T型网络衰减电路要点
T型电阻衰减电路
一．性能指标:
《1》设计一个T型电阻衰减电路
要求衰减倍数-40db
在0-50MHZ频率范围内衰减倍数基本不变
《2》设计一个T型网络衰减电路
要求衰减倍数-60db
频率要求在低频范围内（低于200khz）
二．方案论证：
在无线系统测试中常常需要对从一个设备到另一个设备的信
号进行衰减。例如，射频发射机测试中，涉及的功率等级常
常从几瓦到几百瓦甚至上千瓦，这么大功率的信号必须得经
过衰减以后才可以连接到大部分的测试设备中，否则会对测
试设备有损害。一种叫做衰减器的简单电路常常能用来减少
信号幅度，而且衰减器不但可以把信号电压衰减到一定值还
可以对阻抗值进行变换。实现此功能的电路常常被称作π型
或T型衰减网络
大部分测试设备常常具有特定的输入阻抗。比如，许多的无线通信测试设备的特性阻抗为50 ?而视频设备
的特性阻抗为75?，而T型电阻衰减网络可以根据实际要
求随意设置输入阻抗，可以实现阻抗匹配问题；而且T型
网络采用电阻并联后分压的方式，也可以避免使用大电阻
分压对衰减网络的性能产生影响；另外，T型电阻衰减网
络设计简单，易于计算，所以在电阻分压时经常被使用。方案一高频T型电阻衰减网络
题目要求设置衰减增益为-40dB,输入输出阻抗为与外部仪
器阻抗匹配，因为要测试比较高的频率（0-- 50MHZ），用
普通的示波器和信号发生器与电路的连接线会对测试结果
产生很大影响（如普通的信号源连接线会等效为几十pf的
电容，与电路中的电阻构成一个频率较高的低通滤波，会
在频率高时对电路产生衰减作用），因此要用到射频头和射
频线。因为射频线的特性阻抗是50Ω，所以射频线特两端
的电阻阻值必须为50Ω，所以限制了T型网络的输入输出
阻抗，从而限制了衰减倍数。所以说要实现更高频率的衰
减，就不能实现更大的衰减。
方案二低频T型电阻衰减网络
首先该方案是实现更高的衰减倍数，因为该方法电阻的取值不受限制，可以任意设置衰减倍数。然而电路中就不能用射频线，因此在高频信号时，由于普通信号线存在有等效电容，会在高频信号时对信号衰减，所以说此方案只使用于低频信号。
三. 系统硬件电路设计
<1> 普通的T型衰减网络设计
在设计T 型电阻网络衰减时，为了保证衰减倍数能够在理论计算值误差范围内，必须要考虑阻抗匹配，即上一级的输出阻抗要和T 型网络的输入阻抗要一致，即R ’=RI ，下一级的输入阻抗要和T 型网络的输出阻抗一致，即RL=Ro,电路图如下所示
图1
由阻抗关系可得
)o 2//(31R R R R RI ++=-------------------------------------------（1） )I 1//(32o R R R R R ++=--------------------------------------------（2） 又根据电路输入电压和输出电压关系可得
RI
R1RI UI -2)31(+?=?+?+Uo R RI UI R UI RI R RI ----------------------（3） 由（1）（2）（3）关系式可推出
RI UI Uo Ro RI UI Uo
RI
UI Uo Ro RI R --??-?=12)1(122
-------------------------------(4)
o 12)1(222
R UI
Uo Ro RI UI Uo
RI UI Uo R --??
