一、引言

在射頻（RF）與微波技術(shù)飛速發(fā)展的今天，精確的信號(hào)控制和測(cè)試測(cè)量已成為通信、國(guó)防、航空航天及科學(xué)研究等領(lǐng)域不可或缺的基石。無(wú)論是評(píng)估接收機(jī)靈敏度、校準(zhǔn)系統(tǒng)功率水平，還是模擬真實(shí)信道中的信號(hào)衰減，都需要對(duì)射頻信號(hào)的幅度進(jìn)行高精度、可重復(fù)的動(dòng)態(tài)管理。然而，在上述應(yīng)用中，傳統(tǒng)的固定衰減器或模擬衰減器通常因其操作繁瑣、無(wú)法遠(yuǎn)程控制、無(wú)法調(diào)整衰減幅度等局限性，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)對(duì)效率、精度和可靠性的嚴(yán)苛要求。這一技術(shù)瓶頸催生了數(shù)字衰減器的快速發(fā)展，其將作為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)著智能、精準(zhǔn)調(diào)控信號(hào)功率等關(guān)鍵任務(wù)。

此外，在構(gòu)建現(xiàn)代射頻測(cè)試系統(tǒng)時(shí)如何在紛繁復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)功率最有效、最精確的控制？例如，從簡(jiǎn)單的單點(diǎn)設(shè)備幅度控制到多天線(xiàn)系統(tǒng)（如MIMO）的并行測(cè)試，再到需要頻繁切換通道的大規(guī)模生產(chǎn)測(cè)試線(xiàn)，不同的應(yīng)用對(duì)衰減方案的靈活性、通道數(shù)和自動(dòng)化程度提出了截然不同的要求。

因此，本文將圍繞不同測(cè)試場(chǎng)景下最合適衰減方案的選擇展開(kāi)討論，介紹德思特Vaunix單通道、多通道衰減器以及衰減矩陣的技術(shù)特點(diǎn)與功能定位，進(jìn)而分析其分別適用的測(cè)試場(chǎng)景。最后，本文將以多通道衰減器為例，展示德思特Vaunix衰減器的控制與使用方式。

二、數(shù)字衰減器簡(jiǎn)介與分析

1. 的定義

數(shù)字衰減器（Digital Attenuator）是一種通過(guò)數(shù)字控制信號(hào)精確調(diào)節(jié)射頻/微波信號(hào)幅度的射頻器件。其核心功能是控制信號(hào)功率的衰減量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的靈活管理。與傳統(tǒng)模擬衰減器相比，數(shù)字衰減器具有高分辨率、可重復(fù)性強(qiáng)、遠(yuǎn)程控制便捷等顯著優(yōu)勢(shì)。

2.衰減器的作用

數(shù)字衰減器是現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵調(diào)控部件，其主要作用在于對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行精確、動(dòng)態(tài)和可重復(fù)的控制。具體而言，數(shù)字衰減器能夠有效降低信號(hào)強(qiáng)度，防止高功率信號(hào)導(dǎo)致接收機(jī)過(guò)載或損壞，從而提高系統(tǒng)可靠性。它可用于靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度，匹配不同設(shè)備間的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)化整體信號(hào)鏈路性能。在系統(tǒng)校準(zhǔn)過(guò)程中，數(shù)字衰減器可輔助完成通道校正與功率校準(zhǔn)，顯著提升測(cè)量準(zhǔn)確性和通信質(zhì)量。

此外，它還能夠模擬遠(yuǎn)距離傳輸或遮擋環(huán)境下的弱信號(hào)場(chǎng)景，為接收靈敏度和抗干擾性能測(cè)試提供條件。在多通道或多信源系統(tǒng)中，數(shù)字衰減器還可實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)之間的功率平衡，避免因功率差異引發(fā)的信號(hào)失真或判決錯(cuò)誤。它也被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)的線(xiàn)性度測(cè)試中，通過(guò)精確控制輸入功率，進(jìn)而評(píng)估放大器、混頻器等器件在不同信號(hào)強(qiáng)度下的響應(yīng)特性。

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3.數(shù)字衰減器與其他衰減器的對(duì)比分析

1)與固定衰減器相比

固定衰減器特點(diǎn)如下：提供單一、不可變的衰減值（如10dB、20dB等）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定（高精度、高溫度穩(wěn)定性、低VSWR等）。然而，其一經(jīng)出廠(chǎng)無(wú)法進(jìn)行任何動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，靈活性差，無(wú)法根據(jù)場(chǎng)景變化進(jìn)行調(diào)整，若要改變衰減值，必須人工更換不同的衰減器，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)化測(cè)試。固定衰減器主要用于防止過(guò)強(qiáng)信號(hào)損壞后端設(shè)備或用于鏈路中需要提供穩(wěn)定衰減的場(chǎng)景。

數(shù)字衰減器與之相比，最核心的優(yōu)勢(shì)在于其可編程性和可用于自動(dòng)化測(cè)試。用戶(hù)可通過(guò)相應(yīng)的控制軟件或控制接口（USB/以太網(wǎng)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、一鍵設(shè)置信號(hào)衰減值，無(wú)需人工干預(yù)，支持自動(dòng)化測(cè)試場(chǎng)景。

