善微波模塊增益指標溫度特性的新方法

摘要：對于復雜的微波模塊，增益隨溫度變化很大，有時很難找到合適的無源溫變衰減器來調整增益。文中介紹一種利用溫度傳感器和數(shù)控衰減器相結合的方法來改善微波模塊增益指標的溫度特性。
關鍵詞：溫度特性；無源溫變衰減器；溫度傳感器；數(shù)控衰減器

目前，大部分微波模塊的的工作溫度范圍很大，有時達-50～+70℃，對于高集成微波模塊，其增益或插損指標在全溫段變化很大，甚至超過±3dB。
對于增益隨溫度變化不大的模塊可選用無源溫變衰減器來補償，這種溫變衰減器尺寸小，可靠性高。缺點是衰減器溫度系數(shù)(Temperatu re Coefficient of Attenuation，TCA)大的衰減器工作頻率往往局限在低頻段，且其常溫衰減量偏大。例如：EMC公司TVA系列的溫變衰減器工作頻率DC～6GHz，TCA為-0．70 dB／10℃的衰減器在-50～+70℃溫度范圍內插損變化有8．4 dB，但其常溫+25℃時插損達10 dB。這對于增益和噪聲系數(shù)指標敏感的微波模塊，顯然不適合選用。
針對這種情況，本文提出一種比較靈活好用的解決方案：選用溫度傳感器和數(shù)控衰減器相結合的方法。

1 原理
微波模塊內大多集成多級放大電路，數(shù)控衰減器通常置于末級補償放大器前；而溫度傳感器用于測試模塊的環(huán)境溫度，測試數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉換器送入數(shù)據(jù)處理芯片形成控制電路，控制電路常用FR-4板材獨立設計，置于模塊有源器件集中部位。
試驗時，預先測出相應溫度下傳感器的輸出電壓，模數(shù)轉換后，通過控制微波鏈路內數(shù)控衰減器的衰減值，靈活調整模塊的增益指標。其中輸出電壓與衰減器值的對應表可以預存在數(shù)據(jù)處理芯片內，框圖如圖1所示。

目前，溫度傳感器品種很多，這里推薦一款英國模擬器件公司(簡稱A．D公司)型號為AD22100的傳感器。AD22100是一款比較成熟的單片式溫度傳感器，廣泛應用于各種溫度控制系統(tǒng)。
AD22100有TO-92和SOIC兩種封裝，其引腳定義如圖2所示。

其中V+為電源輸入引腳，電壓范圍+4～+6．5 V，通常選擇+5V，GND為接地端，Vo為感溫電壓輸出引腳，NC懸空。
AD22100的感溫范圍為-50～+150℃，輸出電壓變化規(guī)律如下：
Vo=(V+／5 V)×[1．375 V+(22．5 mV／℃)×T]
其中T為AD22100的環(huán)境溫度，溫度變化-50～+70℃時，輸出電壓范圍為+0．25～+2．95 V。例如當V+=+5 V，T=+25℃時Vo=1．938V。
模數(shù)轉換器則推薦一款某公司的STM32F103C8T6型單片機，這款單片機結合了高性能、實時、低功耗、低電壓、高集成度和易于開發(fā)等特點，除了數(shù)據(jù)處理功能外，還包括兩個12位模數(shù)轉換器，A／D轉換精度高，外設接口豐富。其內部ADC供電要求為+2．4～3．6 V，通常選擇+3．3 V，此時模擬信號輸入范圍0～+3．3 V，正好適合AD22100的電壓輸出范圍。模數(shù)轉換后，單片機可靈活地將數(shù)字信號轉換成相應數(shù)控衰減器的控制碼。
另外數(shù)控衰減器則可以根據(jù)微波鏈路的實際工作頻率和全溫段需要調整的增益變化量來選擇。這里介紹一款華北集成電路設計有限公司設計的數(shù)控衰減器，基本能滿足常規(guī)使用。衰減器型號NC3301M-218B，主要指標如下：工作頻率范圍2～18GHz，衰減范圍0.5～31.5dB。衰減器控制位定義見表1。