（中國振華集團(tuán) 云科電子有限公司，貴州 貴陽 550018）

在微波系統(tǒng)中，隨環(huán)境或系統(tǒng)溫度的升高，功率放大器增益下降，輸出功率降低，效率降低。傳統(tǒng)的解決方案一般采用自動增益控制電路，穩(wěn)定功率放大器的輸出功率，由于自動增益控制電路存在很多缺點(diǎn)，如在穩(wěn)定功率放大器輸出功率的同時(shí)，會產(chǎn)生非線性失真；產(chǎn)生相移和時(shí)延，同時(shí)自動增益控制電路存在可靠性差的問題。因此，在功率放大器系統(tǒng)中引入溫補(bǔ)衰減器，因其體積小、衰減量精度高等特點(diǎn)，可更好地實(shí)現(xiàn)功放的增益補(bǔ)償，使得功放的電路設(shè)計(jì)和制作變得簡單，同時(shí)易于功放的更新?lián)Q代，可減少系統(tǒng)再設(shè)計(jì)的隱性成本。

王萬一等[1]以厚膜微波π型衰減器為例，從工藝角度探討了此類衰減器的激光調(diào)阻方法；李陵等[2]采用磁控濺射的方法制備了TaN薄膜固定衰減器；Cuong等[3-4]采用TiN薄膜制備了3～6 GHz、最大功率25 W、衰減量為20 dB的微波固定衰減器；郭昕等[5]在多晶硅上設(shè)計(jì)并制備了10 dB微波衰減器；張青等[6]基于 π型衰減網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備了 DC～6 GHz，衰減量為 3 dB，衰減量溫度系數(shù)為–0.005 dB/dB/℃的溫補(bǔ)衰減器。目前，對微波固定衰減器的研究居多，而對于在高頻下應(yīng)用的溫度補(bǔ)償衰減器的研制較為鮮見。

本文基于π型衰減網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用具有正溫度系數(shù)的普通電阻漿料及熱敏電阻漿料，分別配合具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料，并結(jié)合厚膜印刷工藝，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 96%的 Al2O3陶瓷基板上制備衰減量為3 dB，衰減量溫度系數(shù)為–0.009 dB/dB/℃，頻率范圍為DC～12.4 GHz的溫度補(bǔ)償衰減器。對比分析不同材料制備的溫補(bǔ)衰減器在不同頻率下衰減量及駐波比的差異，以及1 GHz不同溫度下溫補(bǔ)衰減器的衰減量隨溫度變化的特性。

1 溫補(bǔ)衰減器結(jié)構(gòu)及樣品制備

π型衰減器的設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示，其中R1、

圖1 π型對稱電阻網(wǎng)絡(luò)衰減器結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 The structure schematic diagram of the symmetrical resistance network attenuator with π type

R3是正溫度系數(shù)的熱敏電阻，阻值相同，R2是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，輸入輸出阻抗50 Ω，根據(jù)產(chǎn)品的特征阻抗及衰減量，利用公式(1)、公式(2)分別計(jì)算出室溫下R1、R2的電阻值分別為292.72 Ω、17.59 Ω。溫度補(bǔ)償系數(shù)是溫補(bǔ)衰減器的另一重要指標(biāo)，其表征的是溫補(bǔ)衰減器在工作溫度范圍內(nèi)，衰減量隨溫度變化的特性，其計(jì)算公式如公式(3)所示。通過公式(1)、(2)、(3)計(jì)算得到不同溫度下 R1、R2的電阻值。從–55～125 ℃溫度范圍內(nèi)，每隔 20 ℃取一計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

電阻計(jì)算公式[7]：

式中：A為衰減量，單位dB；Z0為特征阻抗。衰減量溫度系數(shù)計(jì)算公式：

式中：ΔT為溫度變化量，單位℃；ΔA為衰減量變化量，單位dB。

表1 R1、R2隨溫度變化的理論電阻值Tab.1 R1 and R2 values with temperature changes

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，選擇合適的正溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料及負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料，本文采用正溫度系數(shù)相同的含釕普通電阻漿料及含銅的熱敏電阻漿料，分別與同一負(fù)溫度系數(shù)的含銅熱敏電阻漿料搭配，制備衰減量為3 dB、衰減量溫度系數(shù)為–0.009 dB/dB/℃的溫補(bǔ)衰減器，用普通電阻漿料制備R1的溫補(bǔ)衰減器編號樣品1，用熱敏電阻漿料制備R1的溫補(bǔ)衰減器編號樣品2。制備流程為：首先在厚度為0.3 mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%的Al2O3的陶瓷基板上絲印銀鈀電極，將正溫度系數(shù)的電阻漿料與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料印刷到帶有電極的基板上，使電阻R1、R3的膜厚控制在20 μm±3 μm的范圍內(nèi)，電阻R2的膜厚控制在20 μm±6 μm的范圍內(nèi)，經(jīng)激光調(diào)阻后，使R1、R2電阻值達(dá)到室溫計(jì)算值，最后印刷樹脂絕緣包封層及標(biāo)志。制備出的溫補(bǔ)衰減器的實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 溫補(bǔ)衰減器實(shí)物圖Fig.2 The picture of temperature compensation attenuator