?-=------------------------------------（5） 12322-???=UI Uo Ro RI UI Uo RI R -----------------------------------------------------(6) <2> 对称T 型衰减网络设计
图1设计的电路图适用于所有T 型电阻衰减网络，若当R1=R2时，该T 型电阻衰减网络就变成对称T 型衰减网络，其电路图如下所示
图2
由阻抗关系可得
)I 1//(21RI o R R R R R ++==--------------------------------------------（7） 又根据电路输入电压和输出电压关系可得
RI
R1RI UI -1)21(+?=?+?+Uo R RI UI R UI RI R RI ----------------------（8） 由（7）（8）关系式可推出
111+-?=UI
UI Uo Ro R -------------------------------(9)
12
o 222-?=UI Uo UI
Uo
R R -----------------------------------------------------(10)
<3>高频T 型电阻衰减网络设计
由上可以知道，要设置输入阻抗RI=R ’=50Ω，(R ’为信号源内部固定阻抗，与输入阻抗匹配)，要设置Ro//RL+R4=50Ω,（实现与射频线匹配）为了方便计算，这里我们取Ro=50，则RL=Ro=50Ω（负载与输出阻抗匹配），可推出R4=25Ω
图3
先已知RI=Ro=50Ω，衰减倍数Au1=-40db,由公式（4）（5）（6） 可推出
R1=R2=49.01Ω
R3=1Ω
<4>低频T 型电阻衰减网络设计
低频T 型电阻衰减网络中，虽然不用设置射频线阻抗匹配，但
仍然需要设置输入输出阻抗匹配，如图1所示。这里我设RI=RL=1k, 由性能指标可知，Au2=-60db,可根据公式(4)(5)(6)可推出
R1=R2=998Ω
R3=2Ω
四．系统调试和分析
<1>电路仿真
1.高频T型电阻衰减网络
下图是输入幅值为10V（峰峰值20V）, 频率分别为1kHZ、1MHZ、50MHZ的交流信号
上图为仿真出来的输出波形（输入为绿色，输出为黄色），输入波形的频率为1khz,1Mhz,50Mhz,峰峰值为20V,输出波形的峰峰值为200mV.基本无偏差.
由上可知知道，该T型分压衰减网络可以实现在0-50MHZ频率范围
内,实现对信号衰减-40db.
2.低频T型电阻衰减网络
下图是输入幅值为10V（峰峰值20V）, 频率为1kHZ，50KHZ,300KHZ,1MHZ的交流信号
上图为仿真出来的输出波形（输入为绿色，输出为黄色），输入波形的频率为0—1Mhz范围内,峰峰值为20V,输出波形的峰峰值均值为20mv
.综上现象可以知道,该T型分压衰减网络可以实现在0-1MHZ频率范围内,实现对信号衰减-60db.
<2>实物电路图及结果分析
1.高频T型电阻衰减网络
下图是输入一个峰峰值为2.5V，频率分别为100hz、10khz、1Mhz、20Mhz、50Mhz、80Mhz的正弦波，通过T型衰减网络，其输出波形如下所示
由上可知，频率在0—50MHZ ，输入电压峰峰值为UI=2.5V 经过该高频T 型电阻衰减网络后，输出波形的峰峰值为25.8mv 、25.6mv 、25.4mv 、25.2mv 、25.8mv 、26.4mv ，无失真，总体变化幅度小于2mv 则输入电压峰峰值mV U 9.256
0.274.262.254.256.258.25o =+++++= 衰减倍数db V
mV UI U A O U 38)29.25log(20]log[201-≈== 输入功率W V V RI UI PI 016.05085.25.2)22(
12=??==Ω 输出功率mW V V Ro Uo Po 0017.0508m 9.25m 9.25)22(
12=??==Ω 说明该高频T 型电阻衰减网络可以在0—50Mhz 频率范围内衰减-38db,且衰减倍数无明显变化，在误差范围内满足实验要求。
另外，在测试高频T 型电阻衰减网络时，用的示波器型号是DS2202
2.低频T 型电阻衰减网络
