市面上可以购买到一些拆机的程控步进衰减器模块,品牌为HP,是Agilent的前 身。我手上的3个模块为33321系列,后缀分别为:SC/SD/SG,网上能找到的 HP 33321系列官方文档 不包含这三个后缀型号,电气接口也不同,因此只能略作参考。在 Abex UK 能找到这几个型号的性能测试数据,可以参考其频率特性。
综合以上整理出如下数据。
型号 | 衰减范围(dB) | 步进(dB) | 衰减开关值(dB) | 最大输入功率(W) | 控制电压(VDC) | 频率范围 |
---|---|---|---|---|---|---|
HP 33321SC | 0 ~ 70 | 10 | 10/20/40 | 1 | 15 | DC ~ 18 GHz |
HP 33321SD | 0 ~ 75 | 5 | 5/30/40 | 1 | 15 | DC ~ 18 GHz |
HP 33321SG | 0 ~ 35 | 5 | 5/10/20 | 1 | 15 | DC ~ 16 GHz |
33321SC 与 33321SD 组合起来可以得到 0 ~ 145 dB,步进为 5 dB 的衰减器。
工作原理
上图是衰减器的内部原理图,显示了其中的一个衰减单元。
其原理类似于继电器,但是触点没有弹性复位,线圈回路分为 A、D 两部分,A 回路用于 激活衰减,D 回路用于取消衰减,两个联动的开关 $K_A$ 和 $K_D$,分别位于 A 回路和 D 回路。
举例:给 A 线圈施加工作电压,将会断开直连触点,并闭合衰减触点,衰减器生效,同时切换联动开关,令 $K_A$ 断开,即使继续维持外部工作电压,A 线圈也不再工作,同时令 $K_D$ 闭合,为 D 线圈工作提供可能。
引脚定义
三个型号的引脚定义并没有参考文档,需要测试获得。
在PIN 1 提供 +15 V,然后通过控制其它各脚接地可以操作各个衰减开关。
将衰减器的两个SMA端口连接入测试设备(两个端口无差别),一端连接信号发生器,作为输入端,另一端连接功率表,作为输出端。
使信号发生器输出固定频率固定幅度的信号,例如 10MHz / -13dBm,然后在功率表上读取输出的信号幅度。
为各个线圈施加工作电压,并记录输出幅度的变化,即 输入幅度 - 输出幅度
。
通过逐个测试,整理出各个引脚的功能,如下。
Pin | 颜色 | 颜色(德语) | 功能 | HP 33321SC | HP 33321SD | HP 33321SG |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Brown | braun | Power | +15VDC | +15VDC | +15VDC |
2 | Red | rot | Activate | 10dB | 5dB | 10dB |
3 | Orange | orange | Deactivate | 10dB | 5dB | 10dB |
4 | Yellow | - | - | - | - | - |
5 | Green | - | - | - | - | - |
6 | Blue | blau | Activate | 40dB | 40dB | 5dB |
7 | Purple | violett | Deactivate | 40dB | 40dB | 5dB |
8 | Gray | - | - | - | - | - |
9 | White | weiß | Activate | 20dB | 30dB | 20dB |
10 | Black | schwarz | Deactivate | 20dB | 30dB | 20dB |
实测 +12 V 电压即可操作成功,但是否可令衰减开关触点符合性能要求有待测试。
DIY 控制电路
掌握了模块的规格后,就可以通过添加外围控制电路,DIY一个实用的可调步进衰减器。
以 33321SC 与 33321SD 为例,组合起来可以得到 0 ~ 145 dB,步进为 5 dB 的衰减器。
控制电路有两种选择:
- 第一种只需要电源和开关,优点是简单,操控上也完全可以满足业余使用需求。
- 第二种是采用官方指导电路,利用TTL电平控制衰减器和LED指示灯,如需要显示衰减数值,需要连接带单片机的数码管,并编写程序。
1. 简单控制电路
所需零件如下表:
项目 | 数量 | 备注 |
---|---|---|
15 VDC 电源模块 | 1 | |
单刀双掷钮子开关(3脚) | 6 |
将6个开关中位接地,开关的其余12个引脚分别与2个衰减器的PIN 2 / 3 / 6 / 7 / 9 / 10 连接即可。
为每个开关标注衰减数值,根据开关的投掷方向判断衰减状态。
2. TTL 电平控制电路
上图为官方指导控制电路图,仅描述了一个衰减单元,实际使用中按实际需要的衰减单元数量扩展。
所需主要零件如下表:
项目 | 数量 | 备注 |
---|---|---|
15 VDC 电源模块 | 1 | |
5 VDC 电源模块 | 1 | |
IC DM75451N | 6 | 开关驱动器 |
IC DM7404N | 1 | TTL输入/输出,数码管驱动器 |
IC DM7406N | 1 | LED驱动器 |
LED 指示灯 | 6 | |
单片机驱动数码管 | 1 | |
电阻 0.62 kΩ 1/4W | 12 | |
电阻 2.5 kΩ 1/4W | 12 | |
电阻 0.13 Ω 1/4W | 6 | |
二极管 1N3064 | 24 | |
按钮开关 | 6 |
因指导电路模块的电压(24 V)与本示例模块的电压(15 V)不一致,指导电路中的 4.22 kΩ 电阻阻值需要改为 2.5 kΩ ,才能保证DM7404N / DM7406N 获得约 3 V 的高电平。
组装
所需零件如下表:
名称 | 数量 | 备注 |
---|---|---|
外壳 | 1 | |
电源插座 | 1 | 可选择插座、开关、滤波器、保险座一体模块 |
前面板电源开关 | 1 | |
洞洞板 | 1 |
两个拆机衰减器模块,外加一些廉价的零件,总体成本在数百元以内,但DIY出来的成品,无论在操作还是性能上,都可以媲美数千元的商业产品。