一、引言

在射頻（RF）與微波技術(shù)飛速發(fā)展的今天，精確的信號控制和測試測量已成為通信、國防、航空航天及科學(xué)研究等領(lǐng)域不可或缺的基石。無論是評估接收機(jī)靈敏度、校準(zhǔn)系統(tǒng)功率水平，還是模擬真實信道中的信號衰減，都需要對射頻信號的幅度進(jìn)行高精度、可重復(fù)的動態(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、無法遠(yuǎn)程控制、無法調(diào)整衰減幅度等局限性，難以滿足現(xiàn)代自動化測試系統(tǒng)對效率、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，其將作為自動化測試系統(tǒng)的核心部件，承擔(dān)著智能、精準(zhǔn)調(diào)控信號功率等關(guān)鍵任務(wù)。

此外，在構(gòu)建現(xiàn)代射頻測試系統(tǒng)時如何在紛繁復(fù)雜的測試場景中，實現(xiàn)對信號功率最有效、最精確的控制？例如，從簡單的單點設(shè)備幅度控制到多天線系統(tǒng)（如MIMO）的并行測試，再到需要頻繁切換通道的大規(guī)模生產(chǎn)測試線，不同的應(yīng)用對衰減方案的靈活性、通道數(shù)和自動化程度提出了截然不同的要求。

因此，本文將圍繞不同測試場景下最合適衰減方案的選擇展開討論，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)特點與功能定位，進(jìn)而分析其分別適用的測試場景。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)字衰減器簡介與分析

1. 的定義

數(shù)字衰減器（Digital Attenuator）是一種通過數(shù)字控制信號精確調(diào)節(jié)射頻/微波信號幅度的射頻器件。其核心功能是控制信號功率的衰減量，從而實現(xiàn)對信號幅度的靈活管理。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。

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，其主要作用在于對信號幅度進(jìn)行精確、動態(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強(qiáng)度，防止高功率信號導(dǎo)致接收機(jī)過載或損壞，從而提高系統(tǒng)可靠性。它可用于靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)信號強(qiáng)度，匹配不同設(shè)備間的動態(tài)范圍，優(yōu)化整體信號鏈路性能。在系統(tǒng)校準(zhǔn)過程中，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)境下的弱信號場景，為接收靈敏度和抗干擾性能測試提供條件。在多通道或多信源系統(tǒng)中，數(shù)字衰減器還可實現(xiàn)多個信號之間的功率平衡，避免因功率差異引發(fā)的信號失真或判決錯誤。它也被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)的線性度測試中，通過精確控制輸入功率，進(jìn)而評估放大器、混頻器等器件在不同信號強(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比分析

1)與固定衰減器相比

固定衰減器特點如下：提供單一、不可變的衰減值（如10dB、20dB等）；結(jié)構(gòu)簡單、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)出廠無法進(jìn)行任何動態(tài)調(diào)節(jié)，靈活性差，無法根據(jù)場景變化進(jìn)行調(diào)整，若要改變衰減值，必須人工更換不同的衰減器，且無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和自動化測試。固定衰減器主要用于防止過強(qiáng)信號損壞后端設(shè)備或用于鏈路中需要提供穩(wěn)定衰減的場景。

數(shù)字衰減器與之相比，最核心的優(yōu)勢在于其可編程性和可用于自動化測試。用戶可通過相應(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)置信號衰減值，無需人工干預(yù)，支持自動化測試場景。

數(shù)字衰減器與固定衰減器的對比

2)與模擬衰減器相比

模擬衰減器通常是通過連續(xù)的模擬信號來改變衰減值，多采用PIN二極管、可變電阻、或機(jī)械結(jié)構(gòu)（手動旋鈕等）實現(xiàn)，其衰減量通常是連續(xù)可調(diào)，可以實現(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，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)字衰減器采用開關(guān)器件（如PIN二極管或FET）和數(shù)字電路設(shè)計，其衰減值是離散且精確的，其重復(fù)性極高，不易受控制信號波動和溫度變化的影響，穩(wěn)定性較高；其直接通過數(shù)字接口（如SPI、I2C或并行總線）接收數(shù)字指令，可與微處理器、FPGA及現(xiàn)代自動化測試平臺無縫連接，無需額外的DAC。此外，數(shù)字開關(guān)的切換速度（通常在微秒甚至納秒級）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。如何根據(jù)不同的測試需求選擇合適的衰減器類型，是很多用戶關(guān)注的問題。本文將結(jié)合實際應(yīng)用案例，對三類典型方案進(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)簡單，具有單一鏈路衰減測試，適合點對點通信鏈路的相關(guān)測試。其典型應(yīng)用場景可包括終端設(shè)備的單鏈路弱網(wǎng)模擬、網(wǎng)絡(luò)中單用戶信號強(qiáng)度調(diào)節(jié)、產(chǎn)線測試中的單設(shè)備功率調(diào)控等

