RF衰减器装置和系统制造方法及图纸

装置包括具有第一主表面和第二主表面的、热传导和电绝缘的基板。耦合结构构造为由实质上预定数量的衰减功率来减少RF输入信号。调谐电路由实质上匹配至预定系统阻抗的调谐电抗来表征。电阻器设置在第一主表面的大部分上并且由被调谐电抗实质上无效掉的寄生电容来表征。电阻器包括第一电阻性部分和第二电阻性部分，所述第一电阻性部分和所述第二电阻性部分中的每个均构造为将所述衰减功率的近似一半引导至接地部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及电气装置和系统，更具体地涉及RF衰减器、装置和系统。
技术介绍
RF衰减器是一种被构造为减少RF信号的水平的装置。衰减典型地被衡量为输出功率水平与输入功率水平的比率，并且因此被给定为分贝(dB)。由于输出信号的功率低于输入信号的功率，因此衰减水平是负的(比如-20dB)。本领域技术人员可以了解的是，当RF信号超过保护电路的功率处理能力时，衰减经常被需要来保护部件或电路级、比如监测电路或采样电路。因此，在很多情形中，由于总体RF设计的多级容错的存在，衰减器的准确度是重要的。RF衰减器通过耗散(I2R损失)多余功率来减少RF信号。本领域技术人员应该了解的是，由I2R进行的功率耗散指代由此RF能量被转换为热能的过程。当RF信号功率相对小时，例如，由这个过程产生的热量也许不是问题。另一方面，当RF信号功率相对高时，RF衰减器必须构造为以使得热能成功地被从衰减器引导至热交换装置并且被排出RF系统。否则，系统部件可能过热并且受到损害。RF衰减器的功率处理能力典型地被给定为瓦(W)、毫瓦(mW)、瓦分贝(dBW)，或者被给定为毫瓦分贝(dBm)。衰减器典型地设计为用在以下系统中，所述系统具有一定或预定特征阻抗(也就是说典型地很据每个客户需求由系统设计者来建立)。例如，RF衰减器可以设计为用在具有50欧姆(Ω)或75欧姆(Ω)特征阻抗的系统中。显而易见，RF衰减器可以设计为操作在由其他阻抗值表征的RF系统中。在任意事件中，(除衰减功能之外)，RF衰减器还可以用在这种阻抗匹配功能的系统中。本领域技术人员了解的是，由RF衰减器提供的衰减的水平根据频率进行变化。频率依赖性的理由可以涉及电抗部件(比如电感器、电容器)的使用或存在以及由应用在RF衰减器中的电阻器展现的频率依赖性。大体上讲，RF衰减器是可以用在宽泛的多种应用中的RF部件，在其中，RF输入信号必须减少至需要的信号水平。如上所注释的，(除衰减之外)，RF衰减器还可以用于其他应用中、比如阻抗匹配。参考图1，传统π-衰减器的示例性图表被示出。π-衰减器如此命名是因为其是以希腊字母“π”的形状来形成；因此，其具有一个串联的电阻器(R2)和分路至地面的两个并联的电阻器(R1，R3)。具体地，电阻器R1设置在输入处并且电阻器R3设置在输出处，电阻器R2设置在其间。图1中描述的π-衰减器实施为由50欧姆端口阻抗来表征的20dB衰减器。并联的电阻器R1和R3等于61.11Ω，并且串联的电阻器R2等于247.5Ω。如果图1的传统衰减器构造为处理相对高的功率，则可以通过使用厚膜技术来实施电阻器R1、R2和R3。具体地，可以通过将电阻膏沉积在陶瓷基板上来使得电阻器被实施。这种膏典型地为镍铬合金(NiCr)形式。基板可以为诸如氧化铝、氮化铝或氧化铍(BeO)等任意适合的基板。(本专利技术不应该被解释为限定任何具体类型的衰减器、比如π-衰减器、T-衰减器等)。图2为图1中描述的传统π-衰减器的寄生电容模型。简要地参考图3，在图2中示出的传统π-衰减器的俯视图被提供了。注意到每个电阻器构造为具有长度L和宽度W的矩形布局。电阻器的薄层电阻(sheetresistance，Rs)值由表述R＝Rs*L/W来给定。每个电阻器的功率处理能力与它的面积L*W成比例。可以由具有不同面积的电阻器来实现期望电阻，只要等式Rs*L/W被维持即可。因此，给定具有相同薄层电阻的两个电阻器下，较大的电阻器可以处理更多的功率。另一方面，当衰减器装置以相对大的电阻膜区域为特征时，电阻性薄层由限制RF带宽的大的寄生电容来表征。因此，很多设计包括被用于减少或消除寄生电容的作用的一个或多个辅助的调谐部件。参考图2，在图1中描述的传统π-衰减器的寄生电容模型被示出了。如上所注释的，每个电阻性薄层由可以限制RF带宽的寄生电容来表征。因此，每个电阻器(R1、R2和R3)具有与其相关联的寄生电容器。此外，图2的模型可以被用于改善高频性能。例如，串联电阻器R2在此处被示出为由在其间设置有电感高阻抗传输TL的两个电阻器R2’和R2”实施。把这些放在一起，分别地，模型示出了寄生电容Cp1与输入分流电阻器R1相关联，寄生电容Cp3与输出分流电阻器R3相关联，并且寄生电容Cp2’和Cp2”与串联电阻器电阻器R2’和R2”相关联。