將制備出的溫補(bǔ)衰減器安裝在專用測試夾具中，并放入高低溫濕熱箱中，采用Rohde & Schwardz公司ZNB40型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試其25 ℃下衰減量、駐波比及–25～125 ℃溫度范圍內(nèi)衰減量隨溫度的變化特性曲線。

2 結(jié)果與討論

溫補(bǔ)衰減器樣品1和樣品2的衰減量隨頻率變化曲線分別如圖3、圖4所示。從圖3可看出，用正溫度系數(shù)普通電阻漿料與負(fù)溫度系數(shù)電阻漿料搭配制備的溫補(bǔ)衰減器樣品1，在25 ℃下，DC～12.4 GHz的頻率范圍內(nèi)，衰減量隨著頻率的升高而增大，其中25 ℃、1 GHz下樣品1的衰減量為–2.9175 dB。從圖4可看出，用與樣品1正溫度系數(shù)相同的熱敏電阻漿料與同一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻漿料制備的溫補(bǔ)衰減器樣品2，在25 ℃下，DC～12.4 GHz的頻率范圍內(nèi)，衰減量隨著頻率的升高而增大，其中25 ℃、1 GHz下樣品1的衰減量為–2.9312 dB。對比圖3、圖4可得出結(jié)論：采用正溫度系數(shù)相同的普通電阻漿料及熱敏電阻漿料，分別與同一負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料搭配，制備衰減量為3 dB、衰減量溫度系數(shù)為–0.009 dB/dB/℃的溫補(bǔ)衰減器，在25 ℃下，DC～12.4 GHz的頻率范圍內(nèi)，衰減量隨頻率變化趨勢一致，隨著頻率的升高而增大，其中25 ℃、1 GHz下衰減量接近。

圖3 溫補(bǔ)衰減器樣品1衰減量隨頻率變化曲線Fig.3 The attenuation changing curve of temperature compensation attenuator sample 1 with frequency

圖4 溫補(bǔ)衰減器樣品2衰減量隨頻率變化曲線Fig.4 The attenuation changing curve of temperature compensation attenuator sample 2 with frequency

溫補(bǔ)衰減器樣品1和樣品2的駐波比隨頻率變化曲線分別如圖5、圖6所示。從圖5可看出，在DC～7 GHz頻率范圍內(nèi)，樣品1的駐波比均小于1.3，而在9 GHz及12.4 GHz下，其駐波比均大于1.3，在12.4 GHz下的駐波比約為1.5。從圖6可看出，在DC～12.4 GHz頻率范圍內(nèi)，樣品2的駐波比均小于1.3。對比圖5、圖6可得出結(jié)論：采用相同正溫度系數(shù)熱敏電阻漿料與同一負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻漿料搭配，制備衰減量為 3 dB、衰減量溫度系數(shù)為–0.009 dB/dB/℃的溫補(bǔ)衰減器，25 ℃下，其高頻性能更好。

圖5 溫補(bǔ)衰減器樣品1駐波比隨頻率變化曲線Fig.5 VSWR changing curve of temperature compensation attenuator sample 1 with frequency

圖6 溫補(bǔ)衰減器樣品2駐波比隨頻率變化曲線Fig.6 VSWR changing curve of temperature compensation attenuator sample 2 with frequency

圖 7、圖 8分別是溫補(bǔ)衰減器樣品 1和樣品 2在 1 GHz下，衰減量隨溫度的變化曲線。在–55～125 ℃的溫度范圍，將衰減量隨溫度變化的曲線擬合成直線，并利用公式（3）計(jì)算溫補(bǔ)衰減器樣品1和樣品2的衰減量溫度系數(shù)TCA。從圖8、圖9可看出，通過線性擬合并計(jì)算得到樣品 1和樣品 2的衰減量溫度系數(shù)接近，樣品1的衰減量溫度系數(shù)為–0.0091 dB/dB/℃，樣品 2的衰減量溫度系數(shù)為–0.0095 dB/dB/℃，均符合指標(biāo)要求。

圖7 溫補(bǔ)衰減器樣品1衰減量隨溫度變化曲線(@1 GHz)Fig.7 The attenuation curves of temperature compensation microwave attenuator (sample 1) with the temperature changing(@1 GHz)

圖8 溫補(bǔ)衰減器樣品2衰減量隨溫度變化曲線(@1 GHz)Fig.8 The attenuation curves of temperature compensation microwave attenuator (sample 2) with the temperature changing(@1 GHz)

3 結(jié)論

采用正溫度系數(shù)相同的普通電阻漿料及熱敏電阻漿料，分別與同一負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻漿料搭配，制備衰減量為3 dB、衰減量溫度系數(shù)為–0.009 dB/dB/℃的溫補(bǔ)衰減器，分別編號樣品1和樣品2，測試結(jié)果表明：

（1）樣品1、樣品2在25 ℃下，DC～12.4 GHz的頻率范圍內(nèi)，衰減量隨頻率變化趨勢一致，隨著頻率的升高而增大，其中25 ℃、1 GHz下衰減量接近；

（2）25 ℃下，樣品2的高頻性能更好；

（3）樣品 1的衰減量溫度系數(shù)為–0.0091 dB/dB/℃，樣品 2的衰減量溫度系數(shù)為–0.0095 dB/dB/℃，均符合指標(biāo)要求。

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