射频基础知识---π型和T型衰减器是啥？

射频电阻衰减器在很多射频电路设计里都会用到。这种电阻衰减器的射频电路设计特别简单，很容易整合到各种射频电路中。

射频衰减器的作用是降低信号强度，这样能保证合适的无线电信号强度进入下一个电路模块，比如射频混频器或放大器，避免它们过载。同时，用衰减器还能确保电路获得良好的阻抗匹配。

π型或T型衰减器都能用，两者差别不大，用的电子元件数量也一样。如果需要，也可以用桥式T型衰减器，虽然在某些特定的射频设计应用中有优势，但需要额外加更多电子元件。

只要选对元件、用对电路，这些衰减器完全能在GHz频段以上正常工作。表贴电阻就特别合适，而且现代PCB技术也能为1GHz以上的频率提供不错的基础，不过选PCB材料时得注意，有些材料损耗大，可能会影响性能，达不到预期效果。

一、电阻衰减器的类型

电阻衰减器有好几种射频设计形式。它们的性能都差不多，但在特定的射频电路设计里，选哪种类型可能有不同的原因或偏好。

下面简单说一下电阻衰减器的主要形式：

- π型衰减器：顾名思义，这种衰减器的拓扑结构长得像希腊字母“Π”。它的信号线上串了一个电阻，输入和输出端各接一个电阻到地。只要选对电阻值，既能达到需要的衰减量，又能获得要求的特性阻抗——多数射频电路设计里，这种特性阻抗最好是纯电阻性的。

- T型衰减器（也叫Tee衰减器）：拓扑结构上，它和π型刚好相反，但性能不相上下。这种衰减器的输入和输出之间串了两个电阻，两个串联电阻的连接点上接一个电阻到地。这样一来，输入和输出端的串联电阻就构成了一个T字形结构。

- 桥式T型衰减器：可以理解成π型和T型的组合。这种衰减器用的元件更多，但同样能满足多数射频电路里对阻抗匹配和衰减量的要求。

其实π型和T型衰减器的性能差不多，选哪种往往看设计师的个人习惯。

通常射频设计要求输入和输出端的阻抗一致，但如果有需要，也能把这些衰减器设计成输入和输出电阻/阻抗不一样的形式。

下图展示了T型衰减器的结构。顾名思义，它呈T字形，信号线上串着两个电阻，两个串联电阻的连接点接一个电阻到地，如下图所示。

假设输入和输出的阻抗值相同，那只要知道输入电压Vin和输出电压Vout的比值，还有特性阻抗Ro，这两个电阻的阻值就能很容易算出来。

π型衰减器的结构长得像希腊字母“π”，有一个电阻串在信号线上，输入端和输出端还各有一个电阻接地，如下图所示。这种基础的射频衰减器部分就三个电阻，用的电子元件特别少。

同样，π型衰减器的各电阻值也是可以算出来的。

桥式T型衰减器能用到不少射频设计场景里，而且有它独特的优势。

可以把桥式T型衰减器看成是改良版的π型衰减器。它有一个串联在信号线上的电阻，两端还各有一个电阻，这两个电阻连到同一个节点上，再通过第四个电阻接地，如下图所示。

桥式T型衰减器经常是可变射频衰减器的首选，尤其是那些用PIN二极管的。原因是它只需要两个可变电阻，而π型和T型衰减器都得用三个。

还有个好处是，桥式T型衰减器本身容易和特性阻抗Zo匹配上。在高衰减的时候，R5电阻值很大，R6电阻值很小，这时候标着R的那些主要电阻值就刚好等于特性阻抗了。

四、射频衰减器的设计和制作有几个需要注意的点

- 元件选择：用的元件对性能影响很大，选对了才能有好效果。其中关键一点是要用无电感电阻。表面贴装电阻就特别合适，体积小，制作时不用螺旋切割工艺，寄生电感特别低。

普通电阻种类不少，但线绕电阻肯定不行，电感太大。其他很多电阻为了调整阻值会用螺旋切割，这也可能带点电感，在高频时可能有杂散影响。不过30MHz以下，大多数电阻用着都还行。要是需要在更高频率工作，要求平坦的频率响应和精确的衰减量，就得用专门的无电感电阻了。

表贴电阻确实好，体积小、没引脚，电感极低。但用的时候得注意，要确保它们的功率承受能力够。

- 衰减器分段：设计衰减器时，别想着单级就实现很大的衰减量。单级衰减太大的话，电感、电容这些杂散效应，还有接地不良的问题，可能会让信号绕过衰减器，导致衰减量不准。

要是需要大衰减，最好分成好几段，级联起来逐步实现总衰减量。这样杂散效应的影响就小多了。

一般来说，单级衰减器最多别超过20dB，这样相邻的电阻还能合并。比如T型衰减器，两个串联电阻直接加起来就行；π型衰减器的话，就有并联电阻可以处理。

- 杂散电容：电路元件之间可能有很小的杂散电容，尤其在衰减器的输入和输出之间，影响会很明显。这会让输入输出之间产生旁路，高频时更严重。所以得让输入输出离远点，尽量减小它们之间的电容。

- 加屏蔽：不同分段之间可以考虑加屏蔽。如果有可能出现电容耦合，屏蔽能帮助保证衰减量达标。

- 杂散电感：制作衰减器时，任何引线都可能产生电感耦合，输入输出之间的耦合尤其要注意，影响不小。

- 接地不良：衰减量越大，接地就越重要。接地电阻大了，信号可能会从衰减器旁边漏过去。

- 功率耗散：有些衰减器需要承受中高功率，信号衰减掉的能量都得靠电阻散发出去。对射频信号来说，多数情况下问题不大，但瞬态信号可能要注意。选电阻时，得保证它们能承受预期的功率，最好留些余量。为了长期可靠，电阻的功率容量得比实际可能用到的大些，而且电阻的温升要控制在元件允许的范围内。

设计工程师可以记住一些常见衰减的值，设计时会比较方便，如下图所示。

并且网上现在有很多射频小工具都支持π型和T型衰减值和电阻值的互换计算，如下如所示。

或者在线计算器

https://www.leleivre.com/rf_pipad.html

总之，其实π型衰减器和T型衰减器在很多方面差别不大。选哪种往往看设计工程师的个人习惯，甚至可能看计算出来的阻值方不方便用。比如要是某一种衰减器算出来的电阻值刚好接近标准值，或者设计里已经在用这些值，那可能就选它了——管它是π型还是T型呢。