如所希望的，因此，电感传输线TL构造为抵消寄生电容Cp1、Cp2’、Cp2”以及Cp3的作用。返回参考图3，用于对在图2中成模型的寄生电容进行解释的传统π-衰减器的俯视图被提供。在这个示例中，30瓦20dB终端被示出。衰减器1被实施在0.1”×0.2”×25毫英寸氮化铝基板上，其中，电阻器R1、R2’、R2”和R3由镍铬合金膜制成。输入端口、输出端口、调谐传输线TL和其间的信号路径通过提供金属化层而被实施(参见倾斜的阴影区域)。接地部分也由金属化层来实施。可以通过使用银膏材料来实施金属化层。电阻器R1为0.13×0.005平方英寸并且具有159欧姆/平方(Ohm/square)的薄层电阻。电阻器R2’和R2”每一个均为0.025×0.012平方英寸并且具有59欧姆/平方的薄层电阻。电阻器R3为0.025×0.012平方英寸并且具有29欧姆/平方的薄层电阻。如所显示的，电阻器R1设置在布局区域的大部分上以有效地将热能(来自于I2R热损失)引导至陶瓷基板中。尽管如此，热能并非均匀地分布在陶瓷基板上；实际上，最热的地点位于电阻器R2’和R2”的区域中。具体地，由电阻器R1、R2’、R2”和R3耗散的功率的百分比分别为P1＝82％、P2’＝8％、P2”＝8％P3＝2％。因此，理想地，由电阻器R1、R2’、R2”和R3占据的陶瓷基板的总的表面积的部分应当分别等于大约A1＝82％、A2’＝8％、A2”＝8％以及A3＝2％，以便均匀地将热量分布在整个基板上并且使装置10的功率处理能力最大化。当然，由于衰减器1包括诸如传输线TL的调谐电路、连接线以及其他布局限制，因此，理想条件不可能被完美地满足。因此，每个电阻器的功率耗散百分比与表面积的比率(即P1/A1、P’2/A2’、P2”/A2”、P3/A3)被分别给定为2.5、5.3、5.3以及1.3。值得注意的是，由于制造容错的存在，电阻值也经常不在设计范围之内。当那种情形发生时，激光微调过程是需要的以修改针对每个电阻器偏差的电阻器几何形状。这种激光微调过程因此将时间、成本添加至生产过程。因此需要的是不同的、以及简化的方法来制造RF衰减器装置。具体地，进一步需要的是简单的衰减器电路布局，其实质上消除或显著地减少对于多个电阻器之间平衡热分布的需要。虽然解决热分布问题，但衰减器装置应该被构造为吸收寄生电容的作用以便实现宽频带回波损耗。还需要实质上优化的电阻性修补设置，其覆盖最大可能的基板表面积而无需使输入回波损耗降级；换句话说，需要这样一种装置，其使装置的功率处理能力最大化而无需牺牲带宽。最后，需要这样一种装置布局，其减少了被需要用于加速生产过程的激光微调的量。
技术实现思路
本专利技术通过提供不同的以及简化的制造RF衰减器装置的方法来解决上述的需要。本专利技术以简单的衰减器电路布局为特征，该衰减器电路布局实质上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种RF衰减器装置，包括：RF输入端口和RF输出端口；基板，其具有第一主表面和第二主表面，其中，所述基板是热传导和电绝缘的并且所述基板包括设置在至少所述第二主表面上的接地部分；耦合结构，其设置在所述基板上，所述RF输入端口构造为将RF输入信号引导至所述耦合结构，所述耦合结构构造为耦合预定频带内的RF输入信号的预定耦合部分以向所述RF输出端口提供RF输出信号；电阻器，其设置在所述第一主表面的至少大部分上并且耦合在所述调谐电路和接地部分之间，其中所述电阻器构造为将所述RF输入信号的未耦合部分实质上引导至所述接地部分；以及连接电路，其耦合在所述耦合结构与所述电阻器之间，所述连接电路构造为将所述衰减功率实质上引导至所述电阻器。

【技术特征摘要】
2015.07.13 US 62/191,8521.一种RF衰减器装置，包括：RF输入端口和RF输出端口；基板，其具有第一主表面和第二主表面，其中，所述基板是热传导和电绝缘的并且所述基板包括设置在至少所述第二主表面上的接地部分；耦合结构，其设置在所述基板上，所述RF输入端口构造为将RF输入信号引导至所述耦合结构，所述耦合结构构造为耦合预定频带内的RF输入信号的预定耦合部分以向所述RF输出端口提供RF输出信号；电阻器，其设置在所述第一主表面的至少大部分上并且耦合在所述调谐电路和接地部分之间，其中所述电阻器构造为将所述RF输入信号的未耦合部分实质上引导至所述接地部分；以及连接电路，其耦合在所述耦合结构与所述电阻器之间，所述连接电路构造为将所述衰减功率实质上引导至所述电阻器。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述连接电路包括设置在所述基板上并且耦合至所述耦合结构的调谐电路，所述调谐电路由调谐电抗来表征，并且其中所述电阻器由被所述调谐电抗实质上无效掉的寄生电容来表征。