數(shù)字衰減器與固定衰減器的對(duì)比

2)與模擬衰減器相比

模擬衰減器通常是通過(guò)連續(xù)的模擬信號(hào)來(lái)改變衰減值，多采用PIN二極管、可變電阻、或機(jī)械結(jié)構(gòu)（手動(dòng)旋鈕等）實(shí)現(xiàn)，其衰減量通常是連續(xù)可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)快速、平滑的功率控制。然而，其控制精度較低，不容易達(dá)到0.5dB量級(jí)，且衰減量通常受控制電壓或溫度的影響較大，需要復(fù)雜的校準(zhǔn)和查表補(bǔ)償才能獲得較高的精度。此外，由于模擬電路的漂移特性，其重復(fù)性通常不如數(shù)字器件，故一致性和可重復(fù)性差。

數(shù)字衰減器采用開(kāi)關(guān)器件（如PIN二極管或FET）和數(shù)字電路設(shè)計(jì)，其衰減值是離散且精確的，其重復(fù)性極高，不易受控制信號(hào)波動(dòng)和溫度變化的影響，穩(wěn)定性較高；其直接通過(guò)數(shù)字接口（如SPI、I2C或并行總線(xiàn)）接收數(shù)字指令，可與微處理器、FPGA及現(xiàn)代自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)無(wú)縫連接，無(wú)需額外的DAC。此外，數(shù)字開(kāi)關(guān)的切換速度（通常在微秒甚至納秒級(jí)）遠(yuǎn)快于許多模擬器件的響應(yīng)速度。

數(shù)字衰減器與模擬衰減器的對(duì)比

三、衰減方案選擇

德思特優(yōu)質(zhì)合作伙伴Vaunix作為可編程數(shù)字衰減器的代表廠(chǎng)商，提供了從單通道衰減器、多通道衰減器到衰減矩陣的完整產(chǎn)品線(xiàn)。如何根據(jù)不同的測(cè)試需求選擇合適的衰減器類(lèi)型，是很多用戶(hù)關(guān)注的問(wèn)題。本文將結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)三類(lèi)典型方案進(jìn)行闡述分析。

1.單通道衰減器

德思特Vaunix單通道衰減器成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有單一鏈路衰減測(cè)試，適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈路的相關(guān)測(cè)試。其典型應(yīng)用場(chǎng)景可包括終端設(shè)備的單鏈路弱網(wǎng)模擬、網(wǎng)絡(luò)中單用戶(hù)信號(hào)強(qiáng)度調(diào)節(jié)、產(chǎn)線(xiàn)測(cè)試中的單設(shè)備功率調(diào)控等

下面將簡(jiǎn)要闡述部分使用場(chǎng)景。

場(chǎng)景一：接收機(jī)靈敏度與門(mén)限測(cè)試。例如，在分析通信終端（例如手機(jī)、T-Box）的接收機(jī)性能時(shí)，需要將信號(hào)進(jìn)行衰減，從而可以測(cè)試接收機(jī)在弱信號(hào)條件下的信號(hào)接收和解調(diào)能力；在進(jìn)行門(mén)限測(cè)試時(shí)，通常需要將接收機(jī)接收信號(hào)下降到某一閾值，從而找到接收性能的臨界點(diǎn)。在此過(guò)程中，單通道衰減器即可提供穩(wěn)定且精確的信號(hào)功率控制水平。

場(chǎng)景二：射頻前端線(xiàn)性度驗(yàn)證。例如功率放大器、低噪聲放大器等射頻器件的測(cè)試中，通常需要逐步調(diào)節(jié)輸入信號(hào)電平，從而觀察器件的增益壓縮點(diǎn)（P1dB）、三階互調(diào)（IP3）等指標(biāo)。因此，單通道衰減器可提供可調(diào)的精細(xì)電平控制，保證測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定。

德思特Vaunix衰減器

2.多通道衰減器

德思特Vaunix多通道衰減器最高可支持64通道同時(shí)測(cè)試，通過(guò)一臺(tái)設(shè)備即可集中控制多鏈路或多設(shè)備衰減，有效降低了控制復(fù)雜度和成本，適合多天線(xiàn)、多端口設(shè)備、或多鏈路的測(cè)試。其典型應(yīng)用場(chǎng)景可包括：車(chē)載T-Box多模測(cè)試、WiFi多天線(xiàn)MIMO測(cè)試、多鏈路模擬、多設(shè)備并行產(chǎn)測(cè)等

下面將簡(jiǎn)要闡述部分使用場(chǎng)景。

場(chǎng)景一：車(chē)載T-Box測(cè)試。T-Box（Telematics BOX）即遠(yuǎn)程通信終端，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的核心部件之一。它是一個(gè)嵌入了GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，如GPS、北斗）定位、移動(dòng)通信（如4G、5G、WiFi、藍(lán)牙等）和CAN總線(xiàn)通信技術(shù)的硬件模塊。在車(chē)載T-Box多模測(cè)試中，由于需要針對(duì)GNSS接收信號(hào)、4G/5G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)以及WiFi/藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制等功能進(jìn)行測(cè)試，或模擬弱信號(hào)接收環(huán)境，因此可以使用多通道衰減器對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行同時(shí)衰減控制，以模擬復(fù)雜行車(chē)環(huán)境下的通信狀態(tài)。該測(cè)試使用德思特Vaunix多通道衰減器通過(guò)可以在一臺(tái)設(shè)備上同時(shí)對(duì)多個(gè)信號(hào)鏈路進(jìn)行控制，避免多個(gè)單通道衰減器堆疊帶來(lái)的復(fù)雜性，大幅提升測(cè)試效率。

