限幅電路:
限幅電路是一種阻抗隨輸入射頻信號變化的二端口網絡,實際上可以看作是一種功率控制電路。限幅電路的主要功能是小功率信號可以通過,大功率信號進行衰減,保證輸出的信號為有限的功率,從而完成對后級電路的保護。限幅二極管是限幅工作的核心器件,決定了限幅器的插入損耗、限幅電平、功率容量等各項性能指標。二極管實現的限幅方式有三種,1)整流限幅,2)電容隨電壓變化限幅,3)射頻電導調制限幅。
整流限幅:整流限幅理解比較簡單的,就是將兩個二極管并聯在傳輸線上,當電壓大于V1和小于-V2時,二極管導管,此時信號直接被短路反射不經過負載,因此輸出的波形被兩個二極管給進行了削波。
電容隨電壓變化限幅:該限幅電路通常由變容二極管和并聯諧振電路構建在傳輸線上,變容二極管的結電容由電壓控制,射頻信號入射時二極管快速響應發生特性變化,即二極管結電容隨電壓發生變化,當達到某一個電容值時和電路并聯的電感L發生諧振,此時輸入信號直接被短路反射,所以變容限幅電路在大信號時也發生整流現象,因而起到限幅作用。但是缺點是使用變容二極管的限幅電路承受的功率很小。如果進一步提高限幅電路的保護作用,可以在傳輸線上相距的四分之一波長電長度的兩處使用兩個并聯的變容二極管。
RF電導調制效應限幅:
這個限幅原理是PIN二極管獨有的。PIN對管限幅電路,當射頻信號功率比較大時,二極管會出現電導調制現象,在信號波形的正半周,電子和空穴會向二極管P區和N區的邊界注入,載流子累積,并且載流子濃度跟隨兩側到I層中心的距離變大而降低。而在信號波形的負半周,I層載流子向P區和N區漂移,但是I區內部載流子濃度低于邊界處濃度,所以一部分載流子通過擴散作用注入I區,如此一段時間后濃度達到穩定,產生限幅作用。
信號的幅值大小決定了I層電子空穴對的數目,進而也決定了I層的電導率,它們呈正比關系。PIN二極管可以認為是一個由射頻信號影響的可變電抗元件。隨著I層厚度這個幅值的變化速度決定了I層電導率,I層厚度越小,變化越快則靈敏度越高,響應越快速。所以根據這個原理,一般選擇I層厚度小的 PIN二極管。這樣就通過改變PIN二極管的阻抗使得電路失諧,從而完成反射入射功率達到限幅的目的。