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(jing)PIN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。RF信xin號hao幅fu值zhi增zeng大da時shi
，迫po使shi二er極ji管guan達da到dao充chong分fen導dao通tong狀zhuang態tai，從cong而er進jin一yi步bu降jiang低di二er極ji管guan的de電dian阻zu，直zhi到dao二er極ji管guan飽bao和he並bing產chan生sheng盡jin可ke能neng的de最zui小xiao電dian阻zu。由you此ci得de到dao輸shu出chu功gong率lv與yu輸shu入ru功gong率lv的de對dui比bi曲qu線xian
，如ru下xia所suo示shi。

 

 

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RPLdianluzhongzuibulixiangdeyuanjian。jiyudianganzhihejishengraozujiandianrongdeyuanyin
，suoyoudiangandoujuyouchuanlianhebinglianxiezhen。yincibixushifenxiaoxin
，quebaozaigongzuopindaineibufashengchuanlianxiezhen。ciwai，bixujinliangbaeliuquandezhiliudianzujiangdaozuidi
，yisuoduanRPL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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