場(chǎng)景二：MIMO場(chǎng)景進(jìn)行的多鏈路測(cè)試。以4×4 MIMO WiFi 6E路由器測(cè)試為例，假設(shè)路由器具有4根發(fā)射天線(xiàn)以及4根接收天線(xiàn)，對(duì)應(yīng)于4條射頻鏈路。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路衰減中，4組天線(xiàn)分別對(duì)應(yīng)接入衰減器的4個(gè)通道，每個(gè)通道獨(dú)立控制衰減值，從而可模擬不同天線(xiàn)接到的信號(hào)強(qiáng)度差異。若需模擬WiFi上下行鏈路通信，則可將八通道衰減器的其中4路用于下行（AP - STA），另外四路用于上行（STA - AP）。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，終端發(fā)射功率通常小于AP，導(dǎo)致上行鏈路更脆弱。因此，可通過(guò)衰減器的精確衰減復(fù)現(xiàn)上下行鏈路環(huán)境。

AP：Access Point，WiFi網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中通常指無(wú)線(xiàn)路由器；

STA：Station，可表示任何支持IEEE 802.11協(xié)議的設(shè)備

3.衰減矩陣

德思特Vaunix衰減矩陣具有多種不同通道數(shù)的產(chǎn)品，例如可實(shí)現(xiàn)8×8、64×8、64×16的衰減矩陣設(shè)置，可以靈活配置鏈路衰減狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)多設(shè)備互聯(lián)結(jié)構(gòu)下的測(cè)試，適合系統(tǒng)級(jí)或網(wǎng)絡(luò)級(jí)的測(cè)試。其典型應(yīng)用場(chǎng)景可包括：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)測(cè)試、蜂窩基站與多終端設(shè)備拓?fù)淠M、共存與干擾研究等

在上述場(chǎng)景中，衰減矩陣通過(guò)控制不同鏈路的衰減值（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道或互聯(lián)通道），提供了極高的設(shè)置靈活度，為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)模擬和測(cè)試創(chuàng)造了條件。

德思特Vaunix衰減矩陣

四、控制與使用展示

德思特Vaunix衰減器可通過(guò)USB或以太網(wǎng)進(jìn)行衰減信號(hào)頻率、衰減信號(hào)功率的設(shè)置。以多通道衰減器為例，下面將展示衰減器的控制與使用方法。

1.以太網(wǎng)控制-硬件控制

提供USB和以太網(wǎng)接口，USB端口使用本機(jī)HID接口，無(wú)需安裝驅(qū)動(dòng)程序；在任何支持USB HID 設(shè)備的系統(tǒng)上可輕松使用，包括使用Linux或類(lèi)似操作系統(tǒng)的低成本嵌入式計(jì)算機(jī)。德思特Vaunix提供的以太網(wǎng)接口可配置靜態(tài)IP或動(dòng)態(tài)DHCP，能夠分配HTTP端口以提高安全性。

以太網(wǎng)控制界面

2.USB與GUI控制-軟件控制

提供配套的GUI軟件，可在USB連接狀態(tài)下直接運(yùn)行軟件，并可在界面直接進(jìn)行各通道信號(hào)頻率和衰減值的設(shè)置。觀察界面可知，可以改變衰減步進(jìn)以及自動(dòng)衰減范圍以支持自動(dòng)化測(cè)試；除此之外，用戶(hù)也可自定義衰減曲線(xiàn)，通過(guò).txt文件形式導(dǎo)入Profile即可完成自定義的衰減設(shè)定。

GUI設(shè)置界面

3.德思特自研軟件控制

使用者可采用德思特自研的控制軟件，該軟件的Status界面可將硬件的相關(guān)信息以及狀態(tài)同步顯示，Setup界面則可通過(guò)Set All一鍵完成所有通道的參數(shù)設(shè)定，也可根據(jù)實(shí)際需求逐一改變通道頻率和衰減值的設(shè)置。操作簡(jiǎn)單，功能多樣。

德思特自研多通道衰減器控制軟件Tesight Attenulink

德思特?cái)?shù)字衰減器

德思特?cái)?shù)字衰減器簡(jiǎn)單、高性?xún)r(jià)比、多功能且可靠，覆蓋10MHz到40GHz頻率范圍，步長(zhǎng)低至0.1dB。為您提供USB和以太網(wǎng)接口，可通過(guò)附帶的圖形用戶(hù)界面（GUI）或webUI輕松編程，并提供了LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序、Windows API DLL文件、Linux驅(qū)動(dòng)程序和Python示例。

審核編輯 黃宇