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述调谐电抗将所述装置实质上匹配至预定系统阻抗。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述调谐电路包括耦合至电容部件的电感部件，所述电感调谐部件和电容调谐部件分别具有电感和电容，所述电感和电容根据所述预定频带、系统阻抗或预定的衰减功率的数量来选择。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述电感调谐部件设置在所述电阻器和所述电容调谐部件之间。6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述电阻器和所述电容调谐部件分路至地面。7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述电感调谐部件包括高阻抗传输线，所述高阻抗传输线实质上平分所述电阻器部件以使得第一电阻性部分和第二电阻性部分占据实质上相同数量的表面积。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电阻器包括第一电阻性部分和
\t第二电阻性部分，所述第一电阻性部分和所述第二电阻性部分中的每个均构造为将所述衰减功率的近似一半引导至所述接地部分。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耦合结构实质上抵制在所述RF输入信号中传播的DC信号分量。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耦合结构选自于包括电容部件、RF耦合器部件、电感部件以及传输线部件的耦合结构组。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板的材料选自于包括氧化铝材料、氮化铝材料、BeO材料或化学气相沉积(CVD)金刚石材料的陶瓷材料组。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电阻器包括镍铬合金、氮化钽、氧化钌、或其他膜组分。13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耦合结构、接地部分以及至少一部分调谐电路包括形成在至少所述第一主表面上或所述第二主表面上的至少一个金属化层，其中，所述至少一个金属化层包括选自于包括银、镍、钼、钨、铁、金或铜的组分组的至少一个组分。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述RF衰减器装置被构造为表面安装装置。15.一种RF系统，包括：RF信号源，其构造为提供RF输入信号；天线组件，其耦合至所述RF信号源，其中所述天线组件构造为将放射的RF信号引导至周围环境中，所述放射的RF信号以所述RF输入信号为基础；RF衰减器装置，其包括衰减器输入端口和衰减器输出端口，其中所述衰减器输入端口构造为从所述天线组件接收RF信号样本，所述RF信号样本以所述放射的RF信号为基础，所述RF衰减器装置还包括具有第一主表面和第二主表面的基板，所述基板是热传导以及电绝缘的，所述基板包括设置在至少所述第二主表面上的接地部分，所述装置还包括设置在所述基板上并且耦合至所述衰减器输入端口的耦合结构，所述耦合结构构造为耦合预定频带内的RF信号样本的预定耦合部分以向所述衰减器输出端口提供衰减的RF信号样本，所述装置还包括设置在所述第一主表面的至少大部分上并且耦合在所述调谐电路和接地部分之间的电阻器，所述电阻器构造为将所述RF输入信号的未耦合部分实质上引
\t导至所述接地部分，所述装置还包括耦合在所述耦合结构与电阻器之间的连接电路，所述连接电路构造为将所述衰减功率实质上引导至所述电阻器；以及耦合至所述衰减器输出端口的信号监测器部分，所述信号监测器部分构造为从所述衰减的RF信号样本中获取至少一个信号特征。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述信号监测器构造为确定所述天线组件的操作状态。17.根据权利要求15所述的系统，其中，至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅翀，博·杰森，
申请(专利权)人：安伦股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US