我們可以利用接收器保護裝置限幅器 (RPL) 電路來保護敏感元件。RPL電路的“心髒”通常由PIN二極管組成
，能夠保護元件免受大輸入信號的影響

，同時不會對小信號操作造成不利影響。

 

 

RPL電路的運行無需外部控製信號。此類電路包含至少一個與信號路徑並聯的PIN二極管，以及一個或多個無源元件，例如RF扼流圈電感和直流隔離電容。以下是一個簡單的（但可能是完整的）RPL電路。

 

 

當沒有RF輸入信號或僅存在有RF小信號時
，限幅器PIN二極管的阻抗特性會達到最大值
，通常為幾百歐姆或以上。因此，二極管產生非常小的阻抗失配
，相應地，可帶來低插入損耗。

 

當出現大輸入信號時，RF電壓迫使電荷載流子（P層的空穴和N層的電子）進入PIN二極管的I層。進入I層後，自由電荷載流子會降低其RF電阻，從RPL電路的RF端口角度來看，這產生了阻抗失配。

 

這種失配會導致來自輸入信號的能量被反射至對應的信號源。反射信號與入射信號配合
，在PIN二er極ji管guan產chan生sheng一yi個ge電dian壓ya最zui小xiao的de駐zhu波bo，因yin為wei反fan射she信xin號hao在zai傳chuan輸shu線xian上shang暫zan時shi呈cheng現xian最zui低di阻zu抗kang。傳chuan輸shu線xian上shang的de每mei個ge最zui小xiao電dian壓ya都dou有you一yi個ge對dui應ying的de最zui大da電dian流liu。最zui大da電dian流liu流liu經jingPIN二極管，導致二極管I層中的自由電荷載流子量增加，從而產生更低串聯電阻、更大阻抗失配以及“更小”的最小電壓。最後

，二極管的電阻將達到最小值——該值取決於PIN二極管的設計和RF信號的幅值。RFxinhaofuzhizengdashi，poshierjiguandadaochongfendaotongzhuangtai，congerjinyibujiangdierjiguandedianzu，zhidaoerjiguanbaohebingchanshengjinkenengdezuixiaodianzu。youcidedaoshuchugonglvyushurugonglvdeduibiquxian
，ruxiasuoshi。

 

 

當RF大信號不再出現，如果I層中的自由電荷載流子量較大，二極管的電阻則會保持在較低水平（此時插入損耗仍然較大）。在RF大信號中斷後，可以通過兩種機製來減少自由電荷載流子量： (1) 在I層外進行電荷傳導 (2) 在I層內進行電荷重組。

 

電荷傳導的幅值主要由二極管外部電流通路中的直流電阻決定。

 

電荷重組的速率則由多個因素決定，包括I層中自由電荷載流子的密度、I層中摻雜原子的濃度和其他電荷俘獲點，等等。考慮到二極管的必要參數
，PIN二極管可安全處理的RF信號越大，其恢複到低插入損耗所需的時間就越長。

 

因此
，PIN二極管I層的特性決定了RPL電路的性能。I層的厚度（有時稱為寬度）則決定了二極管達到極限時的輸入功率：I層越厚，輸入參照1dB壓縮級別（也稱為閾值級別）就越高。I層的厚度、二極管結的麵積和二極管的製造材料決定了二極管的電阻、電容以及熱阻。

 

隻需一個PIN二極管、一個RF扼流圈電感器和一對直流隔離電容，即可實現最簡單的PIN RPL電路。RF扼流圈電感器對RPL電路的性能至關重要，其主要功能是使PIN二極管的直流電流通路變得完整。當大信號迫使電荷載流子進入二極管的I層(ceng)時(shi)
，會(hui)在(zai)二(er)極(ji)管(guan)中(zhong)產(chan)生(sheng)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)提(ti)供(gong)完(wan)整(zheng)路(lu)徑(jing)
，則(ze)不(bu)能(neng)降(jiang)低(di)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)阻(zu)，二(er)極(ji)管(guan)也(ye)不(bu)會(hui)達(da)到(dao)極(ji)限(xian)。直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)將(jiang)沿(yan)著(zhe)整(zheng)流(liu)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)流(liu)動(dong)，但(dan)這(zhe)不(bu)是(shi)由(you)整(zheng)流(liu)產(chan)生(sheng)的(de)。

 

在RPL電路中安裝扼流圈電感是一件極具挑戰性的事，因為電感是RPL電(dian)路(lu)中(zhong)最(zui)不(bu)理(li)想(xiang)的(de)元(yuan)件(jian)。基(ji)於(yu)電(dian)感(gan)值(zhi)和(he)寄(ji)生(sheng)繞(rao)組(zu)間(jian)電(dian)容(rong)的(de)原(yuan)因(yin)，所(suo)有(you)電(dian)感(gan)都(dou)具(ju)有(you)串(chuan)聯(lian)和(he)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)。因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)十(shi)分(fen)小(xiao)心(xin)，確(que)保(bao)在(zai)工(gong)作(zuo)頻(pin)帶(dai)內(nei)不(bu)發(fa)生(sheng)串(chuan)聯(lian)諧(xie)振(zhen)。此(ci)外(wai)，必(bi)須(xu)盡(jin)量(liang)把(ba)扼(e)流(liu)圈(quan)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)
，以(yi)縮(suo)短(duan)RPL電路的恢複時間。

 

注：直流隔離電容是可選的。隻有當輸入或輸出傳輸線上出現可能使PIN二極管偏置的直流電壓或電流時，才需要使用直流隔離電容。

 

實例 

 

假設低噪聲放大器 (LNA) 可以承受的最大輸入功率為15dBm，則要求RPL電路中PIN二極管的I層厚度約為2微米。設計人員可根據RF信號頻率和小信號插入損耗的可接受最大值來確定PIN二極管的可接受電容。如果設計師假設RPL電路在X波段工作
，並且可接受的最大插入損耗為0.5dB
，則可以計算出二極管的最大電容。

 

可根據以下公式得出並聯電容的插入損耗 (IL)（以分貝為單位）：

 

我們可根據公式求解C值：

 

當f = 12GHz
、IL = 0.5dB且Z0 = 50Ω時，C = 0.185pF。

 

得出的電容值與I層厚度共同決定了二極管結的麵積。

 

如果I層較薄並且結麵積較小，二極管就會具有相對較高的熱阻
，這樣一來，隻好迫使結溫超過其最大額定值175°C
，才能耗散更多能量。通常來說，電容為0.185pF的2微米二極管可以安全處理約為30-33dBm的大CW輸入信號。由於電流流經二極管電阻時會產生焦耳熱
，大信號可能會損壞或即時燒毀二極管。

 

PIN二極管RPL電路能夠為雷達或無線電接收器中的LNA等敏感元件提供可靠的保護，保護其不受較大入射信號的影響。當RPL應用需要極低的穩態泄漏輸出功率和較高的輸入功率處理能力時，可以在RPL電路的輸入側增加額外的二極管級和其他電路增強元件。

 

 

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