下面將簡要闡述部分使用場景。

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

場景二：射頻前端線性度驗證。例如功率放大器、低噪聲放大器等射頻器件的測試中，通常需要逐步調(diào)節(jié)輸入信號電平，從而觀察器件的增益壓縮點（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通道同時測試，通過一臺設(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、多端口設(shè)備、或多鏈路的測試。其典型應(yīng)用場景可包括：車載T-Box多模測試、WiFi多天線MIMO測試、多鏈路模擬、多設(shè)備并行產(chǎn)測等

下面將簡要闡述部分使用場景。

場景一：車載T-Box測試。T-Box（Telematics BOX）即遠(yuǎn)程通信終端，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心部件之一。它是一個嵌入了GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，如GPS、北斗）定位、移動通信（如4G、5G、WiFi、藍(lán)牙等）和CAN總線通信技術(shù)的硬件模塊。在車載T-Box多模測試中，由于需要針對GNSS接收信號、4G/5G無線通信網(wǎng)絡(luò)以及WiFi/藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制等功能進(jìn)行測試，或模擬弱信號接收環(huán)境，因此可以使用多通道衰減器對多路信號進(jìn)行同時衰減控制，以模擬復(fù)雜行車環(huán)境下的通信狀態(tài)。該測試使用德思特Vaunix多通道衰減器通過可以在一臺設(shè)備上同時對多個信號鏈路進(jìn)行控制，避免多個單通道衰減器堆疊帶來的復(fù)雜性，大幅提升測試效率。

場景二：MIMO場景進(jìn)行的多鏈路測試。以4×4 MIMO WiFi 6E路由器測試為例，假設(shè)路由器具有4根發(fā)射天線以及4根接收天線，對應(yīng)于4條射頻鏈路。在點對點鏈路衰減中，4組天線分別對應(yīng)接入衰減器的4個通道，每個通道獨立控制衰減值，從而可模擬不同天線接到的信號強(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)架中通常指無線路由器；

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)，從而實現(xiàn)多設(shè)備互聯(lián)結(jié)構(gòu)下的測試，適合系統(tǒng)級或網(wǎng)絡(luò)級的測試。其典型應(yīng)用場景可包括：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)測試、蜂窩基站與多終端設(shè)備拓?fù)淠M、共存與干擾研究等

在上述場景中，衰減矩陣通過控制不同鏈路的衰減值（點對點通道或互聯(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USB或以太網(wǎng)進(jìn)行衰減信號頻率、衰減信號功率的設(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，無需安裝驅(qū)動程序；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或類似操作系統(tǒng)的低成本嵌入式計算機(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)下直接運行軟件，并可在界面直接進(jìn)行各通道信號頻率和衰減值的設(shè)置。觀察界面可知，可以改變衰減步進(jìn)以及自動衰減范圍以支持自動化測試；除此之外，用戶也可自定義衰減曲線，通過.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Set All一鍵完成所有通道的參數(shù)設(shè)定，也可根據(jù)實際需求逐一改變通道頻率和衰減值的設(shè)置。操作簡單，功能多樣。

德思特自研多通道衰減器控制軟件Tesight Attenulink

德思特數(shù)字衰減器

德思特數(shù)字衰減器簡單、高性價比、多功能且可靠，覆蓋10MHz到40GHz頻率范圍，步長低至0.1dB。為您提供USB和以太網(wǎng)接口，可通過附帶的圖形用戶界面（GUI）或webUI輕松編程，并提供了LabVIEW驅(qū)動程序、Windows API DLL文件、Linux驅(qū)動程序和Python示例。

審核編輯 黃宇