下图是输入一个峰峰值为20V ，频率分别为100hz 、10khz 、50khz 、100khz 、200khz 的正弦波，通过T 型衰减网络，其输出波形如下所示
由上可知，频率在0—200kHZ ，输入电压峰峰值UI=20V ，经过该低频T 型电阻衰减网络后，输出波形的峰峰值分别为27.4mv 、27.0mv 、26.0mv 、26.2mv 、27.0mv 范围内，无失真，变化幅度小于2mv 则输出电压为Uo=mV U 72.2650.272.260.260.274.27o =++++=
衰减倍数db 5.57)2072.26(log 20]log[202-===V
mV UI Uo A U
输入功率W V V RI UI PI 05.010*******)22(
22=??==Ω 输出功率mW V V Ro Uo Po 0089.010008m 9.25m 9.25)22(
22=??==Ω 说明该高频T 型电阻衰减网络可以在0—200Khz 频率范围内衰减-57.5db,由于输入输出电阻匹配度不够，误差较大，但仍大致达到实验要求。
五．遇到的问题及解决方案
1、在测试过程中，用普通的示波器和信号发生器连接线在测试T 型分压衰减网络的频率响应时，当信号达到十几兆时，信号会产生幅度较大的衰减，已知输入出阻抗是200Ω
答;因为信号发生器连接线可以等效成几十pf 的电容与电路的输入阻抗形成低通滤波，所以会衰减，计算如下：
等效电容大致取值为C ’=50pf,输入阻抗RI=200Ω
形成低通滤波的截止频率为
MHZ C RI o 1510210521'21f 311≈????∏=??∏=-
所以说信号在十几兆会产生明显的衰减
2.为什么阻抗不匹配在高频信号中会反射，什么是反射？
反射是指在电路中由于拐角，过孔，元件引脚，线宽变化，T 型引线等阻抗发生突变，就会有部分信号沿传输线反射回源端。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数，反射系数是指反射信号与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)。Z1是第一个区
域的特性阻抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突变，因而形成反射
例如，图a 左边是T 型网络的输出端并联一个负载，右边是一个射频线。设射频线的特性阻抗为Z1=50Ω，而射频线左边区域的特性阻抗为Z2=RL//Ro=25Ω，由于21Z Z ,阻抗不匹配，所以电路中会出现反射现象
反射系数=(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)=（50-25）/(50+25)=33.2%
输入电压为1.25V
则电压反射量
=1.25*33%=0.41
图a 图b
3.射频线的工作特性如下： V o1为输出一个电压值，为了保证阻抗匹配，需要加匹配电阻R1=50Ω与射频线的特性阻抗R2匹配，射频头阻断了电流从V o1流向V o2，因此V o1=V
o2
Vo1
射频线
方案改进
综上可知，方案一可以试验0-50MHZ的信号衰减，然而衰减倍数却只能衰减-40db,案二可以实现更大的衰减倍数，却因此阻抗不匹配，不能用射频线，在频率高时，由于连接线上存在的等效电容和电感等会使带宽受到限制。若要在带宽足够大时增大衰减倍数，需要使用更小的电阻才能实现。
十．实验总结与提高
《1》实验中存在的不足之处
1.方案一衰减倍数不够大，方案二带宽不够
2.实验结果误差较大
3.方案设计时只采用了对称T型网络，未采用非对称T型网络《2》实验注意事项
(1)在设计高频T型电阻衰减网络PCB时，要保持地的完整性，信号线
距离要短，减少弯曲
(2)在设计电路时，尽量选择阻值较小的电阻，否则会产生噪声等
(3)用射频线时，要保证射频线两侧的特性阻抗阻值相等
《3》心得体会
通过做这次T型衰减网络，我收获颇大，
一．我学会设计非对称和对称型T型网络内部阻值大小；
二．我学会如何设计高频网络的PCB板及要注意的问题，如要在信号线两边过孔，信号线尽量不要弯曲，过孔，要尽量短。
三．学会使用射频线并了解到其内部原理
四．学会认识T型网络的作用，一是实现阻抗转换二是衰减信号五．认识到设计T型网络的要注意阻抗匹配，负责电路会出现反射现象
六．学会实现信号完整性要注意的一些细节
七．认识到信